EP0861913A1 - Phosphorhaltige Eisenpulver - Google Patents

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EP0861913A1
EP0861913A1 EP98102700A EP98102700A EP0861913A1 EP 0861913 A1 EP0861913 A1 EP 0861913A1 EP 98102700 A EP98102700 A EP 98102700A EP 98102700 A EP98102700 A EP 98102700A EP 0861913 A1 EP0861913 A1 EP 0861913A1
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phosphorus
iron
powder
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EP98102700A
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Bernd Dr. Leutner
Gabriele Dr. Friedrich
Reinhold Schlegel
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BASF SE
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BASF SE
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy
    • C22C33/0214—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy comprising P or a phosphorus compound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/30—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis
    • B22F9/305—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with decomposition of metal compounds, e.g. by pyrolysis of metal carbonyls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]

Definitions

  • the invention relates to phosphorus-containing iron powder and a method their manufacture.
  • Powder made of iron-phosphorus alloys are used, for example in question where mechanical properties such as hardness and brittleness are adjustable via the phosphorus content.
  • Iron-phosphorus alloys can also be produced by melting a mixture of iron filings and P 2 O 5 with carbon powder or without the addition of coal. Iron-phosphorus alloys and iron phosphides are also formed in the reduction of Fe 3 PO 4 by hydrogen or carbon or in the reduction of a mixture of calcium phosphate and Fe 2 O 3 by carbon.
  • the processes mentioned generally require high temperatures. Around To react iron with phosphorus, the first must at least until be heated to red heat.
  • the iron-phosphorus alloys obtained by reduction also have a high content of minor components.
  • Ferrophosphorus contains as Minor components 1 - 9% silicon and other metals such as titanium, Vanadium, chrome and manganese.
  • the object of the present invention is a method for the production of phosphorus-containing iron powder with widely variable Phosphorus content and the lowest possible proportion of secondary components to provide.
  • the invention is based on known processes for producing phosphorus-containing Iron powder, in which metallic iron with elementary Phosphorus heated and the product obtained is ground into powder.
  • the method according to the invention is characterized in that metallic Iron in the form of finely divided carbonyl iron is used.
  • finely divided carbonyl iron is carbonyl iron powder and carbonyl iron whiskers understood.
  • Carbonyl iron powder and carbonyl iron whiskers can be made by known methods by thermal decomposition of iron pentacarbonyl in the gas phase be obtained, e.g. as in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A 14, page 599 or in DE 3 428 121 or in DE 3 940 347 described, and consist of particularly pure metallic Iron.
  • the high purity of the powder or whiskers is due to the high Purity of iron pentacarbonyl conditional.
  • powders or whiskers are formed.
  • Carbonyl iron powder is a gray, finely divided powder made of metallic iron with a low content of minor components, which essentially consists of spherical particles with an average particle diameter of up to 10 ⁇ m consists.
  • mechanically hard, not reduced ones can be used Carbonyl iron powder or mechanically soft, reduced carbonyl iron powder be used.
  • the non-reduced carbonyl iron powders preferably used in the process according to the invention have an iron content of> 97% by weight, a carbon content of ⁇ 1.0% by weight, a nitrogen content of ⁇ 1.0% by weight and an oxygen content of ⁇ 0, 5% by weight.
  • the average particle diameter of the powder particles is preferably between 1 and 10 ⁇ m, particularly preferably between 1.5 and 5.0 ⁇ m, and their specific surface area (BET) is preferably between 0.2 and 2.5 m 2 / g.
  • the reduced carbonyl iron powders preferably used in the process according to the invention have an iron content of> 99.5% by weight, a carbon content of ⁇ 0.06% by weight, a nitrogen content of ⁇ 0.1% by weight and an oxygen content of ⁇ 0.4% by weight.
  • the average particle diameter of the powder particles is preferably 1-8 ⁇ m, particularly preferably 4.0-8.0 ⁇ m.
  • the specific surface area of the powder particles is preferably 0.2-2.5 m 2 / g.
  • Carbonyl iron whiskers are very fine, polycrystalline iron threads.
  • the one in the Processes according to the invention preferably use carbonyl iron whiskers consist of filiform arrangements of spheres with diameters of the beads between 0.1-1 ⁇ m, the threads of different lengths have and can form balls, and have an iron content of> 83.0 % By weight, a carbon content of ⁇ 8.0% by weight, a nitrogen content of ⁇ 4.0% by weight and an oxygen content of ⁇ 7.0% by weight.
  • the carbonyl iron powders preferably used in the process according to the invention and whiskers have a very low content of foreign metals on, mostly below the detection limit of the atomic absorption analysis lies and on the preparation from the very pure starting compound Iron pentacarbonyl is based.
  • the carbonyl iron powder contains the following proportions of other foreign elements: nickel ⁇ 100 ppm, chromium ⁇ 150 ppm, molybdenum ⁇ 20 ppm, arsenic ⁇ 2 ppm, lead ⁇ 10 ppm, Cadmium ⁇ 1 ppm, copper ⁇ 5 ppm, manganese ⁇ 10 ppm, mercury ⁇ 1 ppm, sulfur ⁇ 10 ppm, silicon ⁇ 10 ppm and zinc ⁇ 10 ppm.
  • Carbonyl iron powders are preferred in the process according to the invention used.
  • Elemental phosphorus can be used in all known modifications, i.e. as white, red, black or violet phosphorus can be used.
  • the red phosphorus used in the process according to the invention can be used as Minor ingredient in particular still contain water.
  • the reaction is carried out at temperatures above room temperature.
  • a heatable tube made of a heat-resistant material such as quartz can be used.
  • Carbonyl iron powder whiskers and elemental phosphorus are mixed intensively.
  • the Reaction mixture of carbonyl iron powder or whiskers and elementary Phosphorus is in the reaction vessel until the exothermic onset Reaction heated up. After the onset of the reaction, the temperature may rise continue to rise due to the heat of reaction.
  • the implementation is preferred carried out at a temperature above 300 ° C, particularly preferred at a temperature between 380 ° C and 550 ° C.
  • the reaction is preferably carried out largely with the exclusion of atmospheric oxygen. This can be done, for example Reaction in an inert gas atmosphere.
  • The is preferred Implemented in an inert gas atmosphere made of nitrogen.
  • the reaction is preferably carried out at atmospheric pressure.
  • An advantage of the process according to the invention is that the iron-phosphorus ratio the powder can be chosen by choosing the starting composition can be varied.
  • Carbonyl iron powder and phosphorus are preferably in a mass ratio between 99.9: 0.1% and 30: 70% implemented, especially preferably in a mass ratio between 99: 1% and 70: 30%.
  • the phosphorus content of the obtained phosphorus-containing iron powder between 0.1 and 80% by weight lie. It is preferably between about 0.5 and 20% by weight, particularly preferably between about 1 and 10% by weight.
  • Another advantage of the method according to the invention is that due to the purity of the raw materials - low content of secondary components of the powder obtained.
  • the content of the phosphorus-containing invention Iron powder on the elements Ni, Cr, Mo, As, Pb, Cd, Cu, Mn, Hg, S, Si and Zn become essentially when using high purity phosphorus through the content of these elements in the carbonyl iron powder used limited. It can be less than 0.035% by weight in total.
  • the carbon content of the powder is preferably below 5% by weight, particularly preferably below 1% by weight.
  • the nitrogen content of the powder is preferred below 5% by weight, particularly preferably below 1% by weight.
  • the hydrogen content of the powder is preferably below 1% by weight, particularly preferably below 0.5% by weight.
  • the content of the powder in other foreign elements is preferably below the limits mentioned above for carbonyl iron powder.
  • the carbon content can be below 0.1% by weight and the nitrogen content can be reduced to below 0.01% by weight.
  • the product obtained is subsequently - for example by grinding - mechanically crushed into a powder.
  • the mechanical properties of the phosphorus-containing ones according to the invention Iron powders are particularly determined by their phosphorus content.
  • the Powders are therefore particularly advantageous for applications in which defined mechanical properties such as hardness or brittleness required are used.
  • Preferred applications of the phosphorus-containing iron powder according to the invention are in the field of powder metallurgy.
  • the powder metallurgy is a special field of material production and processing, in the powdered Metallic-based materials by pressing and / or sintering Shaped bodies are connected.
  • Preferred applications are, for example compression molding and powder injection molding ("metal injection molding").
  • the phosphorus-containing iron powder according to the invention can be used alone or mixed with other metal powders - e.g. made of nickel, cobalt, bronze - for Manufacture of iron alloys are used.
  • the fine particle according to the invention can phosphorus-containing iron, for example, also for embedding industrial diamonds in cutting and grinding tools as well as for the production of Metal ceramics, so-called cermets, are used.
  • a nitrogen stream (10 l / h) is passed through the tube during the experiment headed.
  • the temperature is measured using thermocouples, one of which the oven temperature, a second one that protrudes directly into the powder, the temperature of the reaction mixture.
  • the iron powders produced according to Examples 1-3 consist of iron and iron phosphides of different stoichiometry (FeP, Fe 2 P and Fe 3 P).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Eisenpulver, bei dem Carbonyleisenpulver oder -whiskers mit elementarem Phosphor gemischt und erhitzt und das erhaltene Produkt zu Pulver zerkleinert wird. Das erfindungsgemäße Pulver zeichnet sich durch einen besonders geringen Gehalt an Fremdelementen aus.

Description

Die Erfindung betrifft phosphorhaltige Eisenpulver und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Für bestimmte Anwendungen, beispielsweise in der Pulvermetallurgie, werden Metallpulver mit definierten mechanischen Eigenschaften benötigt. Für solche Anwendungen kommen beispielsweise Pulver aus Eisen-Phosphor-Legierungen in Frage, bei denen mechanische Eigenschaften wie Härte und Sprödigkeit über den Phosphorgehalt einstellbar sind.
In Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie, Band Eisen, Teil A, Abteilung II, 8. Auflage 1934/39, Seite 1784-85 sind klassische Verfahren zur Darstellung von Eisen-Phosphor-Legierungen bzw. Eisenphosphiden (mit ganzzahligem Eisen-Phosphor-Verhältnis) beschrieben. Danach werden Eisen-Phosphor-Legierungen oder Eisenphosphide direkt aus den Elementen, durch Reduktion von Phosphoroxiden in Gegenwart von Eisen oder durch gemeinsame Reduktion von Phosphor- und Eisenverbindungen hergestellt.
So können Präparate mit einem Phosphorgehalt bis zu 30 Gew.-% durch Schmelzen von Eisen mit rotem Phosphor unter Stickstoffatmosphäre oder durch Einwirkung von Phosphordampf auf rotglühendes Eisen dargestellt werden. Höhere Phosphide mit einem Phosphorgehalt von über 50 Gew.-% entstehen beim Erhitzen der niederen Phosphide in einer Atmosphäre von gesättigtem Phosphordampf.
Eisen-Phosphor-Legierungen können weiterhin dargestellt werden, indem man eine Mischung von Eisenspänen und P2O5 mit Kohlepulver oder auch ohne Zusatz von Kohle schmilzt. Eisen-Phosphor-Legierungen und Eisenphosphide entstehen ferner bei der Reduktion von Fe3PO4 durch Wasserstoff oder Kohlenstoff oder bei der Reduktion einer Mischung von Calciumphosphat und Fe2O3 durch Kohlenstoff.
Die genannten Verfahren erfordern im allgemeinen hohe Temperaturen. Um Eisen mit Phosphor zur Reaktion zu bringen, muß ersteres mindestens bis zur Rotglut erhitzt werden. Die durch Reduktion erhaltenen Eisen-Phosphor-Legierungen weisen ferner einen hohen Gehalt an Nebenbestandteilen auf.
Bei der Phosphorherstellung durch Reduktion phosphathaltiger Eisenerze im Elektroofen fällt eine Legierung aus Eisen und Phosphor, Ferrophosphor, mit 20 bis 27 Gew.-% Phosphor als Nebenprodukt an. Ferrophosphor enthält als Nebenbestandteile 1 - 9 % Silizium sowie weitere Metalle wie Titan, Vanadium, Chrom und Mangan.
Für Anwendungen, bei denen hochreine Eisenpulver mit definiertem Phosphorgehalt und Teilchengrößen < 50 µm erforderlich sind, sind die nach den vorstehend genannten Verfahren hergestellten Eisen-Phosphor-Legierungen ungeeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Eisenpulver mit in weiten Grenzen variierbarem Phosphorgehalt und einem möglichst geringen Anteil an Nebenbestandteilen bereitzustellen.
Die Erfindung geht aus von bekannten Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Eisenpulver, bei denen metallisches Eisen mit elementarem Phosphor erhitzt und das erhaltene Produkt zu Pulver zerkleinert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Eisen in Form von feinteiligem Carbonyleisen eingesetzt wird.
Unter feinteiligem Carbonyleisen werden erfindungsgemäß Carbonyleisenpulver und Carbonyleisenwhiskers verstanden.
Carbonyleisenpulver und Carbonyleisenwhisker können nach bekannten Verfahren durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl in der Gasphase erhalten werden, z.B. wie in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Edition, Vol. A 14, Seite 599 bzw. in DE 3 428 121 oder in DE 3 940 347 beschrieben, und bestehen aus besonders reinem metallischem Eisen. Die hohe Reinheit der Pulver bzw. Whiskers wird durch die hohe Reinheit des Eisenpentacarbonyls bedingt. Je nach Zersetzungsbedingungen (Druck, Temperatur) werden Pulver oder Whiskers gebildet.
Carbonyleisenpulver ist ein graues, feinteiliges Pulver aus metallischem Eisen mit einem geringen Gehalt an Nebenbestandteilen, das im wesentlichen aus kugelförmigen Teilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser bis 10 µm besteht.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können mechanisch harte, nicht reduzierte Carbonyleisenpulver oder mechanisch weiche, reduzierte Carbonyleisenpulver verwendet werden.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten nichtreduzierten Carbonyleisenpulver weisen einen Eisengehalt von > 97 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von < 1,0 Gew.-%, einen Stickstoffgehalt von < 1,0 Gew.-% und einen Sauerstoffgehalt von < 0,5 Gew.-% auf. Der mittlerer Teilchendurchmesser der Pulverteilchen liegt vorzugsweise zwischen 1 und 10 µm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 5,0 µm, ihre spezifische Oberfläche (BET) liegt vorzugsweise zwischen 0,2 und 2,5 m2/g.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten reduzierten Carbonyleisenpulver weisen einen Eisengehalt von > 99,5 Gew.- %, einen Kohlenstoffgehalt von < 0,06 Gew.- %, einen Stickstoffgehalt von < 0,1 Gew.-% und einen Sauerstoffgehalt von < 0,4 Gew.-% auf. Der mittlere Teilchendurchmesser der Pulverteilchen beträgt bevorzugt 1 - 8 µm, besonders bevorzugt 4,0 - 8,0 µm. Die spezifische Oberfläche der Pulverteilchen beträgt vorzugsweise 0,2 - 2,5 m2/g.
Carbonyleisenwhiskers sind sehr feine, polykristalline Eisenfäden. Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Carbonyleisenwhiskers bestehen aus fadenförmigen Anordnungen von Kügelchen mit Durchmessern der Kügelchen zwischen 0,1-1 µm, wobei die Fäden unterschiedliche Länge haben und Knäuel bilden können, und weisen einen Eisengehalt von > 83,0 Gew.-%, einen Kohlenstoffgehalt von < 8,0 Gew.-%, einen Stickstoffgehalt von < 4,0 Gew.-% und einen Sauerstoffgehalt von < 7,0 Gew.-% auf.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt verwendeten Carbonyleisenpulver und -whiskers weisen einen sehr geringen Gehalt an Fremdmetallen auf, der zumeist unterhalb der Nachweisgrenze der Atomabsorptionsanalyse liegt und auf der Herstellung aus der sehr reinen Ausgangsverbindung Eisenpentacarbonyl beruht. U. a. enthalten die Carbonyleisenpulver folgende Anteile an weiteren Fremdelementen: Nickel < 100 ppm, Chrom < 150 ppm, Molybdän < 20 ppm, Arsen < 2 ppm, Blei < 10 ppm, Cadmium < 1 ppm, Kupfer < 5 ppm, Mangan < 10 ppm, Quecksilber < 1 ppm, Schwefel < 10 ppm, Silizium < 10 ppm und Zink < 10 ppm.
Vorzugsweise werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Carbonyleisenpulver verwendet.
Elementarer Phosphor kann in allen bekannten Modifikationen, d.h. als weißer, roter, schwarzer oder violetter Phosphor eingesetzt werden. Bevorzugt wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren roter Phosphor eingesetzt. Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte rote Phosphor kann als Nebenbestandteil insbesondere noch Wasser enthalten.
Die Reaktion wird bei Temperaturen oberhalb Raumtemperatur vorgenommen. Beispielsweise kann als Reaktionsgefäß ein beheizbares Rohr aus einem hitzebeständigen Material wie Quarz verwendet werden. Carbonyleisenpulver bzw. -whiskers und elementarer Phosphor werden intensiv gemischt. Die Reaktionsmischung aus Carbonyleisenpulver bzw. -whiskers und elementarem Phosphor wird in dem Reaktionsgefäß bis zum Einsetzen der exothermen Reaktion aufgeheizt. Nach Einsetzen der Reaktion kann die Temperatur durch die Reaktionswärme weiter ansteigen. Vorzugsweise wird die Umsetzung bei einer Temperatur oberhalb 300°C durchgeführt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur zwischen 380°C und 550°C.
Die Umsetzung wird vorzugsweise unter weitgehendem Ausschluß von atmosphärischem Sauerstoff vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch Reaktionsführung in einer Inertgasatmosphäre geschehen. Bevorzugt wird die Umsetzung in einer Inertgasatmosphäre aus Stickstoff vorgenommen. Die Umsetzung wird bevorzugt bei Atmosphärendruck durchgeführt.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß das Eisen-Phosphor-Verhältnis der Pulver beliebig durch Wahl der Ausgangszusammensetzung variiert werden kann.
Vorzugsweise werden Carbonyleisenpulver und Phosphor in einem Massenverhältnis zwischen 99,9 : 0,1 % und 30 : 70 % umgesetzt, besonders bevorzugt in einem Masseverhältnis zwischen 99 : 1 % und 70 : 30 %.
Je nach Wahl der Ausgangszusammensetzung kann der Phosphorgehalt der erhaltenen phosphorhaltigen Eisenpulver zwischen 0,1 und 80 Gew.-% liegen. Vorzugsweise liegt er zwischen ca. 0,5 und 20 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen ca. 1 und 10 Gew.-%.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin der - bedingt durch die Reinheit der Ausgangsstoffe - niedrige Gehalt an Nebenbestandteilen der erhaltenen Pulver. Der Gehalt der erfindungsgemäßen phosphorhaltigen Eisenpulver an den Elementen Ni, Cr, Mo, As, Pb, Cd, Cu, Mn, Hg, S, Si und Zn wird bei Verwendung von hochreinem Phosphor im wesentlichen durch den Gehalt der eingesetzten Carbonyleisenpulver an diesen Elementen begrenzt. Er kann insgesamt unterhalb 0,035 Gew.-% liegen. Der Kohlenstoffgehalt der Pulver liegt bevorzugt unterhalb 5 Gew.- %, besonders bevorzugt unterhalb 1 Gew.- %. Der Stickstoffgehalt der Pulver liegt bevorzugt unterhalb 5 Gew.-%, besonders bevorzugt unterhalb 1 Gew.- %. Der Wasserstoffgehalt der Pulver liegt bevorzugt unterhalb 1 Gew.- %, besonders bevorzugt unterhalb 0,5 Gew.-%.
Der Gehalt der Pulver an weiteren Fremdelementen liegt vorzugsweise unterhalb der für Carbonyleisenpulver vorstehend genannten Grenzen.
Ferner ist es möglich, die phosphorhaltigen Eisenpulver nach bekannten Verfahren, wie z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Fifth edition, Vol. A 14, S. 599 beschrieben, durch Erhitzen im Wasserstoffstrom weitgehend von Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff zu befreien.
Auf diese Weise können der Kohlenstoffgehalt auf unter 0,1 Gew.- % und der Stickstoffgehalt auf unter 0,01 Gew.-% gesenkt werden.
Vorteilhaft sind ferner die niedrigen Umsetzungstemperaturen, die wahrscheinlich auf die großen spezifischen Oberflächen der eingesetzten feinteiligen Carbonyleisenpulver und -whiskers zurückzuführen sind.
Das erhaltene Produkt wird nachfolgend - beispielesweise durch Mahlen - mechanisch zu einem Pulver zerkleinert.
Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen phosphorhaltigen Eisenpulver werden insbesondere durch ihren Phosphorgehalt bestimmt. Die Pulver werden daher besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen definierte mechanischer Eigenschaften wie Härte oder Sprödigkeit gefordert sind, eingesetzt.
Bevorzugte Anwendungen der erfindungsgemäßen phosphorhaltigen Eisenpulver liegen auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie. Die Pulvermetallurgie ist ein Spezialgebiet der Werkstofferzeugung und -verarbeitung, bei dem pulverförmige Stoffe auf metallischer Basis durch Pressen und/oder Sintern zu Formkörpern verbunden werden. Bevorzugte Anwednungen sind beispielsweise das Formpressen und der Pulverspritzguß ("Metal Injection molding").
Das erfindungsgemäße phosphorhaltige Eisenpulver kann für sich allein oder gemischt mit anderen Metallpulvern - z.B. aus Nickel, Kobalt, Bronze - zur Herstellung von Eisenlegierungen eingesetzt werden.
Nach den oben genannten Verfahren kann das erfindungsgemäße feinteilige phosphorhaltige Eisen beispielsweise auch zum Einbetten von Industriediamanten in Schneide- und Schleifwerkzeugen sowie zur Herstellung von Metallkeramiken, sogenannte Cermets, verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele zusätzlich erläutert.
BEISPIEL 1
In ein Drehrohr aus Quarzglas werden 45,0 (0,806 mol) mechanisch hartes Carbonyleisenpulver HS 5103 (BASF AG, Ludwigshafen, DE) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 3 µm und 5,0 g (0,161 mol) Phosphor rot (Merck Darmstadt, DE), die vorher gut vermischt wurden, eingefüllt. Die Apparatur wird zuerst mit N2 gespült und dann unter N2-Spülung ca. 1 h lang auf 530°C geheizt.
Durch das Rohr wird während des Versuchs ein Stickstoffstrom (10 l/h) geleitet. Die Temperaturmessung erfolgt über Thermoelemente, wobei eines die Ofentemperatur, ein zweites, das direkt ins Pulver ragt, die Temperatur der Reaktionsmischung anzeigt.
Bei ca. 450°C setzt eine exotherme Reaktion, was sich durch ein Ansteigen der Temperatur der Reaktionsmischung auf ca. 550°C innerhalb weniger Minuten bemerkbar macht. Die Bildung der Eisen-Phosphor-Legierung ist danach beendet, was durch einen Abfall der Temperatur angezeigt wird. Man läßt das Pulver auf Raumtemperatur abkühlen. Es werden 48,2 g graues, verbackenes Produkt aus dem Rohr entfernt, das an der Luft zerstoßen wird und die folgende Elementzusammensetzung aufweist:
  • Fe 85,0; P 8,1; C 0,5; O 7,0; H < 0,5; N 0,24 [Gew.-%].
    • BEISPIEL 2
    Herstellung wie in Beispiel 1, jedoch werden 36,0 g (0,645 mol) mechanisch weiches Carbonyleisenpulver SM 6256 (BASF AG, Ludwigshafen, DE) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 3 µm und 4,0 g (0,129 mol) roter Phosphor (Merck Darmstadt, DE) verwendet. Es werden 40,1 g graues, verbackenes Produkt erhalten, das die folgende Elementzusammensetzung aufweist:
  • Fe 88,3; P 7,9; C < 0,5; O 3,6; H < 0,5; N 0,24 [Gew.-%].
    • BEISPIEL 3
    90 kg mechanisch hartes Carbonyleisenpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von ca. 3 µm und 10 kg roter Phosphor (Hoechst-Knapsack) werden intensiv gemischt. Das Gemisch wird auf einem Blech in einen mit Stickstoff inertisierten Ofen eingebracht und innerhalb von 2 Stunden auf ca. 420°C aufgeheizt. Durch das Einsetzen der Reaktion bei ca. 420°C heizt sich das Gemisch weiter auf. Die Heizung wird abgeschaltet, das Produkt bis auf Zimmertemperatur abgekühlt und als leicht zusammengebackenes graues Pulver entnommen. Dieses Pulver wird in einer Mühle mit Stahlmahlkörpern auf einen mittleren Teilchendurchmesser von ca. 5 µm zerkleinert.
    Das Produkt weist folgende Elementzusammensetzung auf:
  • Fe 89,1; P 9,8; C 0,59; N 0,04 [Gew.-%].
    • Die gemäß Beispielen 1 - 3 hergestellten Eisenpulver bestehen laut röntgenpulverdiffraktometrischer Analyse aus Eisen und Eisenphosphiden unterschiedlicher Stöchiometrie (FeP, Fe2P und Fe3P).

    Claims (9)

    1. Verfahren zur Herstellung von phosphorhaltigem Eisenpulver, bei dem metallisches Eisen mit elementarem Phosphor gemischt und erhitzt und das erhaltene Produkt zu Pulver zerkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß metallisches Eisen in Form von feinteiligem Carbonyleisen eingesetzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren bei einer Temperatur oberhalb 300°C durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß feinteiliges Carbonyleisen mit elementarem Phosphor in einer Inertgasatmosphäre erhitzt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß elementarer Phosphor in Form von rotem Phosphor eingesetzt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als feinteiliges Carbonyleisen Carbonyleisenpulver mit den Merkmalen
      Kohlenstoffgehalt unter 1 Gew.-%
      Stickstoffgehalt unter 1 Gew.-%
      Sauerstoffgehalt unter 0,5 Gew.-%
      Gehalt an weiteren Fremdelementen insgesamt unter 0,1 Gew.-% eingesetzt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als feinteiliges Carbonyleisen Carbonyleisenpulver mit den Merkmalen
      Kohlenstoffgehalt unter 0,06 Gew.-%
      Stickstoffgehalt unter 0,1 Gew.-%
      Sauerstoffgehalt unter 0,4 Gew.-%
      Gehalt an weiteren Fremdelementen insgesamt unter 0,1 Gew.-% eingesetzt wird.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß feinteiliges Carbonyleisen mit elementarem Phosphor in einem Massenverhältnis zwischen 99 : 1 % und 70 : 30 % erhitzt wird.
    8. Phosphorhaltiges Eisenpulver mit den Merkmalen
      Phosphorgehalt zwischen 0,1 und 80 Gew.-%,
      Kohlenstoffgehalt unter 1 Gew.-%,
      Stickstoffgehalt unter 1 Gew.-%,
      Wasserstoffgehalt unter 0,5 Gew.-%,
      Gehalt an weiteren, von Sauerstoff verschiedenen Fremdelementen insgesamt unter 0,1 %,
      mittlerer Teilchendurchmesser < 10 µm,
      herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
    9. Phosphorhaltiges Eisenpulver nach Anspruch 8 mit den Merkmalen
      Kohlenstoffgehalt unter 0,06 Gew.-%,
      Stickstoffgehalt unter 0,1 Gew.-%,
      Wasserstoffgehalt unter 0,4 Gew.-%.
    EP98102700A 1997-02-19 1998-02-17 Phosphorhaltige Eisenpulver Expired - Lifetime EP0861913B1 (de)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    DE19706525A DE19706525A1 (de) 1997-02-19 1997-02-19 Phosphorhaltige Eisenpulver
    DE19706525 1997-02-19

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0861913A1 true EP0861913A1 (de) 1998-09-02
    EP0861913B1 EP0861913B1 (de) 2001-05-09

    Family

    ID=7820807

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