EP0956173B1 - Metallpulver-granulat, verfahren zu seiner herstellung sowie dessen verwendung - Google Patents

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EP0956173B1
EP0956173B1 EP96939034A EP96939034A EP0956173B1 EP 0956173 B1 EP0956173 B1 EP 0956173B1 EP 96939034 A EP96939034 A EP 96939034A EP 96939034 A EP96939034 A EP 96939034A EP 0956173 B1 EP0956173 B1 EP 0956173B1
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EP
European Patent Office
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metal powder
granulation
granulated
binder
hydrogen
Prior art date
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EP96939034A
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Matthias HÖHNE
Benno Gries
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HC Starck GmbH
Original Assignee
HC Starck GmbH
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Publication date
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
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    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to metal powder granules composed of one or more the metals Co, Cu, Ni, W and Mo, a process for its production as well as its use.
  • Granules of the metals Co, Cu, Ni, W and Mo have a variety of uses as sintered materials.
  • copper metal granules suitable for making copper sliding contacts for motors tungsten granules find possible uses for the production of W / Cu drinking contacts, Ni and Mo granules can be used for corresponding semi-finished product applications.
  • Cobalt metal powder granules are used as binder components in Composite sintered bodies e.g. Hard metals and diamond tools.
  • DE-A 43 43 594 discloses that free-flowing metal powder granules by atomizing and sieving suitable grain areas can. However, these granules are for the manufacture of diamond tools not suitable.
  • EP-A-399 375 describes the production of a free-flowing tungsten carbide-cobalt metal powder granulate.
  • the fine components are the starting components Powder agglomerated together with a binder and a solvent.
  • the binder is then removed thermally and the agglomerate, in order to obtain the desired flowability, at 2500 ° C. in Aftertreated plasma.
  • Fine cobalt metal powders can be made using this process but do not granulate, because at temperatures above the melting point processing problems similar to those of processing atomized powders occur.
  • EP-A 0 659 508 describes the production of metal powder granules general formula RFeB or RCo, where R is for rare earth metals or compounds, B stands for boron and Fe for iron. After that, first an alloy of the components and these by grinding to the desired fineness brought. Then binders and solvents are added and the Slurry dried in a spray dryer. Disadvantage of this method - especially for the production of diamond tools - is that initially the Metals are alloyed and by melting fine cobalt metal powder their characteristic properties, as described in DE-A 43 43 594, lose. It is therefore the most suitable for the production of cobalt metal powder granules State of the art, e.g.
  • the granules obtained in this way have a rounded grain shape.
  • the surface is relatively dense with no large pores or gas outlet openings.
  • the bulk density determined according to ASTM B 329 is relatively high at 2.0-2.4 g / cm 3 (Table 2). 1 shows the scanning electronic (SEM) image of a commercially available granulate from Eurotungstene, Grenoble France, in FIG. 2 that of a commercially available granulate from Hoboken Overpelt, Belgium.
  • SEM scanning electronic
  • the compression behavior can be described quantitatively by measuring the compression factor F comp .
  • F comp ( ⁇ p - ⁇ O ) / ⁇ p with ( ⁇ 0 ), the bulk density in g / cm 3 of the cobalt metal powder granulate in the original state and ( ⁇ p ) the density in g / cm 3 after pressing.
  • Binder used granules remain in the granules (see Table 1).
  • binder is understood to mean a film-forming substance which, if appropriate, is dissolved in a solvent and is added to the starting components in a suitable granulation process in such a way that the powder surface is wetted, or if appropriate after removal of the solvent, by forming a surface film on the primary grains these are held together. This produces granules of sufficient mechanical strength.
  • substances can also be used as binders, which ensure the mechanical strength of the granulate particles through capillary forces.
  • the heating-up time can be extended. This can be a Reduce production by up to 25%.
  • the heating times not prolonged, carbon nests are observed in the hot-pressed segments through cracking processes of the binders. This often leads to one significant deterioration in tool quality.
  • Another disadvantage is the use of organic solvents, which after the granulation are carefully removed by evaporation. First of all, that is Removal of the solvents by the thermal treatment is expensive.
  • organic solvents has significant disadvantages with regard to environmental compatibility, plant safety and the energy balance. The Working with organic solvents often requires considerable equipment Expenditure on suction and disposal facilities, as well as on filters to prevent the emission of organic solvents during granulation.
  • the systems must be explosion-proof, which in turn increases investment costs.
  • a binder-free metal powder granulate which consists of one or more of the metals Co, Cu, Ni, W and Mo, with a maximum of 10% by weight ⁇ 50 ⁇ m according to ASTM B214 and the total carbon content less than 0. 1 wt .-%, particularly preferably less than 400 ppm.
  • This binder-free metal powder granulate is the subject of this invention.
  • the surface and grain shape of the product according to the invention has been significantly optimized.
  • 3 shows the SEM image of the metal powder granules according to the invention using the example of a cobalt metal powder granules according to the invention. It has a cracked, jagged structure that facilitates the formation of positive connections.
  • the granulate according to the invention is very porous. This significantly reduces the resistance to deformation during cold pressing.
  • the porous structure is reflected in the bulk weight.
  • the cobalt metal powder granulate preferably has a low bulk density between 0.5 to 1.5 g / cm 3 , determined according to ASTM B 329. In a particularly preferred embodiment, it has a compression factor F comp of at least 60% and at most 80%. This high compression factor leads to excellent compressibility.
  • cold pressed sintered bodies can be produced at a pressure of 667 kg / cm 2 , which have excellent mechanical edge stability.
  • Table 2 below shows the bulk density of the product according to the invention in its original state ( ⁇ 0 ), the density after pressing ( ⁇ p ) and the compression factor F comp in comparison to commercially available granules.
  • Typical bulk density in original condition ( ⁇ 0 ), after pressing with 667 kg / cm 2 ( ⁇ p ) and the compression factor of the cobalt metal powder granulate according to the invention in comparison to commercially available products Manufacturer HCST Goslar / Germany EUROTUNGSTENE Grenoble / France HOBOKEN Overpelt / Belgium HOBOKEN Overpelt / Belgium product cobalt metal powder granules according to the invention Cobalt metal powder granulate ultrafine Cobalt metal powder granules extrafein soft granulated Cobalt metal powder granules extrafine hard granulated Bulk density ( ⁇ 0 ) (g / cm 3 ) 1.03 2.13 2.4 2.4 Compression density ( ⁇ p ) (g / cm 3 ) 3.
  • the green compacts were produced in a uniaxial, hydraulic press with a load of 2.5 t and a square ram area of 2.25 cm 2 and a weight of 6 g
  • This invention further relates to a method for producing the metal powder granules according to the invention. It is a process for the production of binder-free metal powder granules from one or several of the metals Co, Cu, Ni, W and Mo, being the starting component a metal compound from one or more of the groups of metal oxides, hydroxides, carbonates, bicarbonates, oxalates, acetates and formates with Binder and optionally additionally with 40% - 80% solvent is granulated to the solids content and the granules thermally by addition in a hydrogen-containing gas atmosphere to the metal powder granules is reduced, the binder and optionally the solvent is removed without residue.
  • the method according to the invention thus opens up a possibility of solvents to use, which consist of organic compounds and / or water can, being particularly preferred, but not limited to, water as Solvent is used.
  • solvents consist of organic compounds and / or water can, being particularly preferred, but not limited to, water as Solvent is used.
  • the added binders are either without solvent or dissolved in the solvent or suspended or used emulsified.
  • the binders and solvents can be inorganic or be organic compounds consisting of one or more of the elements carbon, Hydrogen, oxygen, nitrogen and sulfur built up and free of Halogens and, with the exception of traces that are unavoidable due to manufacture, free of metals are.
  • binders and solvents can also be added Temperatures of less than 650 ° C are removed thermally without residue.
  • a binder one or more of the following compounds are particularly suitable: Paraffin oils, paraffin waxes, polyvinyl acetates, polyvinyl alcohols, polyacrylamides, Methyl cellulose, glycerin, polyetylene glycols, linseed oils, polyvinyl pyridine.
  • the use of polyvinyl alcohol as a binder is particularly preferred and water as a solvent.
  • the granulation of the starting component is achieved according to the invention in that the granulations as plates, build-up, Spray dryer, fluidized bed, press granulation or granulation in high speed Mixers is carried out.
  • the method according to the invention is particularly preferably carried out continuously or discontinuously in a ring mixer granulator.
  • granules are particularly preferably subsequently in a hydrogen containing gas atmosphere at temperatures from 400 ° C to 1100 ° C, especially from 400 - 650 ° C, reduced to metal powder granules.
  • a hydrogen containing gas atmosphere at temperatures from 400 ° C to 1100 ° C, especially from 400 - 650 ° C, reduced to metal powder granules.
  • Binder and, if necessary, the solvent are removed without residue.
  • Another embodiment variant of the method according to the invention consists in that the granulate after the granulation step first at temperatures of 50 ° C is dried to 400 ° C and then at temperatures from 400 ° C to 1100 ° C in a hydrogen-containing gas atmosphere to the metal powder granulate is reduced.
  • the metal powder granules according to the invention are ideal for Manufacture of sintered and composite sintered bodies. Subject of this invention is thus also the use of the metal powder granules according to the invention as Binder component in sintered bodies or composite sintered bodies made of hard powder and / or diamond powder and binders.
  • the compression factor F comp was determined with the aid of a uniaxial, hydraulic press with a load of 2.5 t with a press ram area of 2.25 m 2 and a weight of 6 g.
  • Properties of the granules containing cobalt described in the examples example Total carbon content (ppm) Bulk density (g / cm3) Sieve analysis according to ASTM B 214 (%) + 1000 ⁇ m - 1000 ⁇ m + 50 ⁇ m - 50 ⁇ m 1 200 1.4 3.4 90.5 6.1 2 360 1.2 6.9 91.0 2.1 3rd 310 0.8 4.5 89.9 5.6 4th 80 1.0 0.2 96.1 3.7

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Metallpulver-Granulat aus einem oder mehreren der Metalle Co, Cu, Ni, W und Mo, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie dessen Verwendung.
Granulate der Metalle Co, Cu, Ni, W und Mo haben vielfältige Verwendungsmöglichkeiten als Sinterwerkstoffe. Beispielsweise sind Kupfermetallgranulate geeignet, um Kupferschleif-kontakte für Motoren herzustellen, Wolframgranulate finden Einsatzmöglichkeiten zur Herstellung von W/Cu-Tränkkontakten, Ni- und Mo-Granulate können für entsprechende Halbzeuganwendungen eingesetzt werden. Kobaltmetallpulver-Granulate finden Verwendung als Bindemittelkomponenten in Verbundsinterkörpern z.B. Hartmetallen und Diamantwerkzeugen.
In der DE-A 43 43 594 wird offenbart, daß freifließende Metallpulvergranulate durch Verdüsen und Aussieben geeigneter Kornbereiche hergestellt werden können. Diese Granulate sind jedoch für die Herstellung von Diamantwerkzeugen nicht geeignet.
Die EP-A-399 375 beschreibt die Herstellung eines freifließenden Wolframcarbid-Kobaltmetallpulver-Granulats. Als Ausgangskomponenten werden die feinen Pulver mit einem Bindemittel und einem Lösungsmittel zusammen agglomeriert. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das Bindemittel thermisch entfernt und das Agglomerat, um die gewünschte Fließfähigkeit zu erhalten, bei 2500°C im Plasma nachbehandelt. Feine Kobaltmetallpulver lassen sich nach diesem Verfahren aber nicht granulieren, da bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes ähnliche Verarbeitungsprobleme wie sie bei der Verarbeitung verdüster Pulver auftreten.
Aus der DE-A 44 31 723 geht hervor, daß Pasten aus Oxidverbindungen erhalten werden können, wenn wasserverdünnbare, nichtionogene rheologische Additive zugemischt werden. Diese Additive können thermisch entfernt werden und auf diese Weise feste Schichten auf Substraten hergestellt werden. Dieses Verfahren zielt jedoch darauf ab, daß die Substrate mit feinteiligen, völlig agglomeratfreien Teilchen beschichtet werden.
Die EP-A 0 659 508 beschreibt die Herstellung von Metallpulvergranulaten der allgemeinen Formel RFeB bzw. RCo, wobei R für Seltenerdmetalle oder -Verbindungen, B für Bor und Fe für Eisen steht. Hiernach wird zunächst eine Legierung der Komponenten hergestellt und diese durch Mahlen auf die gewünschte Feinheit gebracht. Anschließend werden Binde- und Lösungsmittel zugegeben und die Ausschlämmung in einem Sprühtrockner getrocknet. Nachteil dieses Verfahrens - insbesondere für die Herstellung von Diamantwerkzeugen - ist, daß zunächst die Metalle legiert werden und durch das Aufschmelzen feine Kobaltmetallpulver ihre charakteristischen Eigenschaften, wie in der DE-A 43 43 594 beschrieben, verlieren. Für die Herstellung von Kobaltmetallpulver-Granulaten ist es daher der Stand der Technik, der z.B. aus den Prospekten über die Granuliermaschine G 10 der Firma Dr. Fritsch KG, Fellbach in Deutschland, oder den Solidprozessor der Firma PK-Niro in Soeborg/Dänemark zu entnehmen ist, das feine Kobaltmetallpulver mit Bindemitteln sowie organischen Lösungsmitteln zu versetzen und in geeigneten Granuliereinrichtungen entsprechende Granulate zu erzeugen. Die Lösungsmittel werden nach dem Granulieren vorsichtig durch Abdampfen entfernt, aber die Bindemittel verbleiben im Granulat und beeinflussen die Eigenschaften stark.
Die so erhaltenen Granulate weisen eine abgerundete Kornform aus. Die Oberfläche ist verhältnismäßig dicht ohne große Poren oder Gasaustrittsöffnungen. Das Schüttgewicht ermittelt nach ASTM B 329 ist mit 2,0 - 2,4 g/cm3 (Tabelle 2) verhältnismäßig hoch. In Fig. 1 ist die rasterelektronische (REM)-Aufnahme eines handelsüblichen Granulats der Firma Eurotungstene, Grenoble Frankreich, in Fig. 2 die eines handelsüblichen Granulats der Firma Hoboken Overpelt, Belgien abgebildet. Die abgerundete Kornform sowie die hohen Schüttdichten führen zwar zu den gewünschten, verbesserten Fließeigenschaften des Kobalts, ergeben in der Praxis jedoch nicht unerhebliche Verarbeitungsprobleme.
Zum Beispiel müssen relativ hohe Preßkräfte beim Kaltpressen aufgewandt werden, um Grünlinge ausreichender Festigkeit und Kantenstabilität zu erhalten. Dies ist dadurch begründet, daß bei einer sphäischen oder abgerundeten Partikelkornform die für die Festigkeit der Grünlinge wichtige Ausbildung von formschlüssigen Verbindungen, d.h. vereinfacht ausgedrückt das Verhaken der einzelnen Partikel erschwert wird. Gleichzeitig bewirkt eine dichte geschlossene Struktur eine Erhöhung des Verformungswiderstands. Beide Faktoren führen zu der Erhöhung der notwendigen Preßkräfte beim Kaltpressen. Dies kann in der Praxis jedoch einen steigenden Verschleiß der Kaltpreßformen, d.h. einer geringeren Haltbarkeit der Kaltpreßformen bewirken, was wiederum zu erhöhten Produktionskosten führt.
Quantitativ läßt sich das Preßverhalten durch die Messung des Verdichtungsfaktor Fkomp beschreiben. Für Fkomp gilt: Fkomp = (ρp - ρo) / ρp mit (ρ0), der Schüttdichte in g/cm3 des Kobaltmetallpulvergranulats im Originalzustand sowie (ρp) der Dichte in g/cm3 nach dem Verpressen.
Der gravierendste Nachteil besteht jedoch darin, daß die bei der Herstellung der Granulate verwendeten Bindemittel im Granulat verbleiben (siehe Tabelle 1).
Unter Binder wird im folgenden eine filmbildende Substanz verstanden, die gegebenenfalls in einem Lösungsmittel gelöst wird und in einem geeigneten Granulierverfahren so den Ausgangskomponenten zugegeben wird, daß die Pulveroberfläche benetzt wird, bzw. gegebenenfalls nach dem Entfernen des Lösungsmittels, durch Ausbilden eines Oberflächenfilms auf den Primärkörnern diese zusammengehalten werden. Hierdurch entstehen Granulate ausreichender mechanischer Festigkeit. Alternativ kommen auch Substanzen als Binder in Betracht, die durch Kapilarkräfte für die mechanische Festigkeit der Granulat-Teilchen sorgen.
Typische Gehalte an Kohlenstoff aus dem Bindemittel in handelsüblichen Kobaltmetallpulver-Granulaten
EUROTUNGSTENE Grenoble / Frankreich HOBOKEN Overpelt / Belgien HOBOKEN Overpelt / Belgien
Produkt Co ultrafine granulated Co extrafine soft granulate Co extrafine hard granulate
Kohlenstoffgehalt ca. 1,5 % ca. 0,98 % ca. 0,96 %
Werden aus diesen Kobaltmetallpulver-Granulaten beispielsweise mit der am häufigsten angewandten Heißpreßtechnik hergestellt, so muß, um den organischen Binder restlos zu entfernen, die Aufheizzeit verlängert werden. Dies kann eine Produktionseinbuße von bis zu 25 % bewirken. Werden hingegen die Aufheizzeiten nicht verlängert, so beobachtet man in den heißgepreßten Segmenten Kohlenstoffnester durch Crackprozesse der Bindemittel. Dies führt häufig zu einer deutlichen Verschlechterung der Werkzeugqualität.
Ein weiterer Nachteil liegt in der Verwendung organischer Lösungsmittel, die nach dem Granulieren vorsichtig durch Abdampfen entfernt werden. Zunächst ist das Entfernen der Lösungsmittel durch die thermische Behandlung kostenintensiv. Zusätzlich hat die Verwendung organischer Lösungsmittel wesentliche Nachteile bzgl. der Umweltverträglichkeit, der Anlagensicherheit und der Energiebilanz. Das Arbeiten mit organischen Lösungsmitteln erfordert häufig einen erheblichen apparativen Aufwand an Absaug- und Entsorgungseinrichtungen, sowie an Filtern, um die Emission organischer Lösungsmittel bei der Granulation zu verhindern. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Anlagen explosionsgeschützt sein müssen, was wiederum die Investitionskosten erhöht.
Die Nachteile beim Arbeiten mit organischen Lösungsmitteln können theoretisch dadurch vermieden werden, daß das Bindemittel in Wasser gelöst werden. Die feinen Kobaltmetallpulver werden in diesem Fall jedoch teilweise oxidiert und dadurch unbrauchbar.
Es ist nun Aufgabe dieser Erfindung, ein Metallpulver-Granulat zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile der beschriebenen Pulver nicht aufweist.
Es ist gelungen, ein binderfreies Metallpulver-Granulat bereitzustellen, das aus einem oder mehreren der Metalle Co, Cu, Ni, W und Mo besteht, wobei gemäß ASTM B214 maximal 10 Gew.-% < 50 µm sind und der Gesamtkohlenstoffgehalt weniger als 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 400 ppm beträgt. Dieses Bindemittel-freie Metallpulvergranulat ist Gegenstand dieser Erfindung Desweiteren ist in dem erfindungsgemäßen Produkt die Oberfläche und Kornform wesentlich optimiert worden. Fig. 3 zeigt die REM-Aufnahme des erfindungsgemäßen Metallpulvergranulat am Beispiel eines erfindungsgemäßen Kobaltmetallpulvergranulats. Es weist eine rissige, zerklüftete Struktur auf, die die Ausbildung von formschlüssigen Verbindungen erleichtert. Desweiteren ist aus der REM Aufnahme ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Granulat sehr porös ist. Hierdurch wird der Verformungswiderstand beim Kaltpressen deutlich verringert. Die poröse Struktur spiegelt sich in dem Schüttgewicht wieder. Das Kobaltmetallpulvergranulat hat bevorzugt ein niedriges Schüttgewicht zwischen 0,5 bis 1,5 g/cm3, ermittelt gemäß ASTM B 329. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist es einen Verdichtungsfaktor Fkomp von mindestens 60 % und maximal 80 % auf. Dieser hohe Verdichtungsfaktor führt zu einer herausragenden Verpreßbarkeit. So lassen sich beispielsweise bei einem Druck von 667 kg/cm2 kaltgepreßte Sinterkörper herstellen, die eine hervorragende mechanische Kantenstabilität aufweisen.
In der folgenden Tabelle 2 sind die Schüttdichte des erfindungsgemäßen Produktes im Originalzustand (ρ0), die Dichte nach dem Verpressen (ρp) sowie der Verdichtungsfaktor Fkomp im Vergleich zu handelsüblichen Granulaten aufgeführt.
Typische Schüttdichte Originalzustand (ρ0), nach dem Verpressen mit 667 kg/cm2 (ρp) sowie der Verdichtunsfaktor vom erfindungsgemäßen Kobaltmetallpulvergranulat im Vergleich zu handelsüblichen Produkten
Hersteller HCST Goslar / Deutschland EUROTUNGSTENE Grenoble / Frankreich HOBOKEN Overpelt / Belgien HOBOKEN Overpelt / Belgien
Produkt erfindungsgemäßes Kobaltmetallpulver-Granulat Kobaltmetallpuler-Granulat ultrafine Kobaltmetallpulver-Granulat extrafein soft granulated Kobaltmetallpulver-Granulat extrafine hard granulated
Schüttdicht (ρ0) (g/cm3) 1,03 2,13 2,4 2,4
Preßdichte (ρp) (g/cm3) 3,45 4,31 4,69 4,79
Verdichtungsfaktor Fkomp (%) 70,1 50,6 48,8 49,8
Beurteilung des Formkörpers stabil, ohne Kantenausbruch vermindete Kantenstabilität deutlichverminderte Kantenstabilität geringe Kantenstabilität
Die Grünlinge wurden in einer uniaxialen, hydraulischen Presse mit 2,5 t Last bei einer quadratischen Preßstempelfläche von 2,25 cm2 und 6 g Einwaage hergestellt
Gegenstand dieser Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metallpulvergranulate. Es handelt sich hierbei um ein Verfahren zur Herstellung von binderfreien Metallpulvergranulaten aus einem oder mehreren der Metalle Co, Cu, Ni, W und Mo, wobei als Ausgangskomponente eine Metallverbindung aus einer oder mehreren der Gruppen der Metalloxide, -hydroxide, -carbonate, -hydrogencarbonate, -oxalate, -acetate und -formiate mit Bindemittel und gegebenenfalls zusätzlich mit 40 % - 80 % Lösungsmittel, bezogen auf den Feststoffgehalt granuliert wird und das Granulat thermisch durch Zugabe in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre zum Metallpulver-Granulat reduziert wird, wobei das Bindemittel und gegebenenfalls das Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt wird. Wird eine oder mehrere der genannten Metallverbindungen gewählt, so tritt während des Granulationsprozesses keine Oxidation der feinen Kobaltmetallpulves ein, wenn in wäßrigen Lösungen gearbeitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet somit eine Möglichkeit, Lösungsmittel zu verwenden, die aus organischen Verbindungen und/oder Wasser bestehen können, wobei besonders bevorzugt, aber nicht darauf beschränkt, Wasser als Lösungsmittel eingesetzt wird. Die zugegebenen Bindemittel werden entweder ohne Lösungsmittel bzw. im Lösungsmittel gelöst oder aber suspendiert bzw. emulgiert eingesetzt. Die Bindemittel und Lösungsmittel können anorganische oder organische Verbindungen sein, die aus einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel aufgebaut und frei von Halogenen und, bis auf herstellbedingt unvermeidlichen Spuren, frei von Metallen sind.
Des weiteren lassen sich die ausgewählten Bindemittel und Lösungsmittel bei Temperaturen von weniger als 650°C thermisch rückstandsfrei entfernt. Als Bindemittel sind insbesondere eine oder mehrere der folgenden Verbindungen geeignet: Paraffinöle, Paraffinwachse, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole, Polyacrylamide, Methylzellulose, Glycerin, Polyetylenglycole, Leinöle, Polyvinylpyridin.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Polyvinylalkohol als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel. Die Granulation der Ausgangskomponente wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Granulations als Teller-, Aufbau-, Sprühtrockner-, Wirbelschicht-, Preß-Granulation oder Granulation im hochtourigen Mischern durchgeführt wird.
Die besonders bevorzugte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich in einem Ringmischgranulator.
Diese Granulate werden besonders bevorzugt anschließend in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre bei Temperaturen von 400°C bis 1100°C, besonders von 400 - 650°C, zum Metallpulvergranulat reduziert behandelt. Hierbei kann das Bindemittel und gegebenfalls das Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden. Eine andere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, das das Granulat nach dem Granulationsschritt zuerst bei Temperaturen von 50°C bis 400°C getrocknet wird und anschließend bei Temperaturen von 400°C bis 1100°C in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre zum Metallpulvergranulat reduziert wird.
Die erfindungsgemäßen Metallpulvergranulate eignen sich hervorragend für die Herstellung von Sinter- und Verbundsinterkörpern. Gegenstand dieser Erfindung ist somit auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Metallpulvergranulate als Bindemittelkomponente in Sinterkörpern oder Verbundsinterkörpern, hergestellt aus Hartstoffpulver und/oder Diamantpulver und Bindemitteln.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft erläutert, ohne daß hierin eine Einschränkung zu sehen ist.
Beispiel 1:
In einem Intensivmischer RV 02 der Firma Eirich wurden 5 kg Kobaltoxid mit 25 Gew.-% einer 10 %-igen wässrigen Methylzelluloselösung versetzt und 8 Minuten bei 1500 U/min granuliert. Das entstandene Granulat wurde bei 600°C unter Wasserstoff reduziert. Nach dem Absieben über 1 mm entstand ein Kobaltmetallpulver-Granulat mit den in Tabelle 3 aufgeführten Werten.
Beispiel 2:
In einem Kneter der Firma AMK wurden 100 kg Kobaltoxid mit 70 Gew.-% einer 3 %-igen Polyvinylalkohollösung vermengt. Das dabei gebildete stäbchenförmige Exdrudat wurde in einem Drehrohr bei 700°C direkt zum Kobaltmetallpulver-Granulat umgesetzt und anschließend über 1 mm abgesiebt. Es entstand ein Kobaltmetallpulver-Granulat mit den in Tabelle 3 aufgeführten Werten.
Beispiel 3:
In einem 5-1-Labormischer der Firma Lödige wurden 2 kg Kobaltcarbonat mit 70 % einer 1 %-igen wässrigen Polyethylenglykolmischung bei 160 U/min granuliet. Das Ausgangsprodukt Granulat wurde bei 600 °C im Durchschubofen unter Wasserstoff reduziert. Es entstand ein Kobaltmetallpulver-Granulat mit den in Tabelle 3 aufgeführten Werten.
Beispiel 4:
In eine Ringmisch-Granulator RMG 10 der Firma Ruberg wurden 60 kg Kobaltoxid mit 54 Gew.-% einer 10 %-igen Polyvinylalkohollösung bei maximaler Umdrehungszahl des Granulators granuliert und das dabei gebildete Granulat bei 550°C in einem ruhenden Bett unter Wasserstoff zu Kobaltmetallpulver-Granulat reduziert. Es entstand nach dem Absieben ein Kobaltmetallpulver-Granulat mit den in Tabelle 3 aufgeführten Werten.
Der Verdichtungsfaktor Fkomp wurde mit Hilfe eienr uniaxialen, hydraulischen Presse mit 2,5 t Last bei einer Preßstempelfläche von 2,25 m2 Fläche und 6 g Einwaage zu 70,1 % bestimmt.
Eigenschaften der in den Beispielen beschriebenen Kobalt enthaltenden Granulate
Beispiel Gesamt-Kohlenstoffgehalt (ppm) Schüttdichte (g/cm3) Siebanalyse nach ASTM B 214 (%)
+ 1000 µm - 1000 µm + 50 µm - 50 µm
1 200 1,4 3,4 90,5 6,1
2 360 1,2 6,9 91,0 2,1
3 310 0,8 4,5 89,9 5,6
4 80 1,0 0,2 96,1 3,7

Claims (13)

  1. Metallpulvergranulat aus einem oder mehreren der Metalle Co, Cu, Ni, W und Mo, dadurch gekennzeichnet, daß es gemäß ASTM B 214 max. 10 Gew.-% der Fraktion -50 um enthält und der Gesamtkohlenstoffgehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt.
  2. Metallpulvergranulat gemäß Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, daß der Gesamtkohlenstoffgehalt besonders bevorzugt kleiner 400 ppm beträgt.
  3. Metallpulvergranulat gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate eine poröse, rissige, zerklüftete Struktur aufweisen.
  4. Kobaltmetallpulvergranulat gemäß einem oder mehrerender Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Schüttgewicht gemäß ASTM B 329 im Bereich von 0,5 - 1,5 g/cm3, besonders bevorzugt 1,0 - 1,2 g/cm3, aufweist.
  5. Kobaltmetallpulvergranulat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verdichtungsfaktor Fkomp von mindestens 60 % und maximal 80 % aufweist.
  6. Verfahren zur Herstellung von Metallpulvergranulat gemäß einem oder mehreren der Anspüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangskomponente eine Metallverbindung aus einer oder mehreren der Gruppen der -oxide, -hydroxide, -carbonate, -hydrogencarbonate, -oxalate, -acetate, -formiate mit Bindemittel und gegebenenfalls zusätzlich mit 40 bis 80 % Lösungsmittel, bezogen auf den Feststoffgehalt, granuliert wird und das Granulat thermisch in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmospäre zum Metallpulvergranulat reduziert wird, wobei das Bindemittel und gegebenfalls das Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, daduch gekennzeichnet, daß als Bindemittel und gegebenfalls Lösungsmittel organische oder anorganische Verbindungen, die aus einem oder mehreren der Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel aufgebaut und frei von Halogenen und Metallen sind, eingesetzt werden.
  8. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Anspüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel und gegebenfalls Lösungsmittel sich thermisch bei Temperaturen von weniger als 650°C rückstandsfrei entfernen lassen.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichent, daß die Granulations als Aufbaugranulation, Sprühtrocknergranulation, Wirbelschichtgranulation, Tellergranulation, Preßgranulation oder Granulation in hochtourigen Mischern durchgeführt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichent, daß als Granulation in hochtourigen Mischern als Ringmischgranulation durchgeführt wird.
  11. Verfahren gemäß ein oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmosphäre bei Temperaturen von 400 - 1100°C, besonders von 400 bis 650°C, zum Metallpulvergranulat reduziert werden.
  12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat zuerst thermisch bei Temperaturen von 50 bis 400°C getrocknet wird und das Granulat anschließend in einer Wasserstoff enthaltenden Gasatmospäre zum Metallpulvergranulat bei Temperaturen von 400 - 1100°C reduziert wird.
  13. Verwendung der Metallpulvergranulate gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 als Bindemittelkomponente in Sinterkörpern oder Verbundsinterkörpern, hergestellt aus Hartstoffpulver und/oder Diamantpulver und Bindemitteln.
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