FI83935B - Saett att behandla och framstaella material. - Google Patents

Description

1 83935

Tapa materiaalin käsittelemiseksi ja valmistamiseksi Tämä keksintö kohdistuu tapaan materiaalin käsittelemiseksi ja valmistamiseksi, erityisesti vapaastijuoksevan hieno-5 jakoisen metalli- tai metallimatriisikomposiittijauheen käsittelemiseksi ja valmistamiseksi, joka komposiittijauhe koostuu useasta eri komponentista.

Vapaastijuoksevat jauhemuodossa olevat materiaalit ovat ^0 käyttökelpoisia eri yhteyksissä metallurgian ja keraamisten materiaalien alueella. Niitä voidaan käyttää esimerkiksi valmistettaessa ruiskupuristustekniikalla jauheesta kompaktoituja kappaleita kuin myös valamisessa ja päällystyskäsittelyissä, kuten liekki- ja plasma-^ ruiskutusmenetelmässä. Metallisia ja keraamisia liekki- ruiskutuspäällysteitä sovelletaan moniin tuotteisiin parantamaan eri ominaisuuksia, kuten kovuutta, kulumiskestävyyttä, voitelevuutta, korroosion kestoa ja sähköisiä ominaisuuksia.

20 Termisiin ruiskutusmenetelmiin tarkoitetuilta jauhe- materiaaleilta vaaditaan homogeenisuutta sekä kokoomuksen suhteen että tarkkojen mittatoleranssien suhteen. Lisäksi näiltä materiaaleilta vaaditaan vapaastijuoksevuutta. Vapaastijuoksevuuden parantamiseksi jauheet tavallisesti 25 mikropelletoidaan, jolloin kuitenkin saatavan tuotteen homogeenisuus kärsii.

US-patentista 4588608 tunnetaan päällystysmenetelmä, jossa jauhemainen päällystemateriaali suspensoidaan korkeassa 30 lämpötilassa ja suurella kaasunopeudella lähelle päällysteen sulamislämpötilaa. Menetelmässä käytettävä materiaali sisältää 11,0-18,0% Co, 2,0-6,0% Cr, 3,0-4,5% C ja loput wolfrämiä. Patentissa kuvatun päällystemateriaalin partikkelikoko on noin 45 pm. Patenttiselityksen mukaan 35 kuumennukseen voidaan käyttää mm. plasmakaaritekniikkaa.

US-patenteissa 4626476 ja 4626477 on esitetty edelläolevaan päällystysmenetelmään soveltuvia materiaaleja: US-patentissa 4626476 materiaali sisältää 4,0-10,5% Co, 5,0-11,5% Cr ja 2 83935 3,0-5,0% C lopun ollessa wolframia, kun taas US-patentissa 4626477 kokoomus on 6,5-9,0% Co, 2,0-4,0% Cr, 3,0-4,0% C, loput W. Myös näiden päällystemateriaalien partikkelikoko on noin 45 pm.

5

Vapaastijuoksevan materiaalin valmistusmenetelmiä on kuvattu US-patenteissa 3909241 ja 3974245. Jauhemateriaalin sulamispiste voi olla yli 1800°C ja partikkelikoko noin 40-60 pm. Menetelmää voidaan soveltaa esim. wolframille, molybdeenille, kromille, tantaalille ja niobille sekä näiden 10 seoksille kuin myös borideille, karbideille ja nitrideille. Kuumennukseen käytetään edullisesti plasmatekniikkaa. Jauheen ollessa koostunut useasta komponentista komponentit saadaan reagoimaan siten, että lopputuotteesta tulee homogeeninen.

15 EP-patenttihakemuksen 259844 mukaisessa hienojen pallomaisten partikkelien valmistusmenetelmässä jauhemateriaali syötetään kantokaasun mukana korkealämpötilavyöhykkeelle, jossa ainakin noin 50% syötetystä jauheesta sulaa ja muodostaa pallomaisia partikkeleita. Tuote jäähdytetään sen jälkeen nopeasti 20 partikkelien jähmettämiseksi. Sopivana materiaalina patenttihakemuksessa mainitaan metallipohjaiset materiaalit, keraamiset lasit, kidemäiset keraamiset materiaalit ja näiden kombinaatiot. EP-patenttihakemuksen 259844 mukaisessa menetelmässä saavutetut pallomaisten partikkelien koot 25 vaihtelevat kuitenkin käsitellystä materiaalista riippuen. Partikkelikoko esimerkiksi EP-patenttihakemuksessa määritellyn rautaryhmän materiaaleille on edullisesti 20 pm, kun taas esimerkiksi metallien ryhmälle, joka sisältää wolframin, molybdeenin, niobin, tantaalin ja reniumin sekä näihin 30 liittyvät materiaalit, suurin osa pallomaisista partikkeleista on partikkelikooltaan alle 50 pm. EP-patenttihakemuksessa 259844 korkealämpötilavyöhyke muodostetaan plasman avulla siten, että lämpötila vyöhykkeellä vaihtelee välillä 5500-17000°C.

Tunnetuissa menetelmissä käsitellään tavallisesti määrätystä komponentista koostuvaa materiaalia ja tälle materiaalille suoritetaan korkealämpötilakäsittely. Tällöin lopputuotteesta 35 3 83935 saadaan varsin helposti homogeenista, koska kyseessä on ainoastaan yhden komponentin käsittely. Monikomponentti-systeemille tekniikan tason mukaisia menetelmiä sovellettaessa syntyy kuitenkin usein hankaluuksia lopputuotteen 5 homogeenisuuden ja huokoisuuden suhteen. Vaikeudet johtuvat esimerkiksi lopputuotteen liian suuresta partikkelikoosta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tekniikan tason mukaisia haittapuolia ja aikaansaada entistä parempi 10 tapa esikäsitellä ja valmistaa mikropelletoidusta, useasta eri komponentista koostuvasta jauheagglomeraatista korkeassa lämpötilassa homogeenisia, huokosettomia ja pienen partikkelikoon omaavia rakenteita aineista,joiden sulamispiste on korkea ja jotka sekoittuvat ainoastaan sulassa 15 tilassa. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaisessa tavassa mikropelletoidun, useasta eri komponentista koostuvan jauheagglomeraatin ainakin osittainen 20 sulattaminen suoritetaan hyvin korkean lämpötilan omaavissa olosuhteissa niin, että jauheagglomeraatin kemiallinen ja fysikaalinen homogenisoituminen saavutetaan. Käsiteltävän materiaalin syöttö korkealämpötilakäsittelyyn suoritetaan kantajakaasun avulla niin, että vältetään materiaalin 25 höyrystyminen ennen korkealämpötilavyöhykettä. Korkea- lämpötilakäsittelyssä lämpötila on edullisesti ainakin 2500 °C ja käsittely suoritetaan ainakin yhdessä vaiheessa.

Korkean lämpötilan saavuttamiseksi käytetään edullisesti plasmatekniikkaa. Lämpötilan saavuttamiseksi voidaan käyttää 3Q myös muita soveltuvia tekniikassa sinänsä tunnettuja menetelmiä keksinnön siitä olennaisesti huonontumatta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetyn jauheagglomeraatin partikkelikoko on välillä 20-100 μπι, edullisesti 25-45 μπι. Korkeassa lämpötilassa jauheagglomeraatin eri komponentit 25 sulavat ja yhdisteiden kokoomukset muuttuvat edullisesti toisiksi. Korkealämpötilakäsittelyn jälkeen käsitelty materiaali jäähdytetään vapaasti putoavassa liikkeessä suojakaasuatmosfäärissä. Näin keksinnön mukaisella tavalla « 83935 käsitellystä materiaalista muodostuu homogeeninen, huokoseton ja olennaisesti pallomaisista partikkeleista koostuva lopputuote, jonka partikkelikoko on edullinen käytettäväksi esimerkiksi termisissä ruiskutusmenetelmissä.

5

Keksinnön mukaisessa tavassa voidaan käyttää myös kaksi- tai useampivaiheista korkealämpötilakäsittelyä. Tällöin edellisestä korkealämpötilakäsittelystä saatava jäähdytetty tuote kuljetetaan ilman välikäsittelyä seuraavaan korkealämpötila-10 käsittelyyn. Keksinnön mukaiseen tapaan liittyvää sideaine-käsittelyä ei siten tarvita kahden peräkkäisen korkeassa lämpötilassa suoritetun lämpökäsittelyn välillä. Kaksi- tai useampivaiheisella korkeassa lämpötilassa suoritetulla käsittelyllä voidaan parantaa esimerkiksi lopputuotteen 15 huokosettomuutta ja pallomaisten partikkelien osuutta ja kokoa.

Keksinnön mukaista tapaa sovellettaessa tarvittava jauhe-agglomeraatti valmistetaan sekoittamalla komposiittijauheen 20 raaka-aineet ja agglomeroinnin orgaaninen sideaine keskenään ja suorittamalla agglomerointi siten, että raakajauheiden ja lopputuotteen partikkelikokojen suhde on ainakin 1:5. Tällöin lopputuotteen homogeenisuus on edullista saavuttaa. Sideaineena käytetään esimerkiksi polyvinyylialkoholia tai 25 steariinihappoa, joiden määrä on edullisesti 1-4 p-% jauhe-agglomeraatin painosta. Seuraavassa vaiheessa agglomeraatti-sideaine poistetaan ja komposiittijauheelle suoritetaan esisintraus lämpötila-alueella 900-1000 °C mekaanisen lujuuden parantamiseksi. Näin komposiittijauhe on mahdollista 30 luokittaa korkealämpötilakäsittelyä varten esimerkiksi haluttuihin, edullisesti kapean partikkelikokoalueen omaaviin luokkiin.

Keksinnön mukaista tapaa voidaan soveltaa esimerkiksi 35 wolframikarbidista, jonka sulamispiste on noin 2780 °C, valmistetulle komposiittijauheelle. Tällaisissa komposiitti-jauheissa wolframikarbidin pitoisuus on 80-90 p-%. Seos-aineita, jotka samalla alentavat puhtaan wolframikarbidin 5 83935 sulamispistettä, ovat esimerkiksi koboltti, nikkeli ja kromi, joiden pitoisuudet voivat vaihdella seuraavasti: 6-10 p-% kobolttia, 0-10 p-% nikkeliä ja 0-4 p-% kromia.

5 Esimerkki

Keksinnön mukaisella tavalla käsiteltiin yksivaiheisesti lämpökäsittelemällä wolframikarbidipohjäistä komposiitti-jauhetta, jossa seosaineena oli 10 p-% kobolttia ja 4 p-% 10 kromia. Korkealämpötilakäsittelyyn käytettiin tasavirta- plasmareaktoria, jonka teho oli 213 kWh, kun plasmakaasuna käytettiin typpeä 28 Nm3. Käsiteltävän materiaalin syöttö oli 25 kg/h, jolloin kantajakaasua, typpeä, tarvittiin 2,4 Nm3/h. Korkeassa lämpötilassa suoritetun käsittelyn jälkeen 15 materiaali jäähdytettiin. Typpiatmosfäärissä suoritetun jäähdytyksen jälkeen saatiin lopputuotteeseen lähtö-materiaalista ainakin 60 % pallomaisina partikkeleina, joista suurin osa oli partikkelikooltaan alle 30 pm. Kun vastaavalle materiaalille suoritettiin lämpökäsittely kaksivaiheisesti, 20 saatiin lähtömateriaalista ainakin 90 % pallomaisia partikkeleita, joiden partikkelikoko oli alle 30 pm. Lopputuotteesta määritettiin sekä tilavuuspaino että Hall-juoksevuusarvo, jotka ovat keskeisiä ominaisuuksia käytettäessä materiaalia ruiskutusteknisiin tarkoituksiin. Loppu-25 tuotteen Hall-juoksevuudeksi saatiin 5,0 g/s ja tilavuus- painoksi 5,7 kg/dm^. Keksinnön mukaisella tavalla saadut ominaisuusarvot ovat esimerkiksi partikkelikokojakaumaan nähden selvästi vastaavia tekniikan tason mm. EP-patentti-hakemuksen 259844 mukaisia arvoja parempia.

30

Claims (5)

6 83935

1. Tapa materiaalin käsittelemiseksi ja valmistamiseksi, erityisesti vapaasti juoksevan hienojakoisen metalli- tai metallimatriisikomposiittijauheen käsittelemiseksi ja valmistamiseksi, joka koostuu ainakin kahdesta komponentista, tunnettu siitä, että se sisältää seuraavat vaiheet: a) komposiittijauhe sekoitetaan orgaanisen sideaineen kanssa jauheagglomeraatin muodostamiseksi, b) jauheagglomeraatille suoritetaan sintrauskäsittely sideaineen poistamiseksi ja komposiittijauheen mekaanisen lujuuden parantamiseksi, c) komposiittijauheelle suoritetaan luokitus, d) luokitettu komposiittijauhe lämpökäsitellään korkeassa lämpötilassa ainakin yksivaiheisella lämpökäsittelyllä komposiittijauheen ainakin osittaiseksi sulattamiseksi ja eri komponenttien sekoittamiseksi toisiinsa, e) lämpökäsitelty materiaali jäähdytetään vapaasti putoavassa liikkeessä olennaisesti pallomaisista partikkeleista koostuvaksi materiaaliksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että komposiitti jauheeseen sekoitetaan sideainetta 1-4 p-% komposiittijauheen määrästä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että komposiittijauhe lämpökäsitellään lämpötilassa, joka on ainakin 2500 °C.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että komposiittijauheen lämpökäsittely suoritetaan plasman avulla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tapa, tunnettu siitä, että lämpökäsitellyn materiaalin jäähdytyksessä syntyy pallomaisia partikkeleita, joista suurin osa on partikkelikooltaan alle 30 pm. 7 83935 PATENTKKAV