SE418935B - Sett att framstella formade foremal av metallpartiklar och herdplast - Google Patents

Description

'7406441-1 Bindemedelsfasen består av åtminstone en polymer-med god mekanisk hållfasthet och stark bindningsförmåga till kornen av metallfasen.

Produkterna erhållna genom sättet enligt uppfinningen har en kompakt textur av metallkorn, sammanbundna genom en film av plastma- terial. Dessutom fyllet detta plastmaterial nästan fullständigt tom- rummen mellan kornen..

Denna textur är märklig emedan den endast har en mycket liten volymandel plastbindemedel, inom de kritiskta gränserna 5 till 20 % av totalvolymen. Det har överraskande visat sig att de kurvor som representerar variationerna i draghållfastheten och böjhâllfastheten hos de sammansatta material som formas under högt tryck och i kallt tillstånd och därefter konsólideras genom bakning, på basis av me- tallpulver och plastbindemedel, såsom funktion av volymandelen bin- demedel uppvisar maxima för värden av andelen bindemedel, vilka an- ligger mellan dessa gränser.

Det har även överraskande visat sig att för de sammansatta materialen erhållna genom sättet enligt uppfinningen förhållandet mellan Brinell-hårdhet HB hos slutprodukten och elasticitetsgrän- sen i N/mmz hos metallen i dessa korn är markant högre än i fallet med konventionellay sintrade metaller, särskilt lâglegerade stål, där den är av storleksordningen 0,3. Materialet enligt uppfinningen har sålunda en anmärkningsvärd hårdhet i förhållande till sin håll- fasthet. Detta är särskilt värdefullt när fabrikationsförhållandena har utsatt metallkornen för stark kallbearbetning. _ Dessa egenskaper illustreras i det följande genom exempel.

På grund av sin höga halt (i volym räknat) av metall och sin kompakthet har slutprodukten en avsevärd elektrisk och termisk led- ningsförmâga samt en hög elasticitetsmodul.

Materialet som erhålles genom sållet enligt uppfinningen kan även innehålla ett eller flera ytterligare fyllmedel för att erhålla särskilda inre egenskaper eller ytegenskaper, exempelvis genom ett hårt ämne för att öka friktionskoefficienten eller ett fast eller flytande smörjmedel för att ge antifriktionsegenskaper eller t.o.m. genom tillsats av ett pigment för att modifiera färgen.

Då ett pulverformigt hart användes, har kornen helst en korn- storlek som är mindre än 50 um för att i blandningen erhålla en lik- formiga fördelning av denna polymerfas kring metallkornen. I allmän- het användes större partiklar av storleksordningen 300 till 500 um. '7l4064M -1 Det är fördelaktigt att använda ett pulverformigt harts, emedan den elektrostatiska attraktionen mellan kornen i blandningen gynnar en likformig fördelning och hindrar segring under processens tillämp- ning.

Då ett harts i lösning eller ett flytande harts användes, be- lägges metallkornen genom knådning under värme, varvid lösningsmed- let elimineras genom förångning. Plastbindemedlet väljes genom prov i beroende av metallpulvrets karaktär och de önskade mekaniska egen- skaperna. Hmfiset är företrädesvis ett härdbartlæmts (epoxihartser, fenolhartser, polyestrar, polyimider etc) som införes i blandningen i delvis polymeriserad form och övergår i flytande form vid uppvärm- ning före den slutliga härdningen.

Kornfördelningen och partikelgeometrien hos blandningen bör vara sådana att kompressibiliteten (representerad av densiteten hos det komprimerade materialet efter applicering av ett givet tryck) är så hög som möjligt för erhållande av ett kompakt material. Me- tallkornens renhet, frånvaron av oxidation och en viss ytgrovhet gynner samtliga till bindningen mellan metall och plast i slutpro- dukten.

Viktproportionen av plastbindemedel i utgångsblandningen mot- svarar en volymproportion av 5 till 20 % hos slutprodukten, d.v.s. exempelvis av storleksordningen 0,8 till 3,8 % för en blandning av järnpulver (densitet för järn 7,8) samt ett harts med densitet 1,2 och av storleksordningen 2,2 till 10 % för en blandning av aluminium- pulver (densitet för aluminium 2,7) och ett harts med densiteten 1,2.

Kompressionen utföres med pressar och verktyg som är vanliga inom pulvermetallurgin. Trycket, som uppgår till åtminstone två gånger elasticitetsgränsen för metallmaterialet, är väsentligen av storleksordningen från 1oo N/mmz till aoo och till och med 1ooo N/mmz.

Varje ökning av trycket under för övrigt lika förhållanden åtföljes av en ökning i hårdhet och en ökning i hållfasthet. Detta beror på ökningen av presskroppens densitet och den mera intensiva kallbarbe- tningen av metallkornen. För att underlätta pressningen och därefter utstötningen av presskroppen är det fördelaktigt att smörja formens spindlar och väggar. Det är även möjligt att till blandningarna av pulver tillsätta en liten mängd (några tiondels procent) fina parti- klar av ett fast smörjmedel eller av ett starkt flyktigt smörjmedel som kan avgå genom de öppna porerna i presskroppen vid början av uppvärmningen. 7406441-1 De ur formen urtagna komponenterna bakas i en ugn i luft under en tid och vid en temperatur som är lämpliga både för smältning (ter- moplastbindemedel) och för polymerisation (härdbart bindemedel) av plastfasen. Bakningen varar oftast från 30 min till l h vid en tem- peratur mellan 150 och 250°C för vanliga hartser. Inuti presskroppen blir polymeren flytande och bildar en film mellan metallkornen, vilken utfyller huvuddelen av tomrummen genom kapillärverkan utan någon utsvettning i ytan, emedan den endast användes i ringa kvantitet.

Efter svalningen erhålles stela precisionskomponenter, som är identiska till form och storlek med presskroppen före uppvärmningen.

Sättet är särskilt lämpligt för tillverkning i stora serier av små precisionsformkroppar.

Egenskaperna hos materialet som erhålles enligt uppfinningen kan bestämmas i förväg inom ett ganska stort område genom variation av arten och proportionerna av blandningens beståndsdelar, kornfor- men och presshastigheten på basis av de ovan angivna pyinciperna.

Bakning vid moderat temperatur förhindrar deformation och kontrak- tion, reaktioner mellan metallfaserna och eventuella tillsatser samt oxidation av metallen.

Sättet enligt uppfinningen, vilket är ytterst enkelt och billigt, är tillämpligt för metallpulver som icke är lämpliga för sintring.

Materialet kan även åstadkommas genom att man framställer ett komprimerat ämne av metallpulver som impregneras med flytande harts och bakas. Detta sätt är emellertid tyvärr icke så praktiskt som det ovan beskrivna.

Materialet som erhålles genom sättet enligt uppfinningen upp- visar i förhållandet till med metallpulver fyllda plastmaterial föl- jande fördelar I - bättre mekaniska egenskaper, - större hårdhet och sålunda högre motståndskraft mot förslutning genom friktion eller rullning, - lägre utvidgningskoefficient, likartad med utgångsmetallens, - bättre värmeledningsförmåga, - metalliskt utseende, - lägre materialkostnader.

I förhållande till sintrade metaller har materialet enligt upp- finningen bättre korrosionsbeständighet, ingen öppet porositet, hög elektrisk resistivitet, som kan anpassas för att motsvara behoven, 74064111-1 samt bättre dimensionsnoggrannhet.

Följande exempel illustrerar tillverkningssättet enligt upp- finngen och de erhållna materialens kvalificerade egenskaper.

Exempel l Kommersiellt, högkompressibelt, finfördelat och glödgat järn- pulver med en kornstorlek mindre än 150 pm (typ Höganäs ASC 100-29) torrblandas med olika proportioner pulverformigt epoxiharts med en kornstorlek mindre än 50 /nu (typ Scotchcast 265). Man kontrolle- rar att hartsets fördelning är regelbunden. Man pressar blandningen av pulver under ett tryck av 800.N/mm2 i flytande formar med väggar smorda med SfiGäflUfiWrfi för erhållande av stänger med dimensioner 60 X 10 x 5 mm samt platta dragprovstavar av standardtyp. Restporositeten hos presskropparna var 4 %. Vid uttagningen från formen konstatera- des att formkropparna hade undergått en minskning av 0,25 % i sina horisontella dimensioner. De bakades i luft under 20 minuter vid 200°C. Man konstaterade att på en serie av identiskt lika detaljer de horisontella dimensionerna uppvisade en variation av högst 0,02mm på 60 mm. Föremålen hade en slät yta och uppvisade ingen tecken på rostning efter flera dygns exponering för luft.

Med olika viktsandelar av harts i utgånsblandningen erhölls följande egenskaper hos slutprodukterna. šïgd" s1ucproau1 Vikt Volym Volym- Hård- Draghâll- Elektrisk Elasti- öjhåll-5 harts harts vikt het fasthet' resistivi- citet asthet 75 _ % g/cm3 HB N/mm2 tag-ml* J/cmz /mme 0 0 73+ 105 10 å 20 10* 0,5 20 ä 1+0 0,4 2,5 7,3 ' 100 60 0,02 0,8 120 0,7 *m5 7,25 95 80 0,03 0,9 160 l 6,5 7,2 90 95 0,03 1 190 1,5 i 9,2 7,0 90 105 0,10 1,1+ 210 2,3 ¿13,1+ 6,75 85 110 0,8 1,6 220 ä 3 17,5 6,5 80 100 icke mätt icke mäH;2OO I L* 21 6,3 75 95 no 1,6 190 5 26 'I 60 85 icke mätt ickematt 170 i; murade 1.0 *+22 form- 50 70 icke mätt icke mätt l1+O Ikroppar I .100 100 1,2 35 35 0 0 J 1 70 i 7406MrI-1 Enoptmnl zon för hållfasthet och elasticitet befanns före- komma på båda sidor om approximativt 2 viktprocent harts, d v s 12 volymprocent av slutprodukten. Vid lika egenskaper är det för- delaktigt att tillverka det material som innehåller den minsta hartsmängden, emedan detta kommer att bli hårdare.

Exemgel 2 Kommersiellt aluminiumpulver (mindre kornstorlek än 150 Pm) _ torrblandas under 60 min med olika mängder av epoxiharts i pulver med mindre kornstorlek än 50 pm (typ Scotchcast 265),.Blandningen komprimeras vid omgivningstemperatur under ett tryck av 150 och 300 N/mmz i en flytande form med väggar smorda medelst stearinsyra för erhållande av prcvstavar för mekaniska prov. Restporositeten är mindre än 5 % efter pressning under 150 N/mmz och mindre än 2 % efter pressning under 300 N/mmz.

Formkropparna bakades i luft under 20 min vid 200°C. Följande tabell anger de erhållna resultaten.

Proportion harts Presstryck Volymvikt Hårdhet Draghâll- k . . _ fasthet , 1 mässa 1 šolym Ny zy 3 2 I p p mm g/cm HB N/mm I Ü o o 3oo 2,6 ho 1G 3 6, 5 300 2,16 30 6o 6 12, 5 300 2,35 25 65 9 18 300 formkroppar deformerade efter bakning 12 23,5 300 }utsvettning av hartset o o 150 2,5 2o 5 3 6,5 150 2,35 23 55 6 12, 5' 150 2,3 21 62 9 18 150 2,25 19 58 12 23, 5 150 2,2 17 55 15 29 150 2,1 16 50 Även här konstateras förekomsten av en optimal zon i slutpro- duktens sammansättning för maximal mekanisk hållfasthet, d v s mellan 3 och 9 viktprocent harts i massan eller omkring 5 till 20 volymprocent.

Användningen av det högsta presstrycket ger mera gynnsamma mekaniska egenskaper, men det kan konstateras att vid över 6 viktprocent formkrop- parna deformeras till följd av utsvettning av harts under bakningen. I detta fall måste hartshalten begränsas till 6 viktprocent.

Claims (6)

71406441-1 PATENTKRAV

1. Sätt att framställa formade föremål, särskilt sådana med snäva toleranser, av ett material bestående huvudsakligen av en imtim blandning av partiklar av metall, vald ur gruppen järn, aluminium, koppar och legeringar av dessa, och ett härdplastmaterial som i den färdiga produkten har funktionen av bindemedel, k ä n n e t e c k n a t av att man bereder en imtim, torr blandning av nämnda metallpartiklar och härdplastmaterialet, vilket är när- varande i en mängd motsvarande 5 till 20 volymsprocent i slutpro- dukten som har en porvolym understigande 5%, att man formar bland- ningsmaterialet i en sluten form under högt tryck av åtminstone dubbla elasticitetsgränsen för den använda metallen, att föremålet uttages ur formen, att den sålunda komprimerade presskroppen bringas till en tillräckligt hög temperatur för att plastbinde- medlet skall härdas, varefter svalning sker.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att volym- andelen bindemedel i blandningen ligger mellan 5% och det värde som motsvarar maximum för de mekaniska egenskaperna, medan allt övrigt är lika.

3. Sätt enligt något av kraven l och 2, k ä n n e t e c k n a t av att pressningen är tillräckligt stark för att framkalla kall- bearbetning av metallkornen.

4. Sätt enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att formningstrycket är mellan 100 och 1000 N/mmz.

5. Sätt enligt något av kraven 2-4, k ä n n e t e c k n a t av att bindemedlet införas i blandningen i form av pulver.

6. Sätt enligt något av kraven 2-5, k ä n n e t e c k n a t av att blandningen är i form av metallkorn omslutna av plast- materialet. ANFÖRDÅ PUBLIKATIONER: Sverige 322 586 Storbritannien 962 713, 974 318, 1 115 723 Tyskland 1 544 643, 2 216 275 US 3 340 052, 3 539 672 Andra publikationer: _ Industrial and Engineering Chemistry, vol 52, no 9 september 1960, p 785-788.