SE447072B - Sintrat kompositmaterialforemal med metallskal, forfarande for framstellning av foremalet samt anvendning av detsamma - Google Patents

Description

447 072 2 för försämrad korrosionsbeständighet, eftersom elektrolyten infiltrerar porerna i det sintrade materialet och inneslutes i dessa. Dessutom är det mycket svårt att uppnå ytor med spe- gelblank ytfinhet.

För att undvika de i det föregående angivna problemen fram-_ ställde man tidigare ett sintrat kompositmetallföremål inne- fattande ett metallskal, som framställts genom elektroformning och/eller elektrolös plätering och/eller ångavsättning och är anordnat utanpå eller inuti en presskropp av sintermetall.

Vid dessa tidigare använda förfaranden blev livslängden hos metallskalet icke tillräckligt lång vid användning såsom glas- gjutningsform och bindningsstyrkan mellan metallskalet och den sintrade presskroppen var icke tillräckligt god.

Föreliggande uppfinning avser ett sintrat kompositmetallföre- mål med metallskal, vilket utmärkes av att a) metallskalet innefattar två metallskikt, b) det yttre av dessa metallskikt är hårt och det inre skiktet, som står i kontakt med det sintrade föremålet, är mjukt, c) tjockleken av det hårda metallskiktet är 20-200 pm samt tjockleken av det mjuka metallskiktet är 0,5-l0 mm och d) föremålet utgöres av en sintrad kropp och ett förhållandevis tunt metallskal, som framställts separat på annat sätt än genom sintring och kombinerats med den sintrade kroppen.

Uppfinningen avser även ett i patentkraven definierat förfa- rande¿för framställning av ett sådant föremål.

Uppfinníngen beskrives i det följande närmare med hänvisning .till bifogade ritningar.

På figurerna l och 2 visas hur en eller fler metaller eller metallegeringar (vilka i det följande innefattas under beteck- ningen metall) separat clektroformas (elektropläteras) och/- ._ , =_- _-.-_-¿g 447 Û72 3 eller pläteras elektrolöst och/eller avsättes ur ånga (i det följande betecknat "belagt" eller "beläggning“) i erforderlig tjocklek på originalformen l,vars yta finbearbetats till önskad noggrannhet, på sådant sätt att metallskalet innefattar ett förhållandevis tunt skikt 2,som har god nötningsbeständig- het, samt ett förhållandevis tjockt skikt 2', som har förhål- landevis låg hårdhet.

Det tunna metallskiktet 2 som har god nötningsbeständighet (i det följande benämnt hårt skikt) elektropläteras (elektro- formas) och/eller pläteras elektrolöst och/eller avsättes ur ånga på originalformen. Detta hårda skikt 2 måste ha hög nötningsbeständighet, eftersom det slutligen kommer i kontakt med det material som skall bearbetas (när det sintrade kompo- sitmetallföremålet användes såsom matris), gjutas (när det sintrade kompositmetallföremålet användes såsom form) eller mot vilket materialet gnides (när det sintrade kompositmetall- föremålet användes såsom nötningsbeständigt föremål). Efter- som nötningsbeständigheten är nära proportionell mot hård- heten, bör det hårda skiktet 2 ha hög hårdhet, exempelvis mikro-Vickers-hârdhetstalet minst ca 500. Om det material som skall bearbetas eller gjutas underkastas bearbetning eller formning vid hög temperatur, exempelvis utgöres av smält glas, bör mikro-Vickers-hårdheten hos det hårda skiktet 2 icke sjunka under ca 500 vid formens arbetstemperatur 300 - 400°C.

Sammansättningen och beläggningsbetingelserna för den genom elektroplätering och/eller elektrolös plätering och/eller ång- avsättning påförda beläggningen bör väljas med hänsyn till det ovan angivna.

Exempel på hårda skikt är följande: Cr, Mo, Ni-P, Ni-Co, Ni-W, Ni-Fe, Ni-Mo, Cr-Mo, Co-P, Ni-Co-P, Fe-P, Co-W, Fe-W, Ni-Co-B, Ni-Fe-P, Ni-W-P, Ni-W-P, som elektropläteras eller pläteras elektrolöst, samt Cr, Mo, Nb, Ni, Ti, V, W, Zr, Cr-Ni, Ti-V, som ångavsättes.

Tjockleken hos det hårda skiktet 2 är från 20 till ff ;-=;IBQQR¿QUALITY 447 072 4 200 pm. Orsaken till detta är att det erfordras längre tidrymd för erhållande av ett tjockare skikt och ett tjockare skikt utvecklar lätt sprickor på grund av höga inre spän- ningar, och ett tunnare skikt skadas lätt under användning på grund av upprepad nötning och de ekonomiska fördelarna går förlorade genom ett minskat antal möjliga ompoleringar.

Det är betydelsefullt att man övertäcker eller belägger ett mjukare och tjockare metallskikt 2' (i det följande benämnt segt skikt eller underlagsskikt) på det hårda skiktet 2, eftersom det hårda skiktet 2 är tunt och sprött och kan brytas sönder under avlägsnandet från originalformen och efterföljande bearbetning. Det är därför väsentligt att förstärka det hårda skiktet 2 med ett förhållandevis segt skikt 2'.

Om hårdheten hos det sega skiktet 2' är alltför hög, blir detta skikt sprött och dess seghet går förlorad, vilket medför förlust av förstärkningseffekten. Hårdheten hos det sega skiktet 2' bör därför företrädesvis icke överstiga ca 400 i mikro-Vickers-hårdhetsskalan.

Om däremot hårdheten hos det sega skiktet 2' är alltför låg, deformeras detta skikt lätt, vilket försämrar dess effekt.

Hårdheten hos det sega skiktet 2' bör därför företrädesvis vara minst 70 mikro-Vickers-hârdhetsenheter.

Tjockleken hos underlagsskiktet 2', d v s det förhållandevis sega skiktet, är 0,5-10 mm, eftersom det annars icke ger en tillräcklig effekt.

Exempel på metaller eller legeringar som kan användas såsom underlagsskikt är Ni, Cu, Fe och legeringar av dessa. Dessa metaller elektropläteras med högre strömtäthet, strömverk~ ningsgrad och effektverkningsgrad, varför dessas bearbetbarhet och ekonomiska fördelaktighet icke försämras, även om de elektropläteras hastigt. Vidare kan dessa metaller lätt elektropläteras utan bildning av sprickor på grund av låga inre spänningar.

Pool: çQUArIT-Y" o 447 072 5 Enligt denna metod kan det hårda skiktet framställas genom en ångavsättningsprocess, exempelvis en jonpläteringsprocess, som har samma användbarhet som elektroplätering eller elektrolös plätering.

Med användning av detta flerskiktade metallskal framställes matriser, formar och andra föremål på följande sätt.

Ytterytan av metallskalet 2' bör hållas förhållandevis jämn genom slipning efter beläggning eller genom val av lämpliga beläggningsbetingelser. Efter utspridning av ett smörjmedel, exempelvis zinkstearat, över ytterytan av metallskalet 2' för att möjliggöra en enkel uttagning av pulverpresskroppen från originalformen l, som är belagd med metallskalet, inskruvas den belagda originalformen i och fixeras i den lägre press- stolen 3.

I hålrummet mellan en cylindrisk gummiform 4, som är fixerad vid den yttre omkretsen av den lägre stolen 3 samt den be- lagda originalformen, inpackas metallpulver, legeringspulver eller blandningar därav (i det följande generellt benämnt metallpulver) 5, varefter den övre stolen 6 fixeras, såsom ett lock, på den cylindriska gummiformen 4 för att göra en- heten lufttät, varefter enheten komprimeras under ett tryck av l - 5 ton/cmz med en hydrostatisk press.

Efter sammanpressning uttages endast metallpulverpresskroppen från den belagda originalformen och sintras under lämpliga betingelser för presskroppen. Vid denna sintring måste typen av pulver och sintringsbetingelserna väljas omsorgsfullt, så att krympning av den sintrade presskroppen icke erhålles, såsom nämnes i det följande.

Efter uppruggning av ytterytan av metallskalet 2', exempelvis genom sandblästring om så erfordras, så att bindningsstyrkan mellan metallskalct och den sintrade presskroppen kan ökas, återinsättes den sintrade presskroppon på den belagda origi- nalformen, som fortfarande hålles fixerad på den lägre stolen _ 'x. _, -, -;=~, Pooa QUALITY 447 072 ' 6 3. Den sintrade metallpresskroppen sammanpressas på nytt med användning av en hydrostatisk press på samma sätt som vid framställningen av metallpulverpresskroppen såsom beskrivits i det föregående och den sintrade metallpresskroppen samt metallskalet sammanföres på detta sätt till ett komposit- föremål.

Kompositföremålet uttages ur originalformen och toppen och/- eller bottnen av metallskalet bör svetsas eller lödas till den sintrade metallpresskroppen.

Bindningen av metallskalet till den sintrade metallpresskrop- pen kan även åstadkommas genom att man anbringar ett såsom hårdlofl verkande metallpulver eller folie mellan metallskalet och den sintrade metallpresskroppen samt efter sammanpressning av dessa delar upphettar så att metallskalet hårdlödes till den sintrade metallpresskroppen.

Efter en lätt maskinbearbetning kan kompositföremålet erhållas färdigt för användning. vid det i det föregående beskrivna förfarandet bör det obser- veras att noduler, som ibland bildas på ytterytan av metall- skalet, bör avlägsnas genom slipning, men det är möjligt att förhindra bildning av noduler, som orsakar besvär under efter- följande borttagning av metallpulverpresskroppen, genom val av lämpliga betingelser för avsättningen eller pläteringen och genom noggrant bibehållande av badbetingelserna.

Det bör även observeras att före den förnyade pressningen av den sintrade metallpresskroppen bör ytterytan av metallskalet uppruggas, exempelvis genom sandblästring, för att öka bind- ningsstyrkan mellan den sintrade presskroppen och metallskalet under den förnyade pressningen av den sintrade presskroppen.

Den råa eller ojämna ytan hos metallskalet kan åstadkommas icke endast med denna mekaniska metod utan även genom förnyad elektroplätering eller elektrolös plätering under lämpliga betingelser. - _ ....-....,_.. __ ___” fiâßvq ä, I i , .. r gfflfzl " 'Iw ' ' - '~ 1 . ^ "' _ ' .'_~§" 'E 's . 1, 447 072 7 Bindningsstyrkan kan ökas genom utspridning av ett oorganiskt eller organiskt lim på de bindande ytorna.

Typen av metallpulver som användes och sintringsbetingelserna bör väljas för att förhindra krympning av presskroppen under sintringen. Vid användning av exempelvis enbart järnpulver krymper pulverpresskroppen i allmänhet något under sintringen.

Pâ grund av denna krympning kan den sintrade presskroppen icke anbringas noggrant på den belagda originalformen. I detta fall kan man genom inblandning av minst 5 viktprocent kopparpulver i järnpulvret åstadkomma att den sintrade press- kroppen "expanderas", beroende på mängden koppar, och lätt kan inpassas fullständigt på den belagda originalformen. Lämpliga kopparhalter varierar från 5 till 20 viktprocent, baserat på viktmängden järn.

Sintringsbetingelserna är icke av kritisk betydelse. Sålunda _ kan presskroppen av järnpulver innehållande koppar upphettas till en temperatur av ll5O - l250°C under 10 - 60 minuters tid under inert eller reducerande atmosfär.

Det finnes inga begränsningar beträffande det material som användes för originalformen. Såsom exempel kan nämnas alumi- nium, titan och legeringar därav för framställning av origi- nalformen utan någon förbehandling av denna, samt koppar och kopparlegeringar samt vanligt stål (låglegerat stål), som behandlas för att lätt kunna åtskiljas från metallskalet.

Denna behandling av koppar och kopparlegeringar genomföras genom neddoppning av originalformen i en lösning innehållande 0,5 % selendioxid under ca 10 sekunders tid, varigenom en tunn oxidfilm bildas på ytan av originalformen. Normalt eller vanligt stål behandlas genom kromplätering på ytan av origi- nalformen eller genom neddoppning i en kaliumdikromatlösning (5 g/1) under en minuts tid.

Icke-metalliska material som kan göras ledande kan även an- vändas för formmodellen. Emellertid användes vanligen rost- fritt stål och krompläterat stål såsom material för original- l-uoleåotïrnhïwrle' ' i 447 072 formen, som även kallas dorn.

Vid den i det föregående beskrivna metoden användes en modell för sammanpressning av metallpulvret och förnyad sammanpress- ning av den sintrade metallpresskroppen.

För ett förbättrat arbete enligt denna metod kan tvâ form- modeller användas, av vilka en har mycket jämn yta för elekt- roplätering och/eller elektrolös plätering och/eller ângav- sättning samt den andra användes för pulversammanpressning.

Den sistnämnda, formmodellen för sammanpressning, behöver icke uppvisa någon speciell ytfinhet, eftersom ytfinheten endast behöver vara tillräcklig för att metallpulverpress- kroppen skall kunna borttagas. Dessutom kan den tillverkas av ett material som är billigare och mer lättbearbetat, exempel- vis vanligt stål och gjutjärn samt liknande.

Modellen för pulverpressning behöver icke ha samma dimension som formmodellen för beläggning av de i det följande angivna skälen.

Vid användning av denna metod och med användning av samma tillvägagångssätt som angivits i det föregående framställes samma slags flerskiktade metallskal som nämnts i det före- gående genom elektroplätering och/eller elektrolös plätering och/eller ångavsättning, varvid ytterytan av metallskalet måste ha ojämnhet, som âstadkommes genom val av lämpliga beläggningsbetingelser.

Metallpulverpresskroppen med ett hålrum framställes med an¿..r* " vändning av en annan modell för pulverpressning på samma sätt.- som enligt den i det föregående beskrivna utföringsformen samt sintras under lämpliga betingelser för presskroppen.

I detta fall kan modellen för pressningen utformas så att man _ beaktar dimensionsförändringen vid sintringen och tjockleken av beläggningen, så att det icke finnes några begränsningar beträffande typen av pulver och sintringsbetingelserna orsaka- de av dimensionsförändringar under sintringen.

POOR QUALITY 447 072 9 Efter anbringande av denna sintrade presskropp på den belagda formmodellen underkastas den sintrade presskroppen förnyad pressning. Under den förnyade pressningen formas den sintrade presskroppen på nytt så att den intränger bland nodulerna på den råa ytan av metallskalet och sålunda förenas tätt med metallskalet. Formmodellen uttages därefter från den sintrade presskroppen, som är försedd med metallskalet på insidan, och metallskalet samt den sintrade presskroppen svetsas eller hård- lödes samman på samma sätt som angivits i det föregående, och efter lättare maskinbearbetning av presskroppen kan denna användas exempelvis såsom ett formverktyg.

För ett effektivare arbete med denna utföringsform kan följande tillvägagångssätt användas.

Det flerskiktade metallskalet framställes först genom elektro- plätering och/eller elektrolös plätering och/eller ångavsätt~ ning på en formmodell, vars yta finbearbetats i hög grad, varvid lämpliga beläggningsbetingelser utnyttjas så att nodu- ler bildas på ytterytan av metallskalet.

Metallpulverpresskroppen framställes med användning av denna belagda formmodell såsom dorn eller modell på det sätt som beskrivits i det föregående med en hydrostatisk press. Under sammanpressningen av metallpulvret intränger detta bland nodulerna på ytan av metallskalet, och bindningskrafterna mellan pulverpresskroppen och metallskalet blir starkare än mellan metallskalet och formmodellen, och därefter kan metall- skalet lätt avlägsnas tillsammans med pulverpresskroppen.

Sedan pulverpresskroppen, som sålunda förenats med metall- skalet, avlägsnats'från formmodellen sintras den under lämp- liga betingelser för presskroppen. Det sintrade komposit- metallföremålet användes efter lätt maskinbearbetning.

Enligt denna utföringsform bör typen av pulver och sintrings- betingelserna för detta väljas omsorgsfullt, så att bindningen mellan pulverpresskroppen och metallskalet icke brytes på grund av skillnader ifråga om värmeutvidgning under sintringen.

POGR QUALITY 447 D72 10 Metallskalet kan emellertid mjukgöras genom upphettningen under sintringen, varför denna metod kan ha begränsade använd- ningsområden.

På figurerna 3 och 4 visas ett föremål, i vilket ytterytan av den sintrade metallpresskroppen är täckt med ett flerskikts metallskal, varvid elektroplätering och/eller elektrolös plätering och/eller ângavsättning av en eller fler önskade metaller eller mutallegeringar kan genomföras till bildning av metallskalet 2,2' på innerytan av formmodellen 1, vars inner- yta är ytbehandlad till önskad ytfinhet. Liksom i den i det föregående angivna utföringsformen bör innerytan av metall- skalet hållas jämn och beläggas med ett smörjmedel, exempelvis zinkstearat, för att tillåta enkel borttagning av pulver- presskroppen från den med metallskalet täckta formmodellen.

En öppning i formmodellen är tillsluten med en elastisk skiva 6, exempelvis en gummiskiva, och metallpulver 5 inpackas i den återstående öppningen, varefter denna öppning tillslutes på samma sätt som den andra öppningen med en elastisk skiva 6'.

Efter fixering av de elastiska skivorna 6 och 6' vid form- modellen l,så att man erhåller en lufttät enhet, sammanpressas pulver 5 i formmodellen med en hydrostatisk press vid ett tryck av 1 - 5 ton/cmz.

Om så erfordras kan minskningen av presskroppvolymen vid den första sammanpressningen kompenseras genom upprepande av samma operation som beskrivits i det föregående, förnyad inpackning av pulver i hålrummet mellan presskroppen och den elastiska skivan samt förnyad pressning.

Härefter borttages pulverpresskroppen från den belagda formen och sintras. Vid denna sintring bör typen av pulver och sintringsbetingelserna väljas så att presskroppen icke till- låtes expandera; Orsaken till detta är densamma som den orsak som angivits i det föregående för att välja typen av pulver och sintringsbetingelserna så att man icke åstadkommer krympning av den sintrade presskroppen.

POOR QUALITY 447 072 ll Efter uppruggning av innerytan av metallskalet exempelvis genom blästring införes den sintrade presskroppen i formmodel- len och komprimeras på nytt på samma sätt som beskrivits i det föregående i samband med figurerna l och 2, så att metallska- let och den sintrade presskroppen sammanföres.

Den förnyade sammanpressningen av den sintrade presskroppen kan lätt genomföras, eftersom den sintrade presskroppen är porös och därför kompressibel.

Den sintrade kompositpresskroppen uttages därefter från form- modellen och metallskalet samt den sintrade presskroppen sammansvetsas eller hårdlödes på det sätt som beskrivits i det föregående och kan efter lätt maskinbearbetning utnyttjas för den avsedda slutliga användningen.

För att underlätta arbetet med denna metod kan man använda två formmodeller, såsom beskrivits i det föregående.

Efter inpackning av metallpulvret i formmodellen, som är för- sedd med ett metallskal på insidan, och efter sammanpressning kan metallpulverpresskroppen tillsammans med metallskalet sintras tillsammans.

Enligt uppfinningen, inkluderande alla de i det föregående angivna utföringsformerna, kan godtyckliga typer av metallskal som kan elektropläteras och/eller pläteras elektrolöst och/- eller ângavsättas användas.

För elektroplätering kan exempelvis Ni, Cu, Fe, Co, Ag, Cr, Pb, Zn, Al och legeringar av dessa användas. Vidare kan ett elektropläterat eller elektroformat metallskal av komposittyp, i vilket fibrer eller partiklar är dispergerade, användas.

Typiska exempel på elektropläteringsbetingelser är följande: PooR QUALITY (1) (2) (3) (4) (5) (6) 447 072 Ni-elektroplätering Ni-sulfamat Borsyra Natriumlaurylsulfat pH Badtemperatur Strömtäthet Cu-elektroplätering Kopparsulfat Svavelsyra Badtemperatur Strömtäthet Fe-elektroplätering Järn(II)klorid Kaliumklorid Ytaktivt medel pH Badtemperatur Strömtäthet Co-elektroplätering Koboltsulfat Natriumklorid Borsyra pH Badtemperatur Strömtäthet Ag-elektroplätering Silvercyanid Kaliumcyanid Badtemperatur Strömtäthet Badspänning Cr-elektroplätering Kromtrioxid Svavelsyra Uadtumpuratur Strömtäthet 12 350 - 450 g/1 30 g/1 0,4 - 0,6 g/l 3,5 - 5 40 - e0°c 2,5 - 30 A/dmz 220 - 250 g/1 so - 75 g/1 20 - 30°c 2 - 5 A/dmz 300 - 525 g/1 115 - 335 g/1 0,5 - l g/l 1,5 - 2,5 70 - 10s°c 5 - 10 A/dmz 400 - 600 g/1 10 - 20 g/1 40 - 50 g/1 5 - 6 rumstemperatur 4 - 18 A/amz 3,7 - 5,2 g/1 75 - 90 g/1 20 - 30°c 1,5 - 2,5 A/amz 4 - 6 v 50 - 500 g/1 100 q/l fy, - 5s°c 12 - 20 A/dmz Poor 0":- _ una.

LITY 447 072 13 (7) Pb-elektroplätering Blysilikofluorid 120 - 140 g/l Fluorkiselsyra 55 - 65 g/l Gelatin 0,5 g/l Badtemperatur 35 - 40°C Strömtäthet < 1,2 A/dmz Badspänning 0,1 - 0,2 V (8) Zn-elektroplätering Zinkklorid 135 g/l Natriumklorid 230 g/l Aluminiumklorid 22,5 g/l pH 3,0 - 4,0 Badtemperatur 20 - 35°C strömtäthet 1 - 15 A/amz (9) Ni-Co-elektroplätering Nickelsulfat 240 - 300 g/l Nickelklorid 30 - 45 g/l Borsyra 30 - 40 g/l Nickelformiat 10 - 20 g/l Koboltsulfat 2 - 3 g/l Ammoniumsulfat l - 2 g/l pH 4 - 5 Badtemperatur 45 - 55°C strömtäthet 4 - s A/amz (10) Cu-Zn-elektroplätering Kopparcyanid 70 - 100 g/l Zinkoxid 3 - 9 g/l Natriumcyanid 90 - l35 g/l Natriumhydroxid 45 - 75 g/l Badtemperatur 75 ~ 90°C strömtäthet 3 - 16 A/dmz Vid elektrolös plätering kan exempelvis Ni, Co, Cu, Ag och leqeringar av dessa metaller användas till mctallskalct.

Typiska exempel på betingelser för elektrolös plätering är följande: POOR QUALITY (1) (2) (3) (4) 447 072 14 Elektrolös plätering av Ni Nickelklorid Natriumcitrat Natriumhypofosfit PH _ Badtemperatur Elektrolös plätering av Co Koboltsulfat Natriumhypofosfit Natriumtartrat Borsyra pH Badtemperatur Elektrolös plätering av Cu Kopparsulfat EDTA Formalin Natriumhydroxid 2,9-dimetyl-l,10-fenantolin (neokuproin) Badtemperatur Elektrølös plätering av Ag Silverlösning Silvernitrat Vattenlösning av ammoniak (28 %) Vatten Reducerande lösning 4%-ig formalin Vatten -Badtemperatur 4 _ 85 ~ 30 - 50 g/l lO g/l 10 g/l 93°c 0,08 møl/1 0,2 mol/1 0,5 mol/1 0,5 mol/1 0,03 mol/1 0,04 mol/1 0,23 mol/1 0,1 mol/1 100 mg/l 6o°c 60 g '60 ml l liter 65 ml l liter rumstemperatur 9003 QUÅLXTY 447 072 is (5) Elektrolös plätering av Ni-Co-P Nickelsulfat (0,1 - X) mol/1 Koboltsulfat X mol/l Natriumcitrat 0,2 mol/l Ammoníumsulfat K 0,5 mol/l Natriumhypofosfit 0,2 mol/l pH 9 Badtemperatur 90°C molförhållande X = COSO4/(NiSO4 + CoS04) vid ångavsättning kan exempelvis Cr, Mo, W, Zr, Ni, Cu-Ni och Ni-Cr användas till metallskalet. De för ångavsättningen an- vända betingelserna är välkända och användes av fackmän.

Den totala tjockleken hos det av flera skikt uppbyggda metall- skalet kan väljas beroende på ändamålet och produktionskost- naderna. Enligt uppfinningen bör tjockleken vara över 50,um, eftersom tunnare skal lätt skadas under senare hantering och användning. Den övre tjockleksgränsen bör vara 10 mm och företrädesvis 5 mm, eftersom det krävs längre tid för att erhålla ett tjockare skal och eftersom tillverkningskostna- derna ökar och eftersom vidare betydelsen av förstärkningen med en ekonomisk pulvermetallurgisk process går förlorad.

Metallpulvret för sinterpresskroppen är icke begränsat till något exempel i beskrivningen. Järnpulver, kopparpulver, legeringar av dessa metaller, pulver av rostfritt stål och blandningar av sådana pulver är exempel på metallpulver som kan användas.

Sintringsbetingelserna är icke speciella. Betingelser som vanligen användes inom pulvermetallurgin i allmänhet kan till- lämpas i överensstämmelse med det använda metallpulvret.

Exempel på sintringsbetingelser anges i det följande. 17C)C)12 C?LLq1lRP1, 447 D72 16 Material _ Temperatur, OC Tid (minuter) Brons 760 - 871 10 - 20 Koppar 843 - 900 12 - 45 Mässing 843 - 900 10 - 45 Järn, grafitiskt järn 1010 - ll50 8 - 45 Nickel 1010 - 1150 30 - 45 Rostfritt stål 1093 - 1290 30 - 60 Sammanpressningen av metallpulvret genomföres med en hydro- statisk press vid ett tryck av l - 5 ton/cmz och sammanpress- ningen av den sintrade presskroppen och metallskalet genom- föres med samma press vid ett tryck av 1,5 - 6 ton/cm2. Om trycket understiger 1 ton/cmz blir hållfastheten hos pulver- presskroppen alltför låg och det är svårt att hantera press- kroppen. Användning av tryck över 6 ton/cm2 kräver å andra sidan stora apparater och de ekonomiska fördelarna går därför förlorade.

Speciella egenskaper hos denna kompositprodukt är att metall- skalet har mycket god nötningsbeständighet vid hög temperatur och icke lätt brytes sönder, eftersom det tunna, hårda skikt, som har hög nötningsbeständighet, är förstärkt med det tjocka, förhållandevis mjuka skiktet, som har hög duktilitet, och vidare eftersom bindningsstyrkan mellan metallskalet och den sintrade presskroppen är förbättrad genom svetsning eller hârdlödning.

Det sintrade kompositmetallföremålet enligt uppfinningen har även de i det följande angivna fördelaktiga egenskaperna. (1) Ytterytan eller innerytan av det sintrade komposit- metallföremålet erhåller samma ytform som formmodellen, som maskinbearbetas till önskad form och ytbearbetas till den erforderliga ytfinheten, eftersom elektropläteringen, den elektrolösa pläteringen eller ångavsättningen ger noggrann formåtergivning. Godtyckliga komplicerat formade föremål kan därför framställas utan någon speciell efterbearbetning, för- utsatt att formmodellen kan borttagas. Vidare kan ett mate- Pocm QUW-*TY 447 072 17 rial med hög grad av ytfinhet lätt erhållas med minsta möjliga dimensionstoleranser. (2) Nötningsbeständigheten, korrosionsbeständigheten och värmebeständigheten hos ytan av den sintrade kompositmetall- produkten, som åstadkommes genom elektroplätering och/eller elektrolös plätering och/eller ångavsättning, förbättras i hög grad genom valet av typ av beläggningsmetall och dennas tjock- lek i överensstämmelse med användningsändamâlen. (3) Man kan erhålla produkter med stor dimensionsnoggrann~ het, eftersom dimensionerna och formen hos ytterytan eller innerytan av produkterna är densamma som innerytan eller ytterytan av formmodellen. (4) Genom val av typ av metallpulver och sintringsbetingel- serna är det möjligt att framställa sintrade presskroppar med speciella egenskaper. Sålunda kan med användning av bland- ningar av kopparpulver eller kopparlegeringspulver med järn- pulver och med användning av förlegerat pulver för framställ- ning av presskroppen eller infiltrering av koppar eller kopparlegering efter framställning av presskroppen hållfast- heten och värmeledningsförmågan lätt förändras i proportion till de respektive mängderna av dessa beståndsdelar.

Med utnyttjande av porositeten i den sintrade presskroppen kan kylverkan av presskroppen förbättras genom kontinuerlig till- föring av vatten till presskroppen (exempelvis i en glasgjut- form) och på den andra sidan av metallskalet kan smörjeffekten även förbättras genom att man håller en olja i materialet (exempelvis oljeimpregnerade lager och bussningar). (5) Föremålen kan framställas ekonomiskt i stor skala med små materialförluster även ifråga om komplicerade former och utan att någon speciell yrkesskicklighet erfordras beträffande konventionell maskinbearbetning eller gjutning.

Det är icke utan svårigheter möjligt att erhålla dessa mycket PooR QUALITY 447 072 18 goda egenskaper med konventionell elektroplätering på den sint- rade presskroppen, eftersom vid plätering på den sintrade presskroppen en förbehandling som fyller porerna vid ytan av presskroppen erfordras för att förhindra att elektrolyten in- tränger i presskroppen. Vidare är det mycket svårt att full- ständigt fylla dessa porer och även om porerna fylles full- ständigt är det mycket svårt att uppnå spegelytfinhet utan mekanisk slipning och polering efter pläteringen. Vidare kan avflagning av det pläterade skiktet och sprickbildning i hörnorna lätt uppträda när föremålet utsättes för belastning eller inverkan av hög temperatur och spänningar.

Vid elektroplätering minskar i allmänhet ytans blankhet när tjockleken ökar, även om man pläterar på en yta med hög yt- finhet. Å andra sidan kan enligt uppfinningen genom bearbet- ning av formmodellen till hög grad av ytfinhet samma yta som hos formmodellen erhållas och ytans blankhet går icke förlorad, även om_beläggningstjockleken ökar.

Vid plätering är det givetvis möjligt att erhålla en blank yta genom tillsats av vissa speciella reagenser till elektrolyten.

I sådant fall kommer emellertid reaktionsprodukterna av till- satsen att införlivas i det pläterade skiktet och utöva en skadlig inverkan på elektropläteringen. Enligt uppfinningen erhålles icke några ofördelaktiga effekter av reaktionsproduk- ter, eftersom det icke är nödvändigt att tillsätta ett sådant reagens för att erhålla blank plätering.

Med användning av maskinbearbetat'smitt material i stället för en sintrad presskropp är det mycket svårt att erhålla för- bättrad svetsbarhet till metallskalet på samma sätt-som ensligt uppfinningen, eftersom det smidda materialet icke har någon återstående komprimerbarhet.

Uppfinningen beskrivas i det följande utförligare med ut- föringsexempel, som icke är avsedda att begränsa uppfinningen. '-. ,. __ 3,4.- 447 072 19 §§empel l.

En glasgjutform framställdes med följande metod.

En Ni-P-legering pläterades elektrolöst med en tjocklek av ca 0,15 mm på en formmodell av rostfritt stål, som försetts med ett bladmönster på sidoytan och ytbehandlats till hög finhetsgrad. Betingelserna vid den elektrolösa pläteringen anges i tabell I.

Därefter elektropläterades Ni vidare med förändring av elekt- ropläteringsbadet till en tjocklek av ca 0,5 mm. Elektro- pläteringsbetingelserna anges i tabell II.

En blandning av Cu- och Fe-pulver (15 viktprocent Cu) samman- pressades med en hydrostatisk press under ett tryck av 3 ton/cm2 på det sätt som angivits för utföringsform (a).

Dornen för pulversammanpressningen hade i huvudsak samma form som formmodellen för elektropläteringen och hade en diameter som var ca 0,8 mm större än diametern av den belagda form- modellen.

Efter sintring av pulverpresskroppen vid en temperatur av ll50°C under 30 minuters tid i torr vätgasatmosfär anbringades den sintrade presskroppen på den belagda formmatrisen och sammanpressades med den hydrostatiska pressen under ett tryck av 3,5 ton/cmz på samma sätt som för pulversammanpressningen och sammanfördes därefter med metallskalet.

Den sintrade presskroppen med det elektropläterade skalet av Ni och Ni-P inuti uttcgs från formmatrisen, så att man erhöll en glasgjutform vars insida utgöres av en tunn beklädnad med en yta med hög finhetsgrad.

Hårdheten hos det hårda skiktet (Ni-P-legering) hos metall- skalet var 650 mikro-Vickers-hårdhetsenheter och hos under- lagsskiktet (Ni) 150 mikro-Vickers-hârdhetsenheter. '“ .vx .n 1 ïPflÛF-làfiàïffïéf 447 072 20 Förändringen av det hårda skiktets hårdhet med varierande tem- peratur visas i figur 5. Det är uppenbart att hårdheten, som i huvudsak anger nötningsbeständigheten, icke minskar förrän temperaturen ökar till 5oo°c.

Denna form kan med gott resultat användas för alla slags for- mer avsedda för användning vid hög temperatur.

Vid användning av formen för framställning av glasföremål erhölls lika lång eller längre livslängd än hos en konventio- nell form, som framställts genom maskinbearbetning av ett smitt rostfritt stål av typ SUS 309. Vidare var tillverknings- kostnaden för formen lägre än för en konventionell form. _ Tabell I.

Betingelser vid elektrolös plätering av Ni-P MNC-STM l del Bad (Tillverkat av World Metal Finishing Laboratory) Vatten 4 delar Badtemperatur 90 - 92°C pH 4,3 - 4,5 Tid 5 h POOR QUALITY 447 072 21 Tabell II.

Betingelser vid elektroplätering av Ni Nickelsulfamat 450 g/l M Badsammansättning B0rSyra 30 Q/l Natriumlaurylsulfat 0,5 g/l strömtätnet e 15 A/dmz Badtemperatur 50°C pH 4,0 Tid 8 h gëemgel 2.

En Ni-P-legering elektropläterades med en tjocklek av 0,1 mm på en formmatris av krompläterat stål, som hade en enkel konisk form och var finbearbetad till spegelglans hos ytan.

Elektropläteringsbetingelserna anges i tabell III.

Därefter elektropläterades vidare Cu på ytan till en tjocklek av ca 0,5 mm. Elektropläteringsbetingelserna anges i tabell IV.

Hårdheten hos det hårda skiktet (Ni-P-skiktet) i metallskalet var 600 mikro-Vickers-hårdhetsenheter och hos det sega skiktet (Cu-skiktet) 180 mikro-Vickers-hårdhetsenheter.

Med användning av detta i flera skikt uppbyggda metallskal erhölls en kompositform med sintermetall på det sätt som anges i exempel 1. Eftersom formen hos formen var enkel och flat, hårdlöddes metallskalet och den sintrade presskroppen med mässingshårdlod såsom tillsatsmetall vid toppen och bottnen av formen.

Med användning av denna form för framställning av glasföremål visade sig formen arbeta väl och utan besvär.

POORQUALITY 447 072 22 Tabell III.

Elektropläteringsbetingelser för Ni-P Nickelsulfat 300 g/l Badsammansättning Ni-P-elektrolyt 200 ml/l (Tillverkad av OKUNO SEIYAKU CO., Ltd.) strömtäthet 5 A/amz Badtemperatur 65°C pH 1,5 - 2,0 Tid 5 h Tabell IV.

Elektrønläteringsbetingelser för Cu Badsammansättning Kopparsulfat 250 g/1 Svavelsyra 50 g/l Badtemperatur 50°C pH 2 strömtäthet ap A/amz Tid 3?5 g Poøza QUALITY

Claims (5)

447 072 PATENTKRÄV

1. Sintrat kompositmetallföremål med metallskal, k ä n - n e t e c k n a t därav, att a) metallskalet innefattar två metallskikt, b) det yttre av dessa metallskikt är hårt och det inre skiktet, som står i kontakt med det sintrade föremålet, är mjukt, c) tjockleken av det hårda metallskiktet är 20-200,um samt tjockleken av det mjuka metallskiktet är 0,5-10 mm och d) föremålet utgöres av en sintrad kropp och ett förhållandevis tunt metallskal, som framställts separat på annat sätt än genom sintring och kombinerats med den sint- rade kroppen.

2. Föremål enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att det hårda metallskiktet har en hårdhet av minst 500 mikro-Vickers~hârdhetsenheter och att det mjuka metall- skiktet har en hårdhet av från 70 till 400 mikro-Vickers- -hårdhetsenheter.

3. - Förfarande för framställning av ett sintrat komposit- metallföremål enligt något av föregående patentkrav, k ä n - n e t e c k n a t därav, att man a) på en modell påför ett metallskal bestående av två metallskikt, av vilka det på det färdiga föremålet yttre skiktet är hårt samt har en tjocklek av 20-200,um och det inre skiktet är mjukt samt har en tjocklek av 0,5-10 mm, varvid metallskikten påföres genom en eller fler av metoderna elektroplätering, elektrolös plätering och ångavsättning, b) pressar metallpulver i beröring med en modell med i huvudsak samma form som den med metallskalet belagda modellen, c) sintrar det pressade metallpulvret sedan detta avlägsnats från modellen, d) åstadkommer en rå eller uppruggad yta på metall- skalets mjuka metallskikt på modellen, POOR QUALITY f 2:-- 447 072 24 e) anbringar det i steg c) framställda sintrade före- målet i kontakt med metallskalet på modellen, f) pressar det sintrade föremålet mot metallskalet på modellen och g) avlägsnar metallskalet med det med detta förenade sintrade föremålet från modellen.

4. - Förfarande enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att metallskalet svetsas eller lödes till det sintrade metallföremålet efter steg f) eller g).

5. - Förfarande enligt patentkravet 3 eller 4, k ä n n e ~ t e c k n a t därav, att hârdlodspulver eller -folier an- bringas mellan metallskalet och det sintrade föremålet och att det sintrade föremålet lödes till metallskalet genom upphettning efter steg f) eller g). 5- Användning av ett föremål enligt något av patentkraven l-3 eller framställt med förfarandet enligt patentkravet 4 eller 5 såsom form för formning av föremål av plast eller glas. "'. f~a~>ífffa* s- Pofcm QUALITY?