WO2002085561A2 - Herstellung von bauteilen durch metallformspritzen (mim) - Google Patents

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WO2002085561A2
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Hans-Peter Buchkremer
Ariane Marjam Ahmad-Khanlou
Martin Bram
Detlev STÖVER
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Definitions

  • the invention relates to a method for the production of components, in particular a method for the production of components close to the final dimension with the aid of metal injection molding.
  • Metal powder injection molding also known as metal powder spraying
  • NMS near net shape
  • the MIM process enables small to medium-sized, complex-shaped parts to be produced inexpensively and automatically in large quantities.
  • the MIM process provides components with a density of 95 - 98% of the theoretical density, and subsequent hot isostatic pressing of the body (without capsule material) enables a density of 100% to be achieved.
  • the process comprises plasticizing metal powders with spherical or irregular morphology (particle sizes of the powder 5 - 300 ⁇ m) using a binder. dersystems to a so-called feedstock.
  • the feedstock is homogenized in a kneader.
  • the feedstock is then filled into the injection molding machine.
  • Parts of the binder system e.g. suitable waxes
  • a worm conveys the thermoplastic mass into the divisible mold.
  • the liquid phase solidifies again and enables the component to be removed from the mold.
  • the binder system is removed by a debinding step upstream of the sintering.
  • the additives are removed from the component in different ways.
  • Typical suitable materials for the metallic component in metal powder spraying are stainless steel, carbon steel, tool steel or alloy steel, but also ferrite, tungsten carbide and mixtures of copper / bronze, cobalt / chromium or also tungsten / copper.
  • Shape memory alloys are metals that, after being deformed, return to their original shape when heated to a certain temperature. In doing so, they can develop considerable powers.
  • shape memory alloys Possible areas of application for shape memory alloys are micromanipulators and robot actuators that can mimic the flowing movements of human muscles.
  • sensors made of shape memory alloys could be used, which, for example, detect cracks in the concrete or corrosion in the steel reinforcing bars and counteract the stresses occurring inside.
  • shape memory alloys based on the intermetallic NiTi phase have preferably been produced by melt metallurgy.
  • the conventional shaping by mechanical processing of semi-finished products made of NiTi materials is limited, however, because the alloys have a high elongation at break in the martensitic state and are therefore difficult to machine.
  • post-processing of melt-metallurgically manufactured components is only possible with a great deal of time and tool wear.
  • NiTi shape memory alloys have so far failed due to the fact that in addition to economical production all of the low contamination levels in the end product necessary for the shape memory properties must be guaranteed.
  • the resulting difficulty in NiTi component production via metal powder injection molding (MIM) is the oxygen and
  • NiTi shape memory alloys Another important prerequisite for the production of NiTi shape memory alloys is the precise and reproducible setting of the alloy composition. Even slight deviations in the composition lead to significant deviations in the characteristic properties (e.g. the transition temperatures).
  • the object of the invention is to provide an effective and inexpensive method for the near-net-shape production of components from a pre-alloyed NiTi shape memory alloy. Furthermore, it is an object of the invention to provide the materials necessary for the method.
  • the method according to the invention for the near-net-shape production of components from pre-alloyed NiTi shape memory alloys comprises the following steps.
  • Pre-alloyed NiTi powder is mixed with a thermoplastic binder system to form a feedstock.
  • the feedstock is brought into the shape of the component by a spraying process.
  • the component is exposed to a capillary-active substance, debindered and then subjected to a thermal debinding process. This is followed by sintering to the finished component.
  • An advantageous process variant provides for the use of a two-component binder based on wax, in particular a two-component binder consisting of an amide wax and a polyolefin wax in a suitable composition.
  • the amide wax influences the flowability of the feedstock and serves for plasticization, while the polyolefin contributes to stabilizing the feedstock and the component obtained from it.
  • Injection molding compounds with viscosities of approx. 5 to 30 Pa-s can be injected in this way.
  • the very good flowability of the mass enables rapid injection and a void-free and flawless filling of even complex cavities with undercuts.
  • Another advantage is the high material yield, since all spray by-products can be returned to the manufacturing process without loss of quality. This increases the economic efficiency especially with regard to the processing of expensive materials.
  • the debinding process is to be regarded as a further process step.
  • the plasticizing component amide wax
  • the capillary-active substance can be sands or ceramic powders (e.g. Zr0 2 , Si0 2 , SiC, Si 3 N 4 or A1 2 0 3 ).
  • the separating agent between the capillary-active material and the component serves as filter paper, which ashes without residue during the debinding process.
  • the advantage of the production method according to the invention is that the proportions of carbon and oxygen are kept so low that they meet the requirements for good shape memory properties.
  • Metal Powder Injection Molding also known as metal powder injection molding
  • MIM Metal Powder Injection Molding
  • powder injection molding is a powder metallurgical molding process that enables cost-effective and near-net-shape production of very complicated molded parts in a rational and automated manner.
  • powder spraying is characterized by a high material yield, which ensures efficient use of the currently very expensive pre-alloyed NiTi powder, since the sprues and scrap parts are returned to the process.
  • the process combines the advantages of injection molding of thermoplastics (known from plastics processing) with the metallurgical possibilities of powder metallurgy.
  • the powders are processed with heatable kneaders with the addition of the respective binder system to the feedstock.
  • the binder takes on the task of giving the powder the right rheological properties for the spraying process and ensuring a manageable and stable green body.
  • a residue-free removal of the binder is an important requirement for the properties of the component.
  • the choice of binder is decisive for the quality of the product, so the correct binder composition is to be regarded as "know-how".
  • a multi-component system is generally used to to ensure the necessary viscosity when spraying and on the other hand to ensure sufficient stability of the green body during debinding or sintering to prevent solidification cracks due to the different thermal expansion of the binder and the powder during cooling and solidification of the samples. This can be achieved through process control but also through the selection of a suitable binder system No chemical reac- tion between powder and binder, and there should be good wettability.
  • binder systems can be described as known, which essentially differ in the debinding process:
  • thermoplastic binders
  • thermoplastic binders are currently the most widespread. These include commercially available polymers such as polyethylenes, polystyrenes, polypropylenes and waxes. Waxes or low molecular weight polymers are mostly used as the main component.
  • NiTi powder with a KG ⁇ 25 ⁇ m and spherical particles can be used.
  • the thermoplastics amide wax (as plasticizer) and polyolefin (as stabilizer) have proven to be advantageous binder components.
  • the resultant advantage lies in the possibility of a purely thermal debinding, which simplifies the process and shortens the time and thus saves costs. This avoids the effort of an intermediate step such as catalytic debinding or solvent extraction. 2.
  • the debinding process is an important process step for achieving the quality of the finished parts.
  • the time required for the process influences the profitability of the overall process.
  • the debinding process depends on the binder system used.
  • the binder system is liquefied by the heating.
  • the liquid binder is removed from the mold surface, creating a concentration gradient from the inside of the molded part to the surface.
  • binder is constantly transported from the inside to the surface, which leads to continuous debinding.
  • a very effective method of removing the wax has proven itself to be the capillary force-induced sucking-up (puckering) of the wax in the temperature range between 120 ° C and 150 ° C.
  • a powder bed is used, the KG distribution of which is significantly below that of the starting material.
  • Embedding the molded part considerably reduces the debinding time and also has a stabilizing effect on the component.
  • the melted wax is drawn out of the component by the capillary forces.
  • the use of filter paper supports this effect and protects the components against adhesion of the wicking material used.
  • the binder system is constructed in such a way that after the debinding process the plasticizing part is expelled or evaporated.
  • a small amount of residual binder between see individual particles ensures the dimensional stability of the green body until it is driven out via the combined debinding / sintering step.
  • the component is still manageable after the wicking process and can be removed from the sand bed for sintering and placed on Zr0 2 sintered underlays for the sintering process.
  • Example 2 1800 g NiTi powder
  • the samples are then removed from the wicksand.
  • Sintered density corresponds to 95% of the theoretical density.
  • Tab. 1 Contamination of carbon, nitrogen and oxygen in the starting material and after debinding or sintering of the components.
  • Figures Figure 1 Principle of the winding process Figure 2 molded parts after the injection process Figure 3 component after the final sintering (different geometry than in Figure 2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur endkonturnahen Herstellung von Bauteilen aus NiTi-Formgedächtnislegierungen. Das bekannte Verfahren des Metallformspritzens wird durch Anpassung des Bindersystem sowie der Temperaturführung und Zeitminimierung bei der Entbinderung erfindungsgemäss für den Einsatz von NiTi-Formgedächtnislegierungen ermöglich.

Description

Beschreibung
Herstellung von Bauteilen durch Metallformspritzen (MIM)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, insbesondere ein Verfahren der endab- messungsnahen Herstellung von Bauteilen mit Hilfe des Metallformspritzens .
Stand der Technik
Das Metallformspritzen (MIM = Metal Powder Injection Moulding) , auch Metallpulverspritzen genannt, ist als ein Verfahren zur Massenherstellung von metallischen Bauteilen bekannt, insbesondere für die endkonturnahe (NNS = near net shape) Herstellung solcher Bauteile (R.M. German, A. Böse (Hrsg.) : "Injection Moulding of Metals and Ceramics", New Jersey, Metal Powder Industries Federation MPIF (1997)).
Das MIM-Verfahren erlaubt es, kleine bis mittelgroße komplex geformte Teile in hohen Stückzahlen kostengünstig und automatisiert herzustellen. Das MIM-Verfahren liefert Bauteile mit einer Dichte von 95 - 98% der the- oretischen Dichte, durch nachträgliches heißisostati- sches Pressen der Körper (ohne Kapselwerkstoff) kann eine Dichte von 100% erzielt werden.
Das Verfahren umfaßt das Plastifizieren von Metallpul - vern mit sphärischer bzw. irregulärer Morphologie (Partikelgrößen des Pulvers 5 - 300 μm) mittels eines Bin- dersystems zu einem sog. Feedstock. Die Homogenisierung des feedstocks erfolgt in einem Kneter. Danach wird der feedstock in die Spritzgußmaschine eingefüllt. In einer beheizten Zone werden Teile des Bindersystems (z. B. geeignete Wachse) aufgeschmolzen. Eine Schnecke fördert die thermoplastische Masse in das teilbare Formenwerkzeug. Nach Beendigung der Formfüllung erstarrt die Flüssigphase wieder und ermöglicht die Entnahme des Bauteils aus der Form. Die Entfernung des Bindersystems erfolgt durch einen der Sinterung vorgeschalteten Ent- binderungsschritt . Je nach Bindersystem werden dabei die Zusatzstoffe auf unterschiedliche Art wieder aus dem Bauteil entfernt.
Es wird unterschieden zwischen thermischen Entbinde- rungsverfahren (Herausschmelzen oder Zersetzen über die Gasphase) , Lösungsmittelextraktion sowie katalytische Entbinderung . Im Anschluß erfolgt der Sinterprozeß, bei dem über Diffusionsprozesse eine Verdichtung des Bau- teils auf bis zu 98 % der theoretischen Dichte erreicht wird. Aufgrund des hohen Bindergehalts treten beim Sintern große Schwindungen (15 - 20 %) auf. Die Kontrolle des Schwindungsverhaltens ist eine der wesentlichen Anforderungen bei der Herstellung von near-net-shape Bauteilen.
Typische geeignete Materialien für die metallische Komponente beim Metallpulverspritzen sind rostfreier Stahl, Carbonstahl, Werkzeugstahl oder Legierungsstahl, aber auch Ferrit, Wolframcarbid und Mischungen aus Kupfer /Bronze, Kobalt/Chrom oder auch Wolfram/Kupfer . Formgedächtnislegierungen sind Metalle, die nach einer Verformung wieder ihre ursprüngliche Gestalt annehmen, wenn man sie auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Dabei können sie beachtliche Kräfte entfalten. (W.J. Buehler, J.V. Gilfrich, R.C. Wiley: Ocean Eng. 1
(1968) , 105) . Vielleicht am bekanntesten sind Nickel- Titan-Legierungen.
Mögliche Einsatzgebiete für Formgedächtnislegierungen sind Mikromanipulatoren und Roboteraktuatoren, die die fließenden Bewegungen menschlicher Muskeln nachahmen können. Bei Stahlbetonstrukturen könnten Sensoren aus Formgedächtnislegierungen eingesetzt werden, die beispielsweise Risse im Beton oder Korrosion in den Stahl - Verstärkungsstangen aufspüren und den im Innern auftretenden Spannungen entgegenwirken.
Bisher werden Formgedächtnislegierungen auf der Basis der intermetallischen Phase NiTi bevorzugt schmelzme- tallurgisch hergestellt. Die konventionelle Formgebung durch mechanische Bearbeitung von schmelzmetallurgischen Halbzeugen aus NiTi -Werkstoffen ist jedoch begrenzt, da die Legierungen im martensitischen Zustand eine hohe Bruchdehnung aufweisen und damit eine schlechte Zerspanbarkeit besitzen. Infolgedessen ist eine Nachbearbeitung von schmelzmetallurgisch hergestellten Bauteilen nur unter zeitlich hohem Aufwand und hohem Werkzeugverschleiß möglich.
Der Einsatz des Metallformspritz-Verfahrens auch für
NiTi-Formgedächtnislegierungen scheiterte bislang daran, daß neben einer wirtschaftlichen Produktion auch alle für die Formgedächtniseigenschaften notwendigen geringen Verunreinigungsgehalte im Endprodukt gewährleistet sein müssen. Die sich ergebende Schwierigkeit bei der NiTi-Bauteilfertigung über Metallpulverspritz- guß (MIM) liegt darin, den Gehalt an Sauerstoff und
Kohlenstoff so gering wie möglich zu halten. Hohe Verunreinigungsgehalte führen zu einer verminderten Sinteraktivität der Metallpulver und verschlechtern die Werkstoffeigenschaften im gesinterten Bauteil (z. B. durch Versprödung) .
Eine weitere wichtige Voraussetzung für die Herstellung von NiTi-Formgedächtnislegierungen ist die genaue und reproduzierbare Einstellung der Legierungszusammenset- zung. Bereits geringe Abweichungen in der Zusammensetzung führen zu deutlichen Abweichungen der charakteristischen Eigenschaften (z. B. der Umwandlungstemperaturen) .
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein effektives und kostengünstiges Verfahren zur endkonturnahen Fertigung von Bauteilen aus einer vorlegierten NiTi-Formgedächtnislegierung zu schaffen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung die für das Verfahren notwendigen Materialien zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit der Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhaf- te Ausfuhrungsformen des Verfahrens und der dazu benötigten Materialien finden sich in den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen. Gegenstand der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur endkonturnahen Herstellung von Bauteilen aus vorlegierten NiTi -Formgedächtnislegierungen umfaßt die folgenden Schritte. Vorlegiertes NiTi-Pulver wird mit einem thermoplastischen Bindersystem zu einem Feedstock gemischt. Der Feedstock wird durch einen Spritzvorgang in die Form des Bauteils gebracht. Das Bauteil wird einem kapillaraktiven Stoff ausgesetzt, vorentbindert und anschlie- ßend einem thermischen Entbinderungsprozeß unterzogen. Hierauf folgt das Sintern zum fertigen Bauteil.
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht die Verwendung eines Zwei -Komponenten-Binders auf Wachsbasis vor, insbesondere eines Zwei -Komponenten-Binders aus einem Amidwachs und einem Polyolefinwachs in geeigneter Zusammensetzung. Das Amidwachs beeinflußt die Fließfähigkeit des Feedstocks und dient der Plastifizierung, während das Polyolefin zur Stabilisierung des Feedstocks und des daraus erhaltenen Bauteils beiträgt.
Es können so Spritzgußmassen mit Viskositäten von ca. 5 bis 30 Pa-s verspritzt werden. Die sehr gute Fließfähigkeit der Masse erlaubt ein schnelles Einspritzen sowie eine lunker- und fehlerfreie Füllung selbst kom- plizierter Kavitäten mit Hinterschneidungen.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Werkstoffausbeute, da alle anfallenden Spritznebenprodukte ohne Qualitätsverlust wieder in den Herstellungsprozeß zurückgeführt werden können. Dies erhöht die Wirtschaftlichkeit ins- besondere im Hinblick auf die Verarbeitung teurer Werkstoffe .
Als weiterer Verfahrensschritt ist der Entbinde- rungsprozeß anzusehen. Hierbei wir in einem kapillaraktiven Stoff bei 120 bis 150 °C die plastifizierende Komponente (Amidwachs) vorentbindert . Dies führt zu einer partiellen Entbinderung des gesamten Grünkörpers. Dieser Vorgang dauert ca. 2 Stunden. Hieran anschlie- ßend folgt die thermische Entbinderung bei der Komponenten bei ca. 480°C für 10 Stunden. Je nach Material können die kapillar-aktiven Stoffe Sande oder keramische Pulver (z. B. Zr02, Si02, SiC, Si3N4 oder A1203) sein. Das als Trennmittel zwischen dem kapillar-aktiven Material und dem Bauteil dient Filterpapier, welches beim Entbinde- rungsprozeß rückstandslos verascht .
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Herstellungsverfah- rens liegt darin, die Anteile an Kohlenstoff und Sauerstoff so gering zu halten, daß sie den Anforderungen für gute Formgedächtniseigenschaften genügen.
In Experimenten konnten beispielsweise Kohlenstoffan- teile von 1400 ppm und Sauerstoffanteile von 2300 ppm (Tabelle 1) erhalten werden. Bei diesen Verunreinigungsgehalten konnte die für die Formgedächtniseigenschaften wichtige reversible Austenit-Martensit- Umwandlung durch DSC-Messungen (differential scanning calometry) nachgewiesen werden. Durch das erfindungsge- mäße Verfahren können Ni-Ti-Bauteile mit einer Dichte von < 95% reproduzierbar hergestellt werden.
Spezieller Beschreibungsteil Metal Powder Injection Moulding (MIM) , auch als Metall - pulverspritzguß bezeichnet, ist ein pulvermetallurgisches Formgebungsverfahren, welches eine kostengünstige und endkonturnahe Herstellung sehr komplizierter Formteile rationell und automatisierbar ermöglicht. Darüber hinaus zeichnet sich das Pulverspritzen durch eine hohe Werkstoffausbeute aus, was eine effiziente Ausnutzung des derzeit noch recht teuren vorlegierten NiTi-Pulvers sicherstellt, da die anfallenden Angüsse und Ausschußteile dem Prozeß wieder zugeführt werden. Das Verfahren verbindet die Vorteile des Spritzgießens von Thermoplasten (aus der KunststoffVerarbeitung bekannt) mit den metallkundlichen Möglichkeiten der Pulvermetallurgie.
1.) Pulver und Feedstockherstellung:
Für die Eignung eines Pulvers sind mehrere Faktoren entscheidend. Grundvoraussetzung ist eine hohe Reinheit der Ausgangspulver, da eine Zunahme an Verunreinigungen wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff im Pulver während des Prozeßverlaufs unvermeidlich ist. Diese führen bei der Verarbeitung von Ti -Legierungen, die eine hohe Affinität zu diesen Elementen besitzen, zur Bildung von Oxiden, Carbiden und Nitriden. Diese wiederum beeinflussen die Formgedächtniseigenschaften und führen zu einer Versprödung des Werkstoffs. Im Normal - fall sollten Pulver der Korngröße (KG) < 25μm eingesetzt werden. Gröbere Pulver würden zu niedrigeren End- dichten führen. Ebenso spielt die Kornform eine Rolle, da z. B. sphärische Pulver eine höhere Packungsdichte ermöglichen und somit geringere Bindermengen benötigt werden, was eine geringere Schrumpfung des Bauteils bewirkt. Die Pulver werden mit heizbaren Knetern unter Zugabe des jeweiligen Bindersystems zum Feedstock verarbeitet. Der Binder übernimmt die Aufgabe, dem Pulver die richtigen rheologischen Eigenschaften für den Spritzvorgang zu verleihen und einen handhabbaren und stabilen Grünkörper zu gewährleisten. Jedoch ist eine rückstandsfreie Entfernung des Binders eine für die Eigenschaften des Bauteils wichtige Anforderung. Die Binderauswahl ist entscheidend für die Güte des Produkts, daher ist die richtige Binderzusammensetzung als ein „Know-How" anzusehen. Da die genannten Anforderungen an Bindersysteme nicht allein durch ein System zu erfüllen sind, wird in der Regel ein Multikomponenten- system eingesetzt um zum einen die notwendige Viskosität beim Spritzen und zum anderen eine ausreichende Stabilität des Grünkörpers während der Entbinderung bzw. Sinterung zu gewährleisten. Die Bauteile sollten im Grünzustand frei von Spritzfehlern wie inneren Gaskanälen und Lunkern sowie Entmischungsinhomogenitäten sein. Ebenso muß das Bindersystem gute plastische und elastische Eigenschaften aufweisen, damit es aufgrund der unterschiedlichen thermischen Dehnung des Binders und des Pulvers beim Kühlen und Erstarren der Proben nicht zu Erstarrungsrissen kommt. Dies ist zum einen über die Prozeßsteuerung aber auch durch die Wahl eines geeigneten Bindersystems zu erreichen. Während des Verarbeitungsprozesses darf es zu keiner chemischen Reak- tion zwischen Pulver und Binder, kommen und es sollte ein gute Benetzbarkeit vorliegen.
Generell sind folgende Bindersysteme als bekannt zu bezeichnen, die sich im wesentlichen im Entbinde- rungsprozeß unterscheiden:
- Thermoplastische Binder;
- Polymerisations-Binder;
- Gelbildende Binder;
- Extraktionsbinder; - Duroplaste.
Die Verwendung von thermoplastischen Bindern ist zur Zeit am stärksten verbreitet . Hierzu gehören kommerziell erhältliche Polymere wie Polyethylene, Polystyre- ne, Polypropylene und Wachse. Wachse bzw. niedermoleku- lare Polymere werden meistens als Hauptkomponente eingesetzt .
Bei dem in dem Verfahren eingesetzten Ausgangspulver kann beispielsweise ein kommerziell erhältliches, aus der Schmelze verdustes NiTi Pulver mit einer KG < 25 μm und sphärischen Partikeln eingesetzt werden. Als vorteilhafte Binderkomponenten haben sich die Thermoplaste Amidwachs (als Plastifizierer) und Polyolefin (als Stabilisator) herausgestellt. Der sich ergebende Vorteil liegt in der Möglichkeit einer rein thermischen Entbinderung, die den Prozeß vereinfacht und zeitlich verkürzt und somit kosteneinsparend wirkt . Der Aufwand eines Zwischenschritts wie katalytische Entbinderung oder Lösungsmittelextraktion wird hierdurch vermieden. 2. ) Entbinderung
Der Entbinderungsprozeß stellt eine wichtige Prozeßstufe für die Erreichung der Qualität der Fertigteile dar. Die Zeitintensität des Verfahrens beeinflußt die Renta- bilität des Gesamtprozesses. Das Entbinderungsverfahren richtet sich nach dem jeweilig eingesetzten Bindersystem.
Bei der erfindungsgemäßen thermischen Entbinderung wird das Bindersystem durch das Erhitzen verflüssigt. Der flüssige Binder wird von der Formoberfläche entfernt, wodurch ein Konzentrationsgefälle vom Formteilinneren zur Oberfläche entsteht. Mit Hilfe der Kapillarkräfte wird ständig Binder aus dem Inneren an die Oberfläche transportiert, was zu einer kontinuierlichen Entbinde- rung führt .
Als eine sehr effektive Methode zur Entfernung des Wachses hat sich das kapillarkraftinduzierte Aufsaugen (Wicken) des Wachses im Temperaturbereich zwischen 120°C und 150°C bewährt. Hierbei wird mit einer Pulver- schüttung gearbeitet, deren KG-Verteilung deutlich unterhalb der des Ausgangsmaterials liegt. Die Einbettung des Formteils vermindert die Entbinderungszeit erheblich und wirkt sich zudem stabilisierend auf das Bauteil aus. Durch die Kapillarkräfte wird das aufgeschmolzene Wachs aus dem Bauteil herausgesogen. Die Verwendung von Filterpapier unterstützt diesen Effekt und schützt die Bauteile vor Anhaftung des verwendeten Wickmaterials. Das Bindersystem ist so aufgebaut, daß nach dem Entbin- derungsprozeß der plastifizierende Anteil ausgetrieben bzw. verdampft ist. Ein geringer Restbinderanteil zwi- sehen einzelnen Partikeln gewährleistet die Formstabilität des Grünkörpers, bis dieser über den kombinierten Entbinderungs-/Sinterschritt ausgetrieben wird. Das Bauteil ist nach dem Wickprozeß noch handhabbar und kann für die Sinterung aus dem Sandbett entfernt werden und für den Sinterprozeß auf Zr02-Sinterunterlagen gesetzt werden.
3. ) Sinterung In der Anfangsphase des Sinterns muß der noch im Grünkörper vorhandene Restbinder ausgeheizt werden. Hierzu wird das Formteil aus dem Wicksand entfernt, auf eine Sinterunterlage plaziert und langsam auf die Entbinde- rungstemperatur aufgeheizt und für 1-2 Stunden gehal- ten. Im Anschluß erfolgt die Sinterung im gleichen Prozeßschritt. Gesintert wird unter Schutzgas oder im Vakuum. Die erreichten Sinterdichten liegen reproduzierbar im Bereich von ~ 95% der theoretischen Dichte. Die theoretische Dichte kann durch einen zusätzlichen HIP- Vorgang erreicht werden.
Ausführungsbeispiele : Beispiel 1 :
1400 g NiTi-Pulver 64,4 g Amidwachs 42,9 g Polyolefin Gesamtbinderanteil: 7,12 Gew.-% = 34 Vol.-%
Beispiel 2 : 1800 g NiTi-Pulver
64,4 g Amidwachs
42,9 g Polyolefin Gesamtbinderanteil: 5,63 Gew.-% = 28 Vol.-%
Wickparameter :
- im Zr02-Sand mit KG < 10 μm unter Verwendung von Filterpapier
- strömende Argon-Atmosphäre oder Vakuum
- bei 120 - 150°C bis 4 Stunden.
Im Anschluß daran werden die Proben aus dem Wicksand entfernt .
Entbinderung- /Sinterparameter (Sinterunterlage Zr02) :
- mit einer Rate von 1 K/Minute von RT auf 450 °C unter strömender Argonatmosphäre aufheizen,
- Haltezeit bei 450°C: 2 Stunden,
- mit einer Rate von 5 K/Minute auf 1250 °C aufheizen,
- Haltezeit 5 Stunden,
- alles unter Schutzgas (Argon, 1270 mbar) Erreichte Sinterdichte entspricht 95 % der theoretischen Dichte.
Tab.l: Verunreinigungen an Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff im Ausgangsmaterial sowie nach der Entbinderung bzw. Sinterung der Bauteile.
Figure imgf000013_0001
Figuren Figur 1 Prinzip des Wickverfahrens Figur 2 Formteile nach dem Spritzvorgang Figur 3 Bauteil nach der Endsinterung (andere Geometrie als in Figur 2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellunq von Bauteilen aus vorlegierter NiTi-Formgedächtnislegierung unter Verwendung des Metallformspritzens, mit den Schritten - vorlegiertes NiTi-Pulver wird mit einem thermoplastischen Binder zu einem Feedstock gemischt,
- durch einen Spritzvorgang wird der so gebildete Feedstock in die Form des Bauteils gebracht,
- das Bauteil wird einem kapillar-aktiven Stoff aus gesetzt und vorentbindert ,
- das Bauteil wird anschließend einem thermischen Entbinderungsprozeß unterzogen,
- das vom Binder befreite Bauteil wird gesintert.
2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Zwei- Komponenten-Binders auf Wachsbasis.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Binder umfassend Polyolefin.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Binder umfassend 50 bis 65 Gew.-% Amidwachs und 35 bis 50 Gew.-% Polyolefin.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Binder mit einem Gehalt von 64,4 Gew.-% Amidwachs und 42,9 Gew.-% Polyolefin.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Feedstock mit einer Viskosität zwischen 5 und 30 Pa-s.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen partiellen Entbinde- rungsprozeß, bei dem zunächst ein Amidwachs aus dem Inneren des Grünteils entfernt wird.
8. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem das Amidwachs durch kapillarkraftinduziertes Aufsaugen mit Hilfe einer Pulverschüttung bewirkt wird.
9. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem die Pulverschüttung eine Korngröße aufweist, die kleiner ist als die Korngröße des eingesetzten NiTi- Pulvers .
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, bei dem ein Filterpapier zwischen dem Grünteil und der Pulverschüttung eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10 unter Verwendung einer Zr02-Pulverschüttung.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, bei dem die Pulverschüttung eine Korngröße aufweist, die kleiner ist, als die Korngröße des eingesetzten Metallpulvers, insbesondere mit Partikelgrößen im Bereich von 0,01 bis 1 μm.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, bei dem der Entbinderungsprozeß bei Temperaturen zwischen 120 und 480 °C durchgeführt wird.
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