WO2003064710A1 - Sinterfähige metallpulvermischung zur herstellung gesinterter bauteile - Google Patents

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WO2003064710A1
WO2003064710A1 PCT/EP2002/012088 EP0212088W WO03064710A1 WO 2003064710 A1 WO2003064710 A1 WO 2003064710A1 EP 0212088 W EP0212088 W EP 0212088W WO 03064710 A1 WO03064710 A1 WO 03064710A1
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powder mixture
powder
alloys
sinterable
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PCT/EP2002/012088
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René LINDENAU
Klaus Dollmeier
Volker Arnhold
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Gkn Sinter Metals Gmbh
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    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a sinterable powder mixture for the production of sintered components, in particular for automobile construction, based on an AI powder, and to sintered components produced therefrom, and a method for producing such components.
  • aluminum is a preferred material, especially in the aerospace and automotive industries. Components made from aluminum or materials containing aluminum are considerably lighter than conventional components, for example made from cast iron. By reducing the weight, an increase in efficiency as well as a reduction in fuel consumption and an improvement in exhaust gas values can be achieved in automobiles, for example.
  • a disadvantage of the powder-metallurgical production of components using aluminum is, in particular, that aluminum and its alloys tend to be coated with an extremely stable metal oxide when in contact with air. This in particular increases the specific surface area.
  • the diffusion of the particles of the powder material used for sintering is hindered by the oxide skins located on the aluminum-containing material used.
  • components made from aluminum-containing materials have reduced strength values, in particular low hardness, compared to those made from steel or cast iron.
  • the oxide skins located on the aluminum-containing starting material hinder the cold welding of the particles to one another in the usual pressing process.
  • the object of the present invention is therefore to provide a powder mixture and components produced therefrom and corresponding methods which do not have the aforementioned disadvantages.
  • a sinterable powder mixture for producing sintered components, in particular for automobile construction comprising 60 to 98.5% by weight, based on the total amount of the powder mixture, preferably 75 to 92% by weight, of an Al-based powder made of metals and / or their alloys, comprising AI, 0.2 to 30% by weight of Mg, 0.2 to 40% by weight of Si, 0.2 to 15% by weight of Cu, 0.2 to 15% by weight of Zn, 0.2 to 15 %
  • Ti 0.2 to 10% by weight Sn, 0.2 to 5% by weight Mn, 0.2 to 10% by weight Ni and / or less than 1% by weight of As, Sb, Co, Be, Pb and / or B, wherein the percentages by weight are in each case based on the total amount of Al base powder, and 0.8 to 40% by weight, based on the total amount of the powder mixture, preferably 8 to 15% by weight, of a metal powder selected from a first group of metals and / or their alloys consist
  • first group of metals and / or their alloys consisting of Mo, W, Cr, V, Zr and / or Y
  • components that have a very high hardness can be produced with this powder mixture using powder metallurgy.
  • the hardness values for components made with a powder selected from the first group of metals and / or their alloys are 5 to 35% compared to those without addition of this first group of metals and / or their alloys. , preferably 10 to 25%, increased.
  • the addition of the first group of metals and / or their alloys to an Al base powder improves, in particular, the cold welding of the particles to one another caused by the pressing process, in particular the post-compression. This ultimately also improves the diffusion of the individual particles during the individual sintering process, as a result of which components with higher strength values and higher hardness are obtained.
  • the sinterable powder mixture further comprises a second group of metals and / or their alloys consisting of Cu, Sn, Zn, Li and / or Mg.
  • the addition of the aforementioned second group of metals and / or their alloys presumably has the effect that in particular an alloy and / or intermetallic phase is formed with the Al base powder during the pressing process, in particular during the post-compression. As a result, the formation of oxide skins on the surface of the used Al base powder hindered.
  • the second group of metals and / or their alloys changes into an at least partially liquid state at the sintering temperature, as a result of which the connection of the first group of metals and / or their alloys to the aluminum base powder in particular is improved.
  • the ratio of the amount of the first group of metals and / or their alloys to that of the second group in the powder mixture is preferably in a range from 1: 8 to 15: 1 parts by weight.
  • the ratio is preferably in a range from 2: 1 to 6: 1 parts by weight.
  • the Al base powder has, in addition to Al, 0.2-15% by weight of Mg, 0.2 to 16% by weight of Si, 0.2 to 10% by weight of Cu and / or 0.2 to 15% by weight Zn, based in each case on the total amount of the Al base powder.
  • the second group of metals and / or their alloys preferably has Cu, Zn and / or Sn.
  • the sinterable powder mixture preferably comprises lubricants in an amount of 0.2 to 5% by weight, based on the total amount of the powder mixture.
  • Self-lubricating agents such as MoS 2 , WS 2 , BN, MnS and graphite and / or other carbon modifications such as coke, polarized graphite or the like can be provided as lubricants on the one hand.
  • Preferably 1 to 3% by weight of lubricant is added to the sinterable powder mixture.
  • the components made from the sinterable powder mixture can be imparted with self-lubricating properties.
  • the sinterable powder mixture can further comprise binders and / or lubricants.
  • polyvinyl acetates preferably selected from a group comprising polyvinyl acetates, waxes, in particular amide waxes such as ethylene bisstearoylamide, shellac, polyalkylene oxides and / or polyglycols.
  • Polyalkylene oxides and / or glycols are preferably used as polymers and / or copolymers with average molecular weights in a range from 100 to 500,000 g / mol, preferably 1,000 to 3,500 g / mol, further preferably 3,000 to 6,500 g / mol.
  • the agents are preferably used in an amount in a range from about 0.01 to 12% by weight, preferably in a range from 0.5 to 5% by weight, still more preferably 0.6 to 1.8% by weight, in each case based on the Total amount of powder mixture used.
  • the binders and / or lubricants also make it easier to remove the components made from the sinterable powder mixture from the mold.
  • the powder mixture can be prepared by mixing the individual constituents with conventional apparatus such as tumble mixers both in the warm (hot mixing) and at room temperature (cold mixing), with warm mixing being preferred.
  • the present invention relates to a sintered component which is at least partially manufactured according to the method according to the invention.
  • Such sintered components according to the invention have strength values and hardnesses which are significantly higher than those which were produced using conventional methods.
  • the sintered components according to the invention preferably have a tensile strength of at least
  • the sintered components according to the invention advantageously have a modulus of elasticity of at least 70 kN / mm 2 , measured in accordance with DIN EN 10002-1, which is more preferably greater than 80 kN / mm 2 .
  • the sintered components according to the invention have a hardness (HB 2.5 / 62.5 kg) of at least 100, measured in accordance with DIN EN 24498-1. The hardness is more preferably greater than 110, more preferably greater than 125.
  • the sintered component is designed as a toothed wheel, pump wheel, in particular 01 pump wheel, and / or connecting rod and / or rotor set.
  • Sintered components in the sense of the present invention are understood to mean components which have been produced entirely from a sinterable material; on the other hand, this also includes composite parts, wherein the base body of such a composite part can be made, for example, of an aluminum-containing powder mixture and the base body connected body made of a further material, for example iron or cast steel, sintered or solid, or made of solid cast aluminum.
  • the composite part can also have, for example, only a sintered layer made of an aluminum-containing powder mixture on the end faces or its surface, whereas the base body is made of, for example, steel or cast iron, sintered or solid.
  • the sintered components can be calibrated and / or hardened in the heat.
  • the present invention relates to a method for producing sintered components, including composite parts, from a powder mixture according to the invention, wherein
  • the powder mixture is entered into a first form
  • the powder mixture is pressed into a green body
  • the green compact is at least partially post-compacted; and - In a fourth step, the green compact is compacted.
  • the process according to the invention has the great advantage that, due to the high density achieved in the third step before the actual sintering, components can be produced which on the one hand have excellent strength values and on the other hand also have extremely high densities and hardnesses.
  • the post-compaction which followed the sintering step such as calibration and / or curing by aging in the heat, can be considerably shortened by the post-compression carried out according to the method according to the invention, or the customary post-firing or the calibration can optionally be omitted. This shortening of the overall process leads to an increase in productivity and thus an economic advantage.
  • the subsequent densification in the third step of the method according to the invention advantageously has the effect that the oxide layers present on the surface of the material used are mechanically broken up, as a result of which better cold welding during the pressing process between the individual material particles is achieved. Furthermore, this also improves the diffusion during the actual sintering process of the individual material particles. In this way, components with increased strength values and in particular higher hardness can be obtained.
  • the pressing process carried out in the second and third step of the process according to the invention can take place both at elevated temperature, in particular with the addition of the abovementioned agents, in particular polyethylene glycols (hot pressing), but also at room temperature (cold pressing), and also by means of vibration compression.
  • Vibration compaction is understood here to mean a method in which, during the pressing process, an oscillation at least temporarily overlaps the pressing process, the vibration, for example, over at least one NEN ram can be initiated.
  • Sinterable materials are in particular powders or powder mixtures, in particular metal powder and / or ceramic powder, for example made of steels such as chromium-nickel steel, bronzes, nickel-based alloys such as Hastalloy, Inconel, metal oxides, nitrides, suicides or the like, and in particular aluminum-containing powders or powder mixtures, where the powder mixtures can also contain high-melting components, such as platinum or the like.
  • the powder used and its particle size depend on the respective application.
  • Preferred iron-containing powders are the alloys 316 L, 304 L, Inconel 600, Inconel 625, Monel and Hastalloy B, X and C.
  • the sinterable material can be wholly or partly made of short fibers or fibers, preferably fibers with diameters between about 0.1 and 250 ⁇ m and a length of a few ⁇ m up to millimeter size, up to 50 mm such as metal fiber fleece.
  • the sinterable material is applied to the base body in the first step of the method according to the invention, for example, using conventional methods
  • WPS dry powder spraying
  • Particularly preferred solvents are selected from a group comprising water, methanol, ethanol, isopropanol, terpenes, C 2 -C 5 -alkenes, toluene, trichlorethylene, diethyl ether and / or Ci-Cg aldehydes and / or ketones. Solvents which can be evaporated at temperatures below 100 ° C. are preferred. The amount of solvent used is in the range of about 40 to 70% by weight, based on the sinterable powder mixture used, preferably in a range from about 50 to 65% by weight.
  • the post-compaction which takes place in the third step can be carried out by methods which are customary and known for pressing a green compact.
  • the green compact pressed in the second step can be reinserted into a customary die form and at least partially compressed in it by means of corresponding press punches.
  • the post-compression tools can preferably be designed to be wholly or partially conical, so that particularly high densities can be achieved at certain predetermined locations of the green compact.
  • the green body is dewaxed in a further step before the third step.
  • the dewaxing is preferably carried out under nitrogen, hydrogen, air and / or mixtures of the gases mentioned, in particular also with more targeted ones
  • Dewaxing can also be carried out with endogas and / or exogas, but also in a vacuum. Dewaxing can preferably be carried out by superimposed microwaves and / or ultrasound, or only by microwaves for temperature control. Finally, the dewaxing can also be carried out using solvents such as alcohol or the like or supercritical carbon dioxide with or without the action of temperature, microwaves or ultrasound or a combination of the aforementioned methods.
  • a density is achieved which is about 2 to about 40% above that before the post-compression, preferably 5 to 30%, more preferably 15 to 25%.
  • green compacts with an initial density are preferably range from 2.1 to 2.5 g / cm 3 , preferably 2.2 to 2.4 g / cm 3 , more preferably 2.25 to 2.38 g / cm 3 , measured according to DIN ISO 2738, pressed.
  • a mold, into which the possibly dewaxed green body is introduced is advantageously sprayed with a lubricant before the green body is introduced.
  • the dewaxed green body can also be soaked in lubricant.
  • the sintering process is carried out in the fourth step under nitrogen with a dew point less than -40 ° C., preferably less than -50 ° C.
  • the sintering is preferably carried out under pure nitrogen.
  • the sintering can also be carried out under air, hydrogen, mixtures of nitrogen and hydrogen with or without a targeted air supply, endogas, exogas or in a vacuum, the sintering being carried out by superimposed microwaves or via microwaves Temperature control can take place.
  • An optionally necessary heat treatment in particular a homogenization annealing, can preferably be connected directly to the sintering step.
  • the heat treatment can be carried out depending on the chemical composition of the component obtained.
  • the sintered component can also be quenched, starting from the sintering or homogenizing annealing temperature, preferably in water or by means of gas-shredded cooling.
  • a calibration can also be carried out before or after the homogenization annealing.
  • the calibration is carried out at room temperature or elevated temperature up to the forging temperature, even below Application of pressures up to 900 N / mm 2 . If necessary, the calibration can even be carried out above the solidus line, in which case the component can also be removed directly from the sintering heat.
  • the calibration and / or forging tools used for calibration can be wholly or partially conical, as a result of which particularly high densities can be achieved in certain areas of the components.
  • the temperature of the calibration and / or forging tools can differ depending on the component to be machined and, if necessary, can be kept in the isothermal range. Surface compression or the introduction of residual compressive stresses into the surface is also possible before or after heat treatment or calibration.
  • coatings can be applied to the sintered component.
  • methods with which the components are hard-coated and / or anodized such as thermal spraying methods such as plasma spraying, flame spraying or physical and / or chemical methods such as PVD, CVD or the like.
  • coatings can also be produced in a purely chemical way, for example by means of sliding lacquers, which may contain Teflon, or nanocomposite materials.
  • a coating can be used to modify the surface of the components in terms of hardness, roughness and the coefficient of friction, precisely tailored to the application.
  • Al base powder of the composition Al4CulMg0.5Si (corresponds to the designation AC2014 of a conventional aluminum alloy, the base powder being 4% by weight Cu, 1% by weight Mg, 0.5% by weight Si and 94.5% by weight AI, based on the Total amount of pulse ver) from ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Velden, Germany, with the company name ECKA Alumix 123 (92.5% by weight of AI), with 1.5% by weight of an amide wax as a binder from Hoechst with the Micro wax C was mixed with molybdenum or tungsten powder according to Table 1 below. The mixing was carried out in a tumble mixer by adding the molybdenum or tungsten powder to the aluminum base powder provided at room temperature over 5 minutes.
  • the Al base powder had a particle size distribution between 45 and 200 ⁇ m, the mean particle diameter D 50 being 75 to 95 ⁇ m.
  • the blended molybdenum or tungsten powder was obtained from HC Starck GmbH & Co. KG, Goslar, Germany, and had an average particle diameter D 50 of 25 ⁇ m with a particle size distribution in a range from about 5 to 50 ⁇ m on.
  • the powder mixture was then placed in a die mold and pressed under a pressure of about 175 N / mm 2 (calculated for a wheel face of 20 cm 2 ) for about 0.2-0.5 sec at room temperature to form a green compact in the form of a pump wheel.
  • the density of the green compacts was approximately 2.35 to 2.38 g / cm 3 .
  • the green body thus produced was then dewaxed for about 30 minutes at about 430 ° C. and then at a sintering temperature of 610 ° C. under a pure nitrogen atmosphere with a dew point of ⁇ 50 ° C. in a belt furnace, which had a speed of 3.4 m / h was set, sintered for 30 min.
  • the green compacts were on Al 2 0 3 plates. Homogenization annealing was then carried out for 1.5 h at a temperature of 515 ° C. The sintered pump wheel was then shock-cooled by quenching with water at a temperature of about 40 ° C. for 10 seconds.
  • the tests mentioned under number 1 were repeated, but with the addition of a copper powder, which is sold by Eckart Granules under the Ecka Kupfer CH-S brand.
  • the admixture was carried out in such a way that the molybdenum or tungsten powder was first mixed with the copper powder in a tumble mixer at room temperature for 5 minutes and this was then mixed in with the tumbler mixer to the Al base powder over 5 minutes.
  • the copper powder had an average particle diameter D 50 of 25 ⁇ m and a particle size distribution in a range from about 5 to about 50 ⁇ m.
  • the copper powder was produced electrolytically, the individual particles were dendritic
  • the green compact was dewaxed under a nitrogen atmosphere for 30 min at about 430 ° C and then in a matrix form identical to the first mold, which was coated with the lubricant GLEITMO 300, Fuchs Lubritech GmbH, Weilerbach, Germany was sprayed, at a pressure of 760 N / mm 2 for about 0.2-0.5 sec at room temperature in such a way that the density of the post-compacted green body at about 2.8-2.9 g / cm 3 and thus around about 19-23% above that of the non-re-compressed impeller green body and thus about 95% of the theoretical density.
  • the green compacts produced were then sintered as described above, calibrated to a theoretical density of 97-98% at a pressure of 810 N / mm 2 , but at room temperature, and cured.
  • the mixing ratio between see molybdenum or tungsten powder to the copper powder was 5: 1 parts by weight. Table 2 shows the mixing ratios and the physical values determined.
  • the physical properties are positively influenced by post-compression.
  • a further increase in the hardness of the pump wheels produced can be achieved.
  • the present invention makes it possible to produce sintered components, in particular based on an Al powder, which not only have excellent strength values, but in particular have a high hardness.
  • components of this type can advantageously be subjected to high stress Places, especially in the engine or transmission.
  • components sintered can be produced more cheaply and quickly.

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Abstract

Zur Lösung der Aufgabe, eine sinterfähige Pulvermischung zur Herstellung gesinterter Bauteile, insbesondere für den Automobibau, zur Verfügung zu stellen, mittels welcher Bauteile nicht nur mit ausreichenden Festigkeitswerten, sondern insbesondere auch hoher härte herstellbar sind, wird eine Pulvermischung vorgeschlagen, welche 60 bis 98,5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eines Al-Basispulvers aus Metallen und/oder deren Legierungen, umfassend Al, 0,2 bis 30 Gew% Mg, 0,2 bis 40 Gew% Si, 0,2 bis 15 Gew% Cu, 0,2 bis 15 Gew% Zn, 0,2 bis 15 Gew% Ti, 0,2 bis 10 Gew% Sn, 0,2 bis 5 Gew% Mn, 0,2 bis 10 Gew% Ni und/oder weniger als 1 Gew% an As, Sb, Co, Be, Pb und/oder B, wobei die Gewichtsprozentanteile jeweils bezogen sind auf die Gesamtmenge an Al-Basispulver, und 0,8 bis 40 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eines Metallupulvers, ausgewählt aus einer ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen, bestehend aus Mo, W, Cr, V, Zr und/oder Y.

Description

SINTERFAHIGE METALLPULVERMISCHUNG ZUR HERSTELLUNG GESINTERTER BAUTEILE
Die Erfindung betrifft eine sinterfähige Pulvermischung zur Herstellung gesinterter Bauteile, insbesondere für den Automobilbau, auf Basis eines AI-Pulvers, sowie hieraus hergestellte gesinterte Bauteile sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Bauteile.
Aluminium ist aufgrund seiner speziellen Eigenschaften ein bevorzugter Werkstoff insbesondere in der Raumfahrtindustrie und Automobilindustrie. Aus Aluminium bzw. Aluminium enthaltenden Werkstoffen hergestellte Bauteile sind im Vergleich mit üblichen, beispielsweise aus Gußeisen hergestellten Bau- teilen, erheblich leichter. Durch die Verringerung des Gewichts sind beispielsweise bei Automobilen eine Steigerung des Wirkungsgrads sowie eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verbesserung der Abgaswerte zu erreichen.
Im Zuge der wünschenswerten Gewichtsreduzierung von Automobilen besteht ein steigender Bedarf an Anwendungen für Aluminium im Automobilbereich. Denn beispielsweise im Motor- und Getriebebau werden die bisherigen Stahl- oder Gußteile Stück für Stück ersetzt durch solche aus Aluminium bzw. unter Ver- wendung von Aluminium hergestellten. Da bei einer Kombination von Stahl- bzw. Gußteilen mit solchen aus Aluminium Probleme aufgrund des unterschiedlichen physikalischen Verhaltens der Werkstoffe auftreten, ist es wünschenswert, möglichst viele "klassische" Bauteile aus Stahl oder Guß durch solche unter Verwendung von Aluminium hergestellte zu ersetzen. Denn hierdurch werden Probleme aufgrund von Unterschieden der eingesetzten Materialien hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der thermischen Leitfähigkeit, der elastischen Eigenschaften etc. vermieden. Durch die Verwendung von auf- einander abgestimmten Bauteilen, welche unter Verwendung von Aluminium hergestellt sind, werden insbesondere auch höhere Wirkungsgrade erzielt. Da insbesondere viele Motor-, Kupplungs- und Getriebebauteile pulvermetallurgisch hergestellt werden, besteht ein großes Interesse daran, Pulvermischungen herzustellen und Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchen Aluminiumbauteile pulvermetallurgisch hergestellt werden können. Nachteilig an der pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen unter Verwendung von Aluminium ist insbesondere, daß Aluminium und seine Legierungen dazu neigen, sich bei Luftkontakt mit einem äußerst stabilen Metalloxid zu belegen. Hierdurch wird insbe- sondere die spezifische Oberfläche erhöht. Durch die sich auf dem eingesetzten aluminiumhaltigen Material befindlichen Oxidhäute wird die für das Sintern notwendige Diffusion der Partikel des verwendeten Pulvermaterials behindert. Weiterhin weisen aus aluminiumhaltigen Materialien hergestellte Bauteile im Vergleich zu solchen aus Stahl oder Guß hergestellten verminderte Festigkeitswerte, insbesondere eine geringe Härte, auf. Zudem behindern die sich auf dem aluminiumhaltigen Ausgangsmaterial befindlichen Oxidhäute im üblichen Preßvorgang die Kaltverschweißung der Partikel untereinander.
Es besteht daher ein Bedarf an sinterfähigen Pulvermischungen, welche pulvermetallurgisch gut verarbeitbar sind, und aus welchen Bauteile mit guten Festigkeitswerten und hoher Härte pulvermetallurgisch herstellbar sind. Des weiteren be- steht ein Bedarf an pulvermetallurgischen Verfahren zur Verarbeitung derartiger aluminiumhaltiger sinterfähiger Pulvermischungen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pulver- mischung und hieraus hergestellte Bauteile sowie entsprechende Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile nicht aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine sinter- fähige Pulvermischung zur Herstellung gesinterter Bauteile, insbesondere für den Automobilbau, umfassend 60 bis 98,5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, bevorzugt 75 bis 92 Gew%, eines Al-Basispulvers aus Metallen und/oder deren Legierungen, umfassend AI, 0,2 bis 30 Gew% Mg, 0,2 bis 40 Gew% Si, 0,2 bis 15 Gew% Cu, 0,2 bis 15 Gew% Zn, 0,2 bis 15 Gew% Ti, 0,2 bis 10 Gew% Sn, 0,2 bis 5 Gew% Mn, 0,2 bis 10 Gew% Ni und/oder weniger als 1 Gew% an As, Sb, Co, Be, Pb und/oder B, wobei die Gewichtsprozentanteile jeweils bezogen sind auf die Gesamtmenge an Al-Basispulver, und 0,8 bis 40 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, bevorzugt 8 bis 15 Gew%, eines Metallpulvers, ausgewählt aus einer ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen bestehend aus Mo, W, Cr, V, Zr und/oder Y.
Durch die Zugabe der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen bestehend aus Mo, W, Cr, V, Zr und/oder Y können mit dieser Pulvermischung pulvermetallurgisch Bauteile hergestellt werden, welche eine sehr hohe Härte aufweisen. Die Werte für die Härte für Bauteile, hergestellt mit einem Pulver, ausgewählt aus der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen, sind im Vergleich zu solchen ohne Zugabe dieser ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Le- gierungen um 5 bis 35 %, bevorzugt 10 bis 25 %, erhöht. Durch den Zusatz der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen zu einem Al-Basispulver wird insbesondere die durch den Preßvorgang, insbesondere die Nachverdichtung, hervorgerufene Kaltverschweißung der Partikel untereinander verbessert. Hierdurch wird letztendlich auch die Diffusion der einzelnen Partikel während des einzelnen Sintervorgangs verbessert, wodurch Bauteile mit höheren Festigkeitswerten und höherer Härte erhalten werden.
Vorteilhafterweise umfaßt die sinterfähige Pulvermischung weiterhin eine zweite Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen, bestehend aus Cu, Sn, Zn, Li und/oder Mg. Die Zugabe der vorgenannten zweiten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen bewirkt vermutlich, daß insbesondere noch während des Preßvorgangs, insbesondere während der Nachverdichtung, mit dem Al-Basispulver eine Legierung und/oder intermetallische Phase gebildet wird. Hierdurch wird die Ausbildung von Oxidhäuten auf der Oberfläche des eingesetzten Al-Basispulvers behindert. Zusätzlich geht zumindest teilweise beim eigentlichen Sintervorgang die zweite Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen in einen zumindest teilweise flüssigen Zustand bei der Sintertemperatur über, wodurch die Anbindung insbesondere der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen an das Aluminium-Basispulver verbessert wird.
Bevorzugt liegt das Verhältnis der Menge der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen zu derjenigen der zweiten Gruppe in der Pulvermischung in einem Bereich von 1 : 8 bis 15:1 Gewichtsanteilen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis in einem Bereich von 2:1 bis 6:1 Gewichtsanteilen. Bei derartigen Mischungsverhältnissen wird eine maximale Anbindung der Metalle und/oder Legierungen der ersten Gruppe an das Al- Basispulver erzielt. Hierdurch können mit der Pulvermischung Bauteile mit hoher Härte erhalten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Al-Basispulver neben AI 0,2 — 15 Gew% Mg, 0,2 bis 16 Gew% Si, 0,2 bis 10 Gew% Cu und/oder 0,2 bis 15 Gew% Zn, bezogen jeweils auf die Gesamtmenge des Al-Basispulvers, auf. Weiterhin weist bevorzugt die zweite Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen Cu, Zn und/oder Sn auf.
Vorzugsweise umfaßt die sinterfähige Pulvermischung Schmiermittel in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung. Als Schmiermittel können hierbei einerseits selbstschmierende Mittel vorgesehen sein wie beispielsweise MoS2, WS2, BN, MnS sowie Graphit und/oder andere Kohlenstoffmodifikationen wie Koks, polarisierter Graphit o.a. Vorzugsweise werden 1 bis 3 Gew% Schmiermittel der sinterfähigen Pulvermischung zugegeben. Durch Einsatz der vorgenannten Schmiermittel können den aus der sinterfähigen Pulvermischung hergestellten Bauteilen selbstschmierende Eigenschaften vermittelt werden. Die sinterfähige Pulvermischung kann weiterhin Bindemittel und/oder Gleitmittel umfassen. Diese sind bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Polyvinylacetate, Wachse, insbesondere Amidwachse wie Ethylenbisstearoylamid, Schel- lack, Polyalkylenoxide und/oder Polyglykole. Polyalkylenoxide und/oder —glykole werden vorzugsweise als Polymere und/oder Copolymere mit mittleren Molekulargewichten in einem Bereich von 100 bis 500.000 g/mol, bevorzugt 1.000 bis 3.500 g/mol, weiter bevorzugt 3.000 bis 6.500 g/mol, verwendet. Die Mittel werden bevorzugt in einer Menge in einem Bereich von etwa 0,01 bis 12 Gew%, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 5 Gew%, noch mehr bevorzugt 0,6 bis 1,8 Gew%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eingesetzt. Die Binde- und/oder Gleitmittel erleichtern auch das Entnehmen der aus der sinterfähigen Pulvermischung hergestellten Bauteile aus der Preßform.
Die Pulvermischung kann durch Mischen der einzelnen Bestandteile mit üblichen Apparaturen wie Taumelmischern sowohl in der Wärme (Warmmischen) als auch bei Raumtemperatur (Kaltmischen) hergestellt werden, wobei das Warmmischen bevorzugt ist.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein gesintertes Bauteil, welches zumindest teilweise hergestellt ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Derartige erfindungsgemäße gesinterte Bauteile weisen Festigkeitswerte und Härten auf, welche deutlich über solchen liegen, welche mit üblichen Verfahren hergestellt wurden. Bevorzugt weisen die erfindungsge- mäßen gesinterten Bauteile eine Zugfestigkeit von mindestens
140 N/mm2, gemessen gemäß DIN EN 10002-1, auf. Weiter bevorzugt beträgt die Zugfestigkeit mehr als 200 N/mm2, noch weiter bevorzugt mehr als 300 N/mm2. Vorteilhafterweise weisen die erfindungsgemäßen gesinterten Bauteile ein Elastizitäts- modul von mindestens 70 kN/mm2, gemessen gemäß DIN EN 10002- 1, auf, welches weiter bevorzugt größer 80 kN/mm2 ist. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen gesinterten Bauteile eine Härte (HB 2,5/62,5 kg) von mindestens 100, gemessen gemäß DIN EN 24498-1, auf. Die Härte ist weiter bevorzugt größer als 110, noch weiter bevor- zugt größer als 125.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das gesinterte Bauteil ausgebildet als Zahnrad, Pumpenrad, insbesondere 01- pumpenrad, und/oder Pleuel und/oder Rotorsatz.
Unter gesinterten Bauteilen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Bauteile verstanden, welche vollständig aus einem sinterfähigen Material hergestellt wurden, andererseits werden hierunter auch Verbundteile verstanden, wobei der Grund- körper eines derartigen Verbundteils beispielsweise aus einer aluminiumhaltigen Pulvermischung hergestellt sein kann und der mit dem Grundkörper weiter verbundene Körper aus einem weiteren Material, beispielsweise Eisen oder Gußstahl, gesintert oder massiv, oder aus massivem Aluguß. Umgekehrt kann das Verbundteil auch beispielsweise lediglich auf den Stirnseiten oder seiner Oberfläche eine gesinterte Schicht aus einer aluminiumhaltigen Pulvermischung aufweisen, wohingegen der Grundkörper aus beispielsweise Stahl oder Gußeisen, gesintert oder massiv, ist. Die gesinterten Bauteile können da- bei kalibriert und/oder ausgehärtet in der Wärme sein.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Bauteilen, auch Verbundteilen, aus einer erfindungsgemäßen Pulvermischung, wobei
- in einem ersten Schritt die Pulvermischung in eine erste Form eingegeben wird;
- in einem zweiten Schritt die Pulvermischung zu einem Grün- ling gepreßt wird;
- in einem dritten Schritt der Grünling zumindest teilweise nachverdichtet wird; und - in einem vierten Schritt der nachverdichtete Grünling gesintert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den großen Vorteil auf, daß durch die bereits im dritten Schritt erzielte hohe Dichte vor dem eigentlichen Sintern Bauteile herstellbar sind, welche einerseits hervorragende Festigkeitswerte, andererseits auch ausgesprochen hohe Dichten und Härten aufweisen. Insbe- sondere können durch die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgte Nachverdichtung die sich an den Sinterschritt anschließenden üblichen Nachbearbeitungsschritte wie das Kalibrieren und/oder die Aushärtung durch Auslagerung in der Wärme erheblich verkürzt werden, oder aber gegebenenfalls die übliche Nachbrennung oder aber die Kalibrierung weggelassen werden. Durch diese Verkürzung des Gesamtprozesses wird eine Produktivitätserhöhung und damit ein wirtschaftlicher Vorteil erreicht.
Durch das Nachverdichten im dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhafterweise erreicht, daß die sich auf der Oberfläche des eingesetzten Materials vorhandenen Oxidschichten mechanisch aufgebrochen werden, wodurch eine bessere Kaltverschweißung beim Preßvorgang zwischen den einzelnen Materialpartikeln erreicht wird. Des weiteren wird hierdurch auch die Diffusion während des eigentlichen Sinterprozesses der einzelnen Materialpartikel verbessert. Hierdurch können Bauteile mit erhöhten Festigkeitswerten und insbesondere höherer Härte erhalten werden. Der im zweiten und dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgte Preßvorgang kann sowohl bei erhöhter Temperatur, insbesondere unter Zugabe der oben genannten Mittel, insbesondere Polyethylenglykole (Warmpressen), jedoch auch bei Raumtemperatur (Kaltpressen), als auch über Vibrations- verdichten erfolgen. Unter Vibrationsverdichten wird hier ein Verfahren verstanden, bei welchem während des Preßvorgangs zumindest zeitweise eine Schwingung den Preßvorgang überlagert, wobei die Schwingung beispielsweise über wenigstens ei- nen Preßstempel eingeleitet werden kann. Auch eine Kombination der vorgenannten Preßverfahren ist möglich. Sinterfähige Materialien sind insbesondere Pulver bzw. Pulvermischungen, insbesondere Metallpulver und/oder Keramikpulver, beispiels- weise aus Stählen wie Chrom-Nickel-Stahl, Bronzen, Nickelbasislegierungen wie Hastalloy, Inconel, Metall-Oxiden, -Nitriden, -Suiziden oder dergleichen, und insbesondere alu- miniumhaltige Pulver bzw. Pulvermischungen, wobei die Pulvermischungen auch hochschmelzende Bestandteile enthalten können wie beispielsweise Platin oder dergleichen. Das verwendete Pulver und seine Teilchengröße ist vom jeweiligen Einsatzzweck abhängig. Bevorzugte eisenhaltige Pulver sind die Legierungen 316 L, 304 L, Inconel 600, Inconel 625, Monel und Hastalloy B, X und C. Weiterhin kann das sinterfähige Materi- al ganz oder teilweise aus Kurzfasern bzw. Fasern sein, vorzugsweise Fasern mit Durchmessern zwischen etwa 0,1 und 250 μm und einer Länge von wenigen μm bis zu Millimetergröße, bis hin zu 50 mm wie z.B. Metallfaservlies.
Ist es gewünscht, Verbundteile herzustellen, welche beispielsweise auf der Stirnseite eines aus Stahl oder Gußeisen bestehenden Körpers eine gesinterte Schicht aus dem sinterfähigen Material aufweisen sollen, so wird im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das sinterfähige Material beispielsweise über übliche Methoden auf den Grundkörper aufgebracht, es kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise das Material in Pulverform aufzusprühen (Wet Powder Spraying: WPS). Hierzu ist es notwendig, eine Suspension des sinterfähigen Materials herzustellen. Die hierfür notwendige Suspen- sion umfaßt vorzugsweise Lösemittel, Bindemittel, Stabilisatoren und/oder Dispergiermittel. Besonders bevorzugte Lösemittel sind ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropanol, Terpene, C2-C5-Alkene, Toluol, Trichlorethylen, Diethylether und/oder Ci-Cg-Aldehyde und/oder Ketone. Bevorzugt sind hierbei Lösemittel, die bei Temperaturen unter 100 °C verdampfbar sind. Die Menge der verwendeten Lösemittel liegt in einem Bereich von etwa 40 bis 70 Gew%, bezogen auf die eingesetzte sinterfähige Pulvermischung, bevorzugt in einem Bereich von etwa 50 bis 65 Gew%.
Die im dritten Schritt erfolgende Nachverdichtung (welche auch Zwischenverdichtung genannt werden kann) kann durch für die Pressung eines Grünlings übliche und bekannte Verfahren vorgenommen werden. So kann beispielsweise der im zweiten Schritt gepreßte Grünling erneut in eine übliche Matrizenform eingebracht und in dieser zumindest teilweise durch entspre- chende Preßstempel nachverdichtet werden. Vorzugsweise können die Nachverdichtwerkzeuge ganz oder teilweise konisch ausgelegt werden, so daß an bestimmten vorherbestimmten Stellen des Grünlings besonders hohe Verdichtungen erreicht werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem dritten Schritt in einem weiteren Schritt der Grünling entwachst. Das Entwachsen erfolgt vorzugsweise unter Stickstoff, Wasserstoff, Luft und/oder Mi- schungen der genannten Gase, insbesondere auch mit gezielter
Luftzuführung. Weiterhin kann die Entwachsung mit Endogas und/oder Exogas vorgenommen werden, jedoch auch im Vakuum. Die Entwachsung kann bevorzugt durch überlagerte Mikrowellen und/oder Ultraschall, oder aber nur über Mikrowellen zur Te - peraturführung erfolgen. Schließlich kann das Entwachsen auch über Lösemittel wie Alkohol o. ä. oder überkritischem Kohlendioxid mit oder ohne Einwirkung von Temperatur, Mikrowellen oder Ultraschall oder Kombination der vorgenannten Verfahren vorgenommen werden. Vorteilhafterweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der im dritten Schritt vorgenommenen Nachverdichtung eine Dichte erzielt, welche etwa 2 bis etwa 40% über derjenigen vor dem Nachverdichten liegt, bevorzugt 5 bis 30%, weiter bevorzugt 15 bis 25%.
Vorzugsweise werden im zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens Grünlinge mit einer Ausgangsdichte in einem Be- reich von 2,1 bis 2,5 g/cm3, bevorzugt 2,2 bis 2,4 g/cm3, weiter bevorzugt 2,25 bis 2,38 g/cm3, gemessen gemäß DIN ISO 2738, gepreßt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhafterweise eine Form, in welche der gegebenenfalls entwachste Grünling eingebracht wird, vor Einbringung des Grünlings mit einem Gleitmittel besprüht. Es kann auch der entwachste Grünling in Gleitmittel getränkt werden. Weiterhin ist besonders vorteilhaft, daß der Sinterprozeß im vierten Schritt unter Stickstoff mit einem Taupunkt kleiner —40 °C, bevorzugt kleiner —50 °C, durchgeführt wird. Hierbei erfolgt das Sintern vorzugsweise unter reinem Stickstoff. Weiterhin kann das Sintern bei entsprechender Dichte und/oder Zusammensetzung des Grünlings auch unter Luft, Wasserstoff, Mischungen aus Stickstoff und Wasserstoff mit oder ohne gezielte Luftzuführung, Endogas, Exogas oder im Vakuum durchgeführt werden, wobei das Sintern durch überlagerte Mikrowellen oder aber über Mikrowellen zur Temperaturführung erfolgen kann.
An den Sinterschritt kann vorzugsweise unmittelbar eine gegebenenfalls notwendige Wärmebehandlung, insbesondere ein Homogenisierungsglühen, angeschlossen werden. Dabei kann die Wär- mebehandlung in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung des erhaltenen Bauteils durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Wärmebehandlung kann das gesinterte Bauteil auch ausgehend von der Sinter- bzw. Homogenisierungsglühtemperatur vorzugsweise in Wasser oder aber über eine Gas- schroffkühlung abgeschreckt werden.
Vor oder nach dem Sintern ist eine zusätzliche Oberflächenverdichtung, allgemeiner: ein Einbringen von Druckeigenspannungen in Oberflächenbereiche, durch Sand- oder Kugelstrah- len, Rollieren o. ä. möglich. Ebenso kann vor oder nach dem Homogenisierungsglühen eine Kalibrierung vorgenommen werden. Hierbei erfolgt die Kalibrierung bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur bis hin zur Schmiedetemperatur, auch unter Anwendung von Drücken bis 900 N/mm2. Gegebenenfalls kann das Kalibrieren sogar oberhalb der Soliduslinie vorgenommen werden, wobei dann das Bauteil auch direkt der Sinterhitze entnommen werden kann.
Die zur Kalibrierung verwendeten Kalibrier- und/oder Schmiedewerkzeuge können ganz oder teilweise konisch ausgebildet sein, wodurch an bestimmten Bereichen der Bauteile besonders hohe Verdichtungen erreicht werden können. Die Temperatur der Kalibrier- und/oder Schmiedewerkzeuge kann hierbei in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Bauteils differieren und gegebenenfalls im isothermen Bereich gehalten werden. Eine Oberflächenverdichtung bzw. Einbringung von Druckeigenspannungen in die Oberfläche ist auch vor oder nach einer Wärmebehand- lung bzw. dem Kalibrieren möglich.
Schließlich können abschließend noch Beschichtungen auf das gesinterte Bauteil aufgebracht werden. Bevorzugt sind hierbei Verfahren, mit welchen die Bauteile hartcoatiert und/oder eloxiert werden, wie beispielsweise thermische Sprühverfahren wie Plasmaspritzen, Flammspritzen oder aber physikalische und/oder chemische Verfahren wie PVD, CVD o. ä. Jedoch können Beschichtungen auch auf rein chemischem Wege wie beispielsweise durch Gleitlacke, welche Teflon enthalten können, oder Nanocomposite-Materialien aufgebracht werden. Durch eine Beschichtung kann die Oberfläche der Bauteile hinsichtlich der Härte, Rauhigkeit und des Reibkoeffizienten genau auf den Einsatzzweck abgestimmt modifiziert werden.
Dieser und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1:
Ein Al-Basispulver der Zusammensetzung Al4CulMg0,5Si (entspricht der Bezeichnung AC2014 einer konventionellen Aluminium-Legierung, wobei das Basispulver 4 Gew% Cu, 1 Gew% Mg, 0,5 Gew% Si und 94,5 Gew% AI, bezogen auf die Gesamtmenge an Pul- ver, aufweist) der Firma ECKA Granulate GmbH & Co. KG, Vel- den, Deutschland, mit der Firmenbezeichnung ECKA Alumix 123 (92,5 Gew% AI), mit 1,5 Gew% eines Amidwachses als Bindemittel der Firma Hoechst mit der Bezeichnung Mikrowachs C wurde mit Molybdän- bzw. Wolfram-Pulver gemäß nachstehender Tabelle 1 gemischt. Die Mischung erfolgte hierbei in einem Taumelmischer durch Zugabe des Molybdän- bzw. Wolfram-Pulvers zu dem vorgelegten Al-Basispulver bei Raumtemperaturen über 5 min.
Das Al-Basispulver wies eine Korngrößenverteilung zwischen 45 und 200 μm auf, wobei der mittlere Partikeldurchmesser D50 75 bis 95 μm betrug. Das zugemischte Molybdän- bzw. Wolfram- Pulver wurde von der Firma H.C. Starck GmbH & Co. KG, Goslar, Deutschland, bezogen und wies einen mittleren Partikeldurch- messer D50 von 25 μm mit einer Korngrößenverteilung in einem Bereich von etwa 5 bis 50 μm auf.
Anschließend wurde die Pulvermischung in eine Matrizenform gegeben und unter einem Druck von etwa 175 N/mm2 (berechnet für eine Radstirnfläche von 20 cm2) über etwa 0,2 — 0,5 sec bei Raumtemperatur zu einem Grünling in Form eines Pumpenrades gepreßt. Die Dichte der Grünlinge betrug etwa 2,35 bis 2,38 g/cm3. Anschließend wurde der so hergestellte Grünling für etwa 30 min bei etwa 430 °C entwachst und dann bei einer Sintertemperatur von 610 °C unter reiner Stickstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von —50 °C in einem Bandofen, welcher auf eine Geschwindigkeit von 3,4 m/h eingestellt war, über 30 min gesintert. Hierbei befanden sich die Grünlinge auf Al203- Platten. Anschließend wurde ein Homogenisierungsglühen durch- geführt über 1,5 h bei einer Temperatur von 515 °C. Anschließend wurde das gesinterte Pumpenrad schockgekühlt durch Abschrecken mit Wasser mit einer Temperatur von etwa 40 °C über 10 sec.
Anschließend wurde eine Kalibrierung auf eine theoretische
Dichte von 97 bis 98% unter Anwendung eines Druckes von etwa 810 N/mm2 bei 200 °C vorgenommen. Nach dem Kalibrieren wurde dann noch eine Aushärtung der gesinterten Pumpenräder in der Wärme bei 160 °C über 16 h durchgeführt. Anschließend wurde die Zugfestigkeit R,., das Elastizitätsmodul sowie die Dehnung gemäß DIN EN 10002-1 an standardisierten Proben bestimmt. Weiterhin wurde die Härte gemäß DIN EN 24498-1 (Brinell-Härte) mit einer gehärteten Stahlkugel als Eindringkörper mit einem Durchmesser von 2,5 und mit einer Last von 62,5 kg ermittelt. Die ermittelten Werte sind in der nachfolgenden Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Figure imgf000014_0001
R., * = Zugfestigkeit A ** = Dehnung
Beispiel 2
Die vorstehend unter Ziffer 1 genannten Versuche wurden wie- derholt, wobei jedoch zusätzlich ein Kupfer-Pulver, welches von der Firma Eckart Granules unter der Marke Ecka Kupfer CH- S vertrieben wird, beigemischt wurde. Die Beimischung erfolgte derart, daß zunächst das Molybdän- bzw. Wolfram-Pulver mit dem Kupfer-Pulver in einem Taumelmischer bei Raumtemperatur 5 min vermischt und dieses anschließend in einem Taumelmischer zu dem Al-Basispulver über 5 min zugemischt wurde. Das Kupfer-Pulver wies einen mittleren Partikeldurchmesser D50 von 25 μm und eine Korngrößenverteilung in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 50 μm auf. Das Kupfer-Pulver wurde elektrolytisch hergestellt, die einzelnen Partikel lagen in dendritischer
Form vor. Es wurden unterschiedliche Mischungen hergestellt, wobei diese wie unter Ziffer 1 beschrieben mit und ohne Nachverdichtung zu Pumpenrädern gesintert wurden. Für die Nachverdichtung wurde nach dem Pressen der Grünling unter einer Stick- stoff-Atmosphäre für 30 min bei etwa 430° C entwachst und anschließend in einer zu der ersten Form identischen Matrizenform, welche mit dem Gleitmittel GLEITMO 300, Fuchs Lubritech GmbH, Weilerbach, Deutschland, besprüht wurde, bei einem Druck von 760 N/mm2 für etwa 0,2 — 0,5 sec bei Raumtemperatur derart nachverdichtet, daß die Dichte des nachverdichteten Grünlings bei etwa 2,8 — 2,9 g/cm3 und damit um etwa 19 — 23 % über derjenigen des nicht nachverdichteten Pumpenrad- Grünlings und somit bei etwa 95 % der theoretischen Dichte lag.
Anschließend wurden die erzeugten Grünlinge wie vorstehend beschrieben gesintert, auf eine theoretische Dichte von 97 — 98% kalibriert bei einem Druck von 810 N/mm2, jedoch bei Raumtemperatur, und ausgehärtet. Das Mischungsverhältnis zwi- sehen Molybdän- bzw. Wolfram-Pulver zu dem Kupfer-Pulver betrug 5:1 Gewichtsanteile. Der Tabelle 2 können die Mischungsverhältnisse sowie die ermittelten physikalischen Werte entnommen werden.
Tabelle 2
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000016_0001
R., * = Zugfestigkeit A ** = Dehnung
Wie der Tabelle 2 entnommen werden kann, werden durch eine Nachverdichtung die physikalischen Eigenschaften positiv beeinflußt. Insbesondere kann eine weitere Steigerung der Härte der hergestellten Pumpenräder erzielt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, gesinterte Bauteile, insbesondere auf Basis eines Al-Pulvers, herzustel- len, welche nicht nur ausgezeichnete Festigkeitswerte, sondern insbesondere eine hohe Härte aufweisen. Hierdurch können derartige Bauteile vorteilhafterweise an stark beanspruchten Stellen, insbesondere im Motor oder aber Getriebe, eingesetzt werden. Zudem können durch den möglichen Wegfall der Kalibrierung und der Aushärtung durch Auslagerung in der Wärme gesinterte Bauteile günstiger und schneller produziert wer- den.

Claims

Patentansprüche
1. Sinterfähige Pulvermischung zur Herstellung gesinterter Bauteile, insbesondere für den Automobilbau, umfassend 60 bis 98,5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eines Al-Basispulvers aus Metallen und/oder deren Legierungen, umfassend AI, 0,2 bis 30 Gew% Mg, 0,2 bis 40 Gew% Si, 0,2 bis 15 Gew% Cu, 0,2 bis 15 Gew% Zn, 0,2 bis 15 Gew% Ti, 0,2 bis 10 Gew% Sn, 0,5 bis 5 Gew% Mn, 0,2 bis 10 Gew% Ni und/oder weniger als 1 Gew% an As, Sb, Co, Be, Pb und/oder B, wobei die Gewichtsprozentanteile jeweils bezogen sind auf die Gesamtmenge an Al-Basispulver, und 0,8 bis 40 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eines Metallpulvers ausgewählt aus einer ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen, bestehend aus Mo, W, Cr, V, Zr und/oder Y.
2. Sinterfähige Pulvermischung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung weiterhin eine zweite Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen, bestehend aus Cu, Sn, Zn, Li und/oder Mg umfaßt.
3. Sinterfähige Pulvermischung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Menge der ersten Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen zu derjenigen der zweiten Gruppe in der Pulvermischung in einem Bereich von 1:8 bis 15:1 Gewichtsanteilen liegt.
4. Sinterfähige Pulvermischung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Al-Basispulver neben AI 0,2 bis 15 Gew% Mg, 0,2 bis 16 Gew% Si, 0,2 bis 10 Gew% Cu und/oder 0,2 bis 15 Gew% Zn, bezogen jeweils auf die Gesamtmenge des Al-Basispulvers, aufweist.
5. Sinterfähige Pulvermischung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gruppe von Metallen und/oder deren Legierungen Cu, Zn und/oder Sn aufweist.
6. Sinterfähige Pulvermischung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schmiermittel in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, umfaßt.
7. Gesintertes Bauteil, welches zumindest teilweise hergestellt ist aus einem sinterfähigen Pulver gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Gesintertes Bauteil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Zugfestigkeit von mindestens 140 N/mm2, gemessen gemäß DIN EN 10002-1, aufweist.
9. Gesintertes Bauteil gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Elastizitätsmodul von mindestens 70 kN/mm2, gemessen gemäß DIN EN 10002-1, aufweist.
10. Gesintertes Bauteil gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Härte (HB 2,5/62,5 kg) von mindestens 100, gemessen gemäß DIN EN 24498-1, aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Bauteilen, auch Verbundteilen, aus einer Pulvermischung gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 6, wobei
- in einem ersten Schritt die Pulvermischung in eine erste Form eingegeben wird;
- in einem zweiten Schritt die Pulvermischung zu einem Grünling gepreßt wird;
- in einem dritten Schritt der Grünling mindestens teil- weise nachverdichtet wird; und
- in einem vierten Schritt der nachverdichtete Grünling gesintert wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem dritten Schritt der Grünling entwachst wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der im dritten Schritt vorgenommenen Nachverdichtung erzielte Dichte des Grünlings etwa 2 bis 40% über derjenigen vor dem Nachverdichten liegt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im dritten Schritt vor Einbringung des Grünlings in eine zweite Form diese mit einem Gleitmittel besprüht wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sinterprozeß im fünften Schritt unter Stickstoff mit einem Taupunkt kleiner -40° C durchgeführt wird.
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