WO2004014586A2 - Production of powders containing compacting auxiliary agents - Google Patents

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WO2004014586A2
WO2004014586A2 PCT/EP2003/008489 EP0308489W WO2004014586A2 WO 2004014586 A2 WO2004014586 A2 WO 2004014586A2 EP 0308489 W EP0308489 W EP 0308489W WO 2004014586 A2 WO2004014586 A2 WO 2004014586A2
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Benno Gries
Bernhard Szesny
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Definitions

  • a uniform press density is particularly critical when the sintered part is to have a defined, locally homogeneous and open porosity, or is sintered in the final contour because no rework is to be carried out, or the pressing, also called green body, is special during further handling or processing is exposed to mechanical loads.
  • the former is important, for example, with sintered metal filter elements, tantalum sintered anodes for capacitors, but also with other sintered parts that are later to be infiltrated. In the latter applications, infiltration takes place, for example with bronze, strontium titanate or copper. Applications are in the area of WCu composites, UV lamp electrodes or plain bearings etc.
  • an organic lubricant the so-called pressing aid
  • the most frequently used are pressing aids from the wax substance class, which can be decomposed without residue during the sintering process.
  • the selection of the right wax is based on physical and chemical criteria. As a rule of thumb, a wax with a low softening range has better lubricating properties and allows lower pressures with the same press density than one with a high softening range. However, the wax has too
  • Press pressure also the mechanical stability of the compact, since it must not be damaged when it is ejected from the mold or during further handling.
  • high press densities also mean high mechanical stability, which can be achieved by high press pressures.
  • the mechanical stability can be quantified by various methods such as chatillon tests or abrasion methods. With these processes, a press is produced under standardized conditions and its mechanical strength or mechanical abrasion is measured. In the latter case, compacts with a standardized weight are produced at standardized pressures and placed in a cylindrical wire basket which rotates about its longitudinal axis. After a predetermined number of revolutions, the weight of the tube basket including its contents weighed, and the percentage of abrasion is determined from the gross weight (so-called "rattler test"). The higher the abrasion resistance, the lower the abrasion at a given number of revolutions.
  • a high green strength is desirable from the point of view of production technology.
  • the press pressure due to the materials available for the press tool and the maximum achievable press force.
  • the pressing force used and thus the achievable density of the compact the so-called pressing density, is therefore limited.
  • An improved green strength can, however, be achieved by carrying out the shaping in such a way that the press density within the compact is as uniform as possible.
  • a non-uniform press density manifests itself, among other things, by high abrasion or low green strength, since poorly compressed areas have low strength.
  • a uniform press density should therefore lead to higher abrasion resistance of the green body with the same press pressure.
  • a high press density for sintered parts to be infiltrated later can prevent the control of the porosity after sintering.
  • the control of the content of infiltration agent in the infiltrated component is done by controlling the necessarily open porosity after sintering, which in turn can only be controlled indirectly via the porosity of the press body and thus the press density.
  • a low pressing density, which is necessary from the point of view of infiltration, can lead to such low green strengths that the compacts can no longer be handled without damage.
  • An object of the present invention is to solve this conflict of objectives between green density and green strength.
  • pressing aids into the starting powder happens industrially in different ways. Mixtures of different starting powders are often used so that powders have to be mixed with other powders before use or the powders are not fine enough and have to be ground. This often happens when wet, with the pressing aid dissolved in the grinding fluid. Spray drying is often carried out after the grinding process. This method is more suitable for ceramic powder. in the
  • Another method is the mixing of powdery pressing aids with the starting powders in a free-fall mixer, the powder being hardly mechanically loaded and therefore the particle size distribution or agglomerate size distribution is not changed significantly.
  • the free-fall mixer is an only partially filled, rotating container.
  • This process can also be carried out in a mixer equipped with circulating tools, e.g. a paddle mixer from Lödige. In this case, mixing of the metal powder with the powdered wax is achieved, but none
  • EP 0781 180 B1 describes a process for mixing metal powders based on iron with powdered polyethers, the mixing being carried out without the addition of solvents.
  • the key point is the use of the special pressing aid, which means that the green strength can be increased compared to the use of conventional pressing aids, for example a commercially available wax.
  • the powdered polyether is added in an amount of up to 10% by weight.
  • EP 0 968 068 B1 also discloses a special pressing aid for producing sinterable molded parts from metal powders.
  • the pressing aid contains polyethylene glycol with a molecular weight of 3000 to 6500 g mol and can, for example, be mixed with the starting powder in a drum mixer.
  • the drum mixer is heated to a temperature which is above the softening temperature of the pressing aid provided for the subsequent pressing process.
  • Powder mixed with the pressing aid in an intensive mixer until it reaches a temperature above the melting point of the pressing aid due to the energy input.
  • a drum mixer with circulating tools can be used, which is heated externally by means of a heating jacket. Very good wetting is achieved by the pressing aid.
  • the powder is mechanically stressed by this high energy input, so that agglomerated powders in particular are deagglomerated.
  • the capillary action of the molten pressing aid and the movement of the mixed material result in partial compaction and granulation of the mixed material. Powders produced in this way have a comparatively high bulk density. It is characteristic of the hot mixing that the powder bed for The melting aid of the pressing aid is in motion.
  • the pressing aid preferably wets a component when the melting point is reached, and granulate particles are formed which contain this powder component. This segregation is promoted by the mechanical movement of the mix.
  • Guaranteed powder with the pressing aid and the powder in terms of grain size distribution, grain shape and agglomeration state are not changed significantly.
  • Flowable products should be produced without organic solvents or water, and no segregation and / or granulation of powder components should be caused when mixing powder mixtures with the pressing aid.
  • the surprisingly simple solution now consists in briefly bringing the mixtures of starting powder and pressing aid produced at temperatures below the melting point of the pressing aid to a temperature above the
  • the invention therefore relates to a process for producing powders mixed with pressing aids, in a first step pulverulent pressing aids being mixed with a starting powder below the melting temperature of the pressing aid, and in a second step the mixture obtained from the first step to a temperature of at least the melting temperature of the pressing aid is heated, the mixture not moving during heating and subsequent cooling.
  • the method according to the invention can be carried out using the simplest of means.
  • the mixing of powdered pressing aid and starting powder is preferably carried out in a free-fall mixer.
  • Known mixers such as drum mixers or a partially filled, rotated container, for example a drum or a double cone mixer, can be used as free-fall mixers, for example.
  • a drum or compulsory mixer equipped with circulating tools can also be used. Regardless of the type of mixer used, it is essential that the melting point of the pressing aid is not reached during the mixing process.
  • the mixture obtained can be heated, for example, in a drying cabinet, a belt dryer or other suitable apparatus. It is essential that the mixture obtained is static during heating and cooling, i.e. is not moved in itself and that the mixing on the one hand and heating and cooling on the other hand are carried out in different units.
  • the process according to the invention is furthermore distinguished by the fact that neither organic solvents nor complex drying apparatuses, such as, for example, spray drying, are necessary.
  • the temperature during the heating corresponds at least to the melting temperature of the pressing aid.
  • the temperature is preferably 5 to 100 ° C. above the melting temperature of the pressing aid, particularly preferably 10 to 50 ° C.
  • heating to 50 to 250 ° C, preferably to 60 to 180 ° C, may be necessary.
  • the heat treatment is preferably carried out over a period of 0.1 to 10 h, particularly preferably from 0.5 to 2.2 h.
  • a characteristic of pressing aids, in particular waxes, is that they have a very low viscosity just above their melting point and can therefore completely wet the starting powder by capillary forces.
  • the powders produced in this way then accumulate in a bonded state, but rub on a sieve again to form smaller agglomerates without being ground, as a result of which good flowability is achieved.
  • Screening machine for example a tumble screening machine.
  • the size of the sieve openings depends essentially on the particle diameter of the powder mixed with pressing aids. For example, screen openings of 300 to 2000 ⁇ m have proven to be suitable.
  • the product in cake form is grated.
  • the powdery pressing aid is preferably used in an amount of 0.2 to 10% by weight, based on the total amount of pressing aid and starting powder, particularly preferably in an amount of 0.3 to 6% by weight, in particular preferably from 0.5 to 4% by weight.
  • any pressing aids can be used as powdered pressing aids, as long as they are available in solid, powdery form.
  • pressing aids from the group of the fatty acids or their metal salts, the fatty acid bisamides, the fatty acid monoamides, the fatty acid esters, the polyethylenes or their oxidic derivatives, and the waxes are mentioned, the use of waxes being preferred.
  • Zinc stearate, paraffin waxes and montan ester waxes are particularly preferably used.
  • micronized pressing aids with a particle diameter of a maximum of 5 to a maximum of 500 microns, ie from -5 to -500 ⁇ m, particularly preferably from a maximum of 10 to a maximum of 100 ⁇ m.
  • micronized pressing aids with a particle diameter of a maximum of 5 to a maximum of 500 microns, ie from -5 to -500 ⁇ m, particularly preferably from a maximum of 10 to a maximum of 100 ⁇ m.
  • These are preferably commercially available powders which have been sprayed from the melt, so that the grain size of the pressing aid corresponds to the droplet size when spraying.
  • pressing aids ground cryogenically in impact mills can also be used.
  • a large number of different starting powders can be used in the process according to the invention.
  • all ceramic or metallic powders or also composite powders, mixtures and alloys can be used.
  • metal powders or a mixture of metal powders or a mixture of metal powders with a carbide or oxide powder are preferably used.
  • Metal powders of tungsten, molybdenum, niobium and tantalum, but also of iron, cobalt, copper and nickel may be mentioned as examples of metal powder.
  • the metal powders can be in pure form. But it is also possible that they are in
  • Alloys are present or contain further additives, such as graphite, oxides or carbides, in particular tungsten carbide.
  • suitable alloy powders are tungsten-nickel alloys and tungsten carbide-cobalt alloys. Also to be mentioned are single and multi-phase alloy powders, alloy powders such as those e.g. can be used for tool steels, bearing and filter materials. It is also possible to use a mixture of alloy powders.
  • an oxidic powder is used as the starting powder
  • Powder a powder of a carbide or a mixture of carbide with metal powders is used.
  • the method according to the invention can be varied in addition to the production of
  • Powders can also be used to produce flowable granules, for example by heating the mixture produced in a free-fall mixer in motion in an aggregate suitable for building up granules.
  • This can be, for example, a continuous rotary tube dryer or a heatable pelletizing plate.
  • static heating of the powder is preferred, ie the powder is preferably not moved in itself during the heating. Cooling below the melting point of the pressing aid is also preferably static.
  • the mixture of powders with powdered pressing aid is very particularly preferably heated as a static, i.e. at rest, powder filling on a tray in a drying cabinet or on the belt of a
  • Belt dryer or in a glow box in an industrial furnace e.g. in a walking beam furnace or push-through furnace.
  • the metal powders mixed with pressing aids produced in the process according to the invention are particularly suitable for producing sinterable metallic
  • the invention therefore furthermore relates to a method for producing sinterable metallic moldings from metal powders mixed with pressing aids, powdered pressing aids containing a metal powder in a
  • the mean grain diameters given in the examples were determined using Fisher Sub Sieve Sizer (FSSS, ASTM B 330), the knock volume and knock density according to ASTM B 527 and the flowability using Hall Flow measurements
  • the powders were processed by uniaxial pressing at a pressing pressure of 6.7 t / cm 2 and placed in a cylindrical wire basket, which rotates about its longitudinal axis. After a predetermined number of revolutions, the weight of the wire basket and its contents were weighed, and the percentage of abrasion was determined from the gross weight (so-called “rattler test”). The higher the abrasion resistance, the lower the abrasion at a given number of revolutions. The abrasion test was carried out a commercially available device from Minerva Kiki Co. Ltd., Japan with the
  • the tungsten powder from Example 1 was mixed with 0.8% by weight of powdered zinc stearate for 2 hours in a stainless steel barrel. The flowability was then determined to be 4.3 s. The knock volume was 10.6 cm 3 / 100g. The press density was 14.52 g / cm 3 , the abrasion test, however, gave 100% abrasion after 150 revolutions. As the density improves, the strength of the compact deteriorates dramatically, making it difficult to handle the compact after it is ejected. In addition, there is poorer flowability of the powder obtained.
  • Example 3 (example according to the invention)
  • the tungsten metal powder from Example 2 mixed with 0.8% by weight of powdered zinc stearate was statically heated for 2 hours at 170 ° C. as a powder bed on a tray in a drying cabinet, and then statically cooled.
  • the cake obtained in this way was lightly ground on the 500 ⁇ m sieve fabric of a tumbler sieve machine (Allgaier type).
  • the tungsten metal powder thus obtained had the following properties:
  • a mixture of 3.8% by weight of nickel metal powder, 1.2% by weight of carbonyl iron powder and 95% by weight of tungsten metal powder (H.C. Starck GmbH, type HC
  • Example 4 Mixtures of the same type were produced with 1.5% by weight of powdered paraffin wax (melting point 57 ° C.) or with 1.5% by weight of a powdery montan ester wax (melting point 80 ° C), the proportions by weight of the other components being reduced proportionately (Examples 5 and 6). Pellets were produced from all powders as described in Example 1. The following table shows the values obtained with these powders:
  • the wax content lowers the flowability and the pressed density of the compact in example 5 increases in spite of the lower specific weight of the wax compared to example 4, since the wax reduces the internal friction and the wall friction during pressing. While the paraffin wax does not contribute to better abrasion resistance, the montan ester wax seems to improve it due to its polar character. When using montan ester wax, only a comparatively low pressing density is achieved, since this wax obviously cannot act as a pressing aid due to its comparatively high melting point, since the temperature increase during pressing does not suffice to reach the melting point of the wax.
  • Waxed mixtures which were obtained according to Examples 5 and 6, were statically heated in a drying cabinet as a powder bed on a tray tray for 1 h to temperatures above the melting point of the wax used (105 ° C.), again cooled statically, and the cake obtained was sieved on a 500 ⁇ m sieve.
  • the powder obtained in Example 7 contained wax wax with a melting point of 57 ° C, the powder obtained in Example 8 Montanesterwachs (melting point 80 ° C). Pellets were produced from the powders obtained as described in Example 1. The following values for the powder and pellet properties were obtained:
  • Example 8 is an example of a powder according to the invention which contains a wax which is optimized with regard to the flowability.
  • Examples 9 and 10 according to the invention)
  • the principle according to the invention is also effective in powder mixtures. With slightly poorer flowability, lower values for the tap density are achieved in comparison with the powder produced according to Example 10, which is an indicator of a rather loose structure of the powder pile. This is from This is an advantage when WCCo mixtures are to be processed into porous sintered agglomerates, such as those used in thermal spraying, or when shaping by pressing a uniform press density and thus a uniform shrinkage is required in order to be able to work close to the final contour and grinding work on the sintered Reduce fitting.
  • WC powder with an average grain diameter in accordance with FSSS of 5 ⁇ m and cobalt metal powder (CoMP IVC, HC Starck GmbH) with an average grain diameter in accordance with FSSS of 0.9 ⁇ m was, according to WO 00/42230 AI, into a 200 kg mixture with the composition 94% by weight. % WC and 6% by weight cobalt intensely mixed.
  • the powder components were mixed intensively in a mixer using both circulating tools and a rotor / stator system, the mixture being heated up considerably by the energy input.
  • Example 12 No significant temperature increase occurred (Example 12, according to the invention).
  • the material to be mixed was then poured onto a metallic drying tray as a powder bed and then heated statically in a drying cabinet at 80 ° C. for 1 hour. After the static cooling, the resulting cake was crushed through a 1 mm sieve and sieved over 315 ⁇ m, leaving no sieve residue.
  • the segregation effect observed in example 11 with the build-up of agglomerates therefore did not occur since the wax infiltration took place in a stationary powder bed.
  • the powder obtained according to the invention was also easy to disperse in liquid, since there was no coarse fraction which tended to sediment out. A dispersion obtainable in this way could be fed, for example, to a spray drying step in order to produce flowable granules without coarser parts being sedimented out during the production of the spray-dried dispersion of WCCo powder in liquid.

Abstract

The invention relates to methods for producing powders, particularly metal powders, that contain compacting auxiliary agents. In a first step, a powdery compacting auxiliary agent is mixed with a starting powder at a temperature lower than the melting point of the compacting auxiliary agent. In a second step, the mixture obtained in the first step is heated to a temperature higher than the melting temperature of the compacting auxiliary agent. According to the invention, the mixture is not subjected to movement during heating and successive cooling. The invention also relates to methods for producing sinterable metallic shaped parts from these powders containing compacting auxiliary agents.

Description

Herstellung Presshilfsmittel-haltiger PulverProduction of powder containing press aids
In der Pulvermetallurgie können die drei nacheinander erforderlichen Fertigungsschritte Herstellen der Ausgangspulver, Herstellen von Presskörpern (Formgebung) und Sintern der Presskörper (Kompaktieren) unterschieden werden, wobei bei modernen Verfahren die letzten beiden Schritte auch gemeinsam erfolgen können. Bei der Formgebung wird das Ausgangspulver in die gewünschte Form gepresst und dabei verdichtet. Obwohl entsprechende Fertigungsschritte bei der Herstellung von Bremsbelägen, sowie Ingenieur- und Gebrauchskeramik zum Teil sehr ähnlich sind, spricht man dort nicht von „pulverkeramischen" Herstellverfahren. Allen Fällen ist jedoch gemein, dass pulverförmige Vorstoffe verwendet werden, um erst Presskörper herzustellen, die dann gesintert werden. Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens beispielsweise gegenüber herkömmlichen Gießverfahren ist, dass man endkonturnahe Sinterteile mit geringem oder gar keinem Aufwand für Nachbearbeitung herstellen kann. Voraussetzung ist die Beherrschung des beimIn powder metallurgy, the three successive manufacturing steps required to manufacture the starting powders, manufacture compacts (shaping) and sinter the compacts (compacting), whereby the last two steps can also be carried out together in modern processes. During the shaping process, the starting powder is pressed into the desired shape and compacted in the process. Although corresponding manufacturing steps in the manufacture of brake pads, as well as engineering and service ceramics are very similar, one does not speak of "powder-ceramic" manufacturing processes. All cases, however, have in common that powdered raw materials are used to first produce compacts, which are then sintered A major advantage of this process compared to conventional casting processes, for example, is that it is possible to produce sintered parts close to the final shape with little or no effort for postprocessing
Sintern auftretenden Schrumpfens. Leider ist die Schrumpfung in der Praxis selten isotrop, da zur Formgebung meistens axial und nicht isostatisch gepresst wird. Das gepresste Teil ist bezüglich seiner Pressdichte nicht ganz homogen, da während des Pressens durch Gleiten der Pulverteilchen aneinander, sowie Gleiten der Pulverteilchen an der Wand des Presswerkzeuges innere Reibung auftritt.Sintering shrinkage. Unfortunately, the shrinkage is rarely isotropic in practice, since the shape is usually pressed axially and not isostatically. The pressed part is not quite homogeneous in terms of its pressing density, since internal friction occurs during the pressing by sliding the powder particles against one another and sliding the powder particles on the wall of the pressing tool.
Besonders kritisch ist eine einheitliche Pressdichte dann, wenn das gesinterte Teil eine definierte, örtlich homogene und offene Porosität aufweisen soll, oder in Endkontur gesintert wird, weil nicht nachbearbeitet werden soll, oder der Pressung, auch Grünkörper genannt, bei der weiteren Handhabung oder Verarbeitung besonderen mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Ersteres ist z.B. wichtig bei Sintermetallfilterelementen, Tantal-Sinteranoden für Kondensatoren, aber auch bei anderen, später zu infiltrierenden Sinterteilen. In letzteren Anwendungen findet eine Infiltration beispielsweise mit Bronze, Strontiumtitanat oder Kupfer statt. Anwen- düngen liegen im Bereich der WCu-Verbundwerkstoffe, UV-Lampenelektroden oder bei Gleitlagern etc.. Um die Reibung beim Pressen nun herabzusetzen und eine möglichst einheitliche Pressdichte im Grünkörper zu erreichen, wird dem zu veφressenden Pulver daher meistens ein organisches Gleitmittel, das sogenannte Presshilfsmittel zugesetzt. Am häufigsten werden dabei Presshilfsmittel aus der Substanzklasse der Wachse verwendet, die beim Sintervorgang rückstandsfrei zersetzt werden können. Die Auswahl des richtigen Wachses richtet sich nach physikalischen und chemischen Kriterien. Als Faustregel gilt: ein Wachs mit niedrigem Erweichungsbereich hat bessere Schmiereigenschaften und erlaubt niedrigere Pressdrücke bei gleicher Press- dichte, als ein solches mit hohem Erweichungsbereich. Jedoch hat das Wachs auchA uniform press density is particularly critical when the sintered part is to have a defined, locally homogeneous and open porosity, or is sintered in the final contour because no rework is to be carried out, or the pressing, also called green body, is special during further handling or processing is exposed to mechanical loads. The former is important, for example, with sintered metal filter elements, tantalum sintered anodes for capacitors, but also with other sintered parts that are later to be infiltrated. In the latter applications, infiltration takes place, for example with bronze, strontium titanate or copper. Applications are in the area of WCu composites, UV lamp electrodes or plain bearings etc. In order to reduce the friction during pressing and to achieve the most uniform possible pressing density in the green body, an organic lubricant, the so-called pressing aid, is therefore usually added to the powder to be pressed. The most frequently used are pressing aids from the wax substance class, which can be decomposed without residue during the sintering process. The selection of the right wax is based on physical and chemical criteria. As a rule of thumb, a wax with a low softening range has better lubricating properties and allows lower pressures with the same press density than one with a high softening range. However, the wax has too
Auswirkungen auf die Festigkeit des Presslings, die sogenannte „Grünfestigkeit". Diese soll möglichst hoch sein, damit der Pressung beim Auspressen aus der Form nicht zerstört wird, und mittels Manipulationsmaschinen gehandhabt werden kann, ohne zerstört oder beschädigt zu werden. Ferner kommt es oft darauf an, dass das Wachs die Oberfläche der Pulverteilchen benetzt. In diesem Falle verwendet man bevorzugt polare Wachse, die durchaus oberflächenaktive Eigenschaften haben können, z. B. höhere Fettsäuren oder deren Metallsalze, sogenannte Metallseifen oder deren Ester oder Amide.Effects on the strength of the compact, the so-called "green strength". This should be as high as possible, so that the pressure is not destroyed when pressed out of the mold, and can be handled by manipulation machines without being destroyed or damaged. Furthermore, it often depends assuming that the wax wets the surface of the powder particles, in which case it is preferred to use polar waxes which may have surface-active properties, for example higher fatty acids or their metal salts, so-called metal soaps or their esters or amides.
Für die Charakterisierung des Presslings ist neben der Pressdichte bei konstantemFor the characterization of the pellet, in addition to the press density at constant
Pressdruck auch die mechanische Stabilität des Presslings wesentlich, da dieser weder beim Ausstoßen aus der Pressform noch bei der weiteren Handhabung beschädigt werden darf. Hohe Pressdichten bedeuten bei einem gegebenen Pulver auch hohe mechanische Stabilität, was durch hohe Pressdrücke erreicht werden kann. Die mechanische Stabilität kann durch diverse Verfahren wie Chatillontest oder Abriebverfahren quantifiziert werden. Bei diesen Verfahren wird unter normierten Bedingungen ein Pressimg hergestellt und dessen mechanische Festigkeit oder der mechnische Abrieb gemessen. In letzterem Fall werden Presslinge mit standardisiertem Gewicht bei standardisierten Pressdrücken hergestellt, und in einen zylindrischen Drahtkorb gegeben, welcher um seine Längsachse rotiert. Nach einer vorgegebenen Umdrehungszahl wird das Gewicht des Drahrkorbes samt Inhalt gewogen, und aus dem Bruttogewicht der Prozentsatz des Abriebs bestimmt (sogenannter „rattler-test"). Je höher die Abriebfestigkeit, desto niedriger ist der Abrieb bei gegebener Umdrehungszahl.Press pressure also the mechanical stability of the compact, since it must not be damaged when it is ejected from the mold or during further handling. For a given powder, high press densities also mean high mechanical stability, which can be achieved by high press pressures. The mechanical stability can be quantified by various methods such as chatillon tests or abrasion methods. With these processes, a press is produced under standardized conditions and its mechanical strength or mechanical abrasion is measured. In the latter case, compacts with a standardized weight are produced at standardized pressures and placed in a cylindrical wire basket which rotates about its longitudinal axis. After a predetermined number of revolutions, the weight of the tube basket including its contents weighed, and the percentage of abrasion is determined from the gross weight (so-called "rattler test"). The higher the abrasion resistance, the lower the abrasion at a given number of revolutions.
Aus fertigungstechnischen Gesichtpunkten ist eine hohe Grünfestigkeit wünschenswert. Es gibt für den Pressdruck jedoch Limitierungen, bedingt durch die für das Presswerkzeug zur Verfugung stehenden Werkstoffe und die maximal erreichbare Presskraft. Technisch ist die verwendete Presskraft und damit die erreichbare Dichte des Presslings, die sogenannte Pressdichte, daher limitiert. Eine verbesserte Grün- festigkeit kann jedoch dadurch erreicht werden, dass die Formgebung so durchgeführt wird, dass die Pressdichte innerhalb des Presslings möglichst einheitlich wird. Eine uneinheitliche Pressdichte äußert sich unter anderem durch einen hohen Abrieb oder niedrige Grünfestigkeiten, da schlecht verdichtete Bereiche niedrige Festigkeit aufweisen. Eine einheitliche Pressdichte sollte daher bei gleichem Press- druck zu höherer Abriebfestigkeit des Grünköφers führen.A high green strength is desirable from the point of view of production technology. However, there are limits to the press pressure due to the materials available for the press tool and the maximum achievable press force. Technically, the pressing force used and thus the achievable density of the compact, the so-called pressing density, is therefore limited. An improved green strength can, however, be achieved by carrying out the shaping in such a way that the press density within the compact is as uniform as possible. A non-uniform press density manifests itself, among other things, by high abrasion or low green strength, since poorly compressed areas have low strength. A uniform press density should therefore lead to higher abrasion resistance of the green body with the same press pressure.
Hinzu kommt, dass eine hohen Pressdichte bei später zu infiltrierenden Sinterteilen der Steuerung der Porosität nach dem Sintern entgegenstehen kann. Die Steuerung des Inhaltes von Infiltrationsmittel im infiltrierten Bauteil geschieht nämlich durch die Steuerung der notwendigerweise offenen Porosität nach dem Sintern, welche wiederum nur indirekt über die Porosität des Pressköφers und damit die Pressdichte gesteuert werden kann. Eine aus Sicht der Infiltration notwendige niedrige Pressdichte kann dazu fuhren, dass derart niedrige Grünfestigkeiten notwendig werden, dass die Presslinge nicht mehr ohne Beschädigung handhabbar sind. Eine Aufgabe der vorliegender Erfindung ist, diesen Zielkonflikt zwischen Gründichte und Grünfestigkeit zu lösen.In addition, a high press density for sintered parts to be infiltrated later can prevent the control of the porosity after sintering. The control of the content of infiltration agent in the infiltrated component is done by controlling the necessarily open porosity after sintering, which in turn can only be controlled indirectly via the porosity of the press body and thus the press density. A low pressing density, which is necessary from the point of view of infiltration, can lead to such low green strengths that the compacts can no longer be handled without damage. An object of the present invention is to solve this conflict of objectives between green density and green strength.
Das Einbringen von Presshilfsmitteln in das Ausgangspulver geschieht industriell auf verschiedenen Wegen. Oft werden Mischungen verschiedener Ausgangspulver eingesetzt, so dass Pulver vor dem Einsatz mit anderen Pulvern gemischt werden müssen oder die Pulver sind nicht fein genug und müssen vermählen werden. Dies geschieht oft in nassem Zustand, wobei das Presshilfsmittel in der Mahlflüssigkeit gelöst ist. Nach dem Mahlvorgang wird oft sprühgetrocknet. Dieses Verfahren ist eher für Keramikpulver geeignet. ImThe introduction of pressing aids into the starting powder happens industrially in different ways. Mixtures of different starting powders are often used so that powders have to be mixed with other powders before use or the powders are not fine enough and have to be ground. This often happens when wet, with the pressing aid dissolved in the grinding fluid. Spray drying is often carried out after the grinding process. This method is more suitable for ceramic powder. in the
Falle von duktilen Metallpulvern findet eine Deformation zu dünnen Plättchen, sogenannten „flakes" statt, welche wiederum erst bei sehr langer Mahldauer zerkleinert werden. Bei spröden oder harten Ausgangspulvern findet eine Zerkleinerung statt. Dieses Verfahren verändert also Korngrößenverteilung und Kornform. Möchte man eine durch Herstellung der Pulver definierte Korngrößenverteilung oderIn the case of ductile metal powders, deformation takes place to form thin flakes, which in turn are only comminuted after a very long grinding time. In the case of brittle or hard starting powders, comminution takes place. This process therefore changes the particle size distribution and particle shape the powder defined grain size distribution or
Kornform im Grünköφer oder Sinterstück erhalten, so ist dieses Verfahren also ungeeignet. Zudem ist der Umgang mit Flüssigkeiten, oft organischer Natur, notwendig, was besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich macht. Es werden Pulver erhalten, die mit dem Presshilfsmittel benetzt sind. Das Presshilfsmittel hat hier auch die Aufgabe, ggf. beim Sprühtrocknen entstandene Granulate mechanisch stabil zu machen.Obtained grain shape in Grünköφer or sintered piece, so this method is unsuitable. In addition, handling liquids, often of an organic nature, is necessary, which requires special precautionary measures. Powders are obtained which are wetted with the pressing aid. The pressing aid also has the task here of making granules which may have formed during spray drying mechanically stable.
Ein weiteres Verfahren ist das Mischen von pulverförmigen Presshilfsmitteln mit den Ausgangspulvem in einem Freifallmischer, wobei das Pulver mechanisch kaum belastet und daher die Korngrößenverteilung bzw. Agglomeratgrößenverteilung nicht wesentlich verändert wird. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Freifallmischer um einen nur teilweise gefüllten, sich drehenden Behälter. Dieses Verfahren kann auch in einem mit Umwälzwerkzeugen bestückten Mischer durchgeführt werden, z.B. einem Schaufelmischer der Fa. Lödige. In diesem Falle erreicht man eine Vermischung des Metallpulvers mit dem pulverförmigem Wachs, aber keineAnother method is the mixing of powdery pressing aids with the starting powders in a free-fall mixer, the powder being hardly mechanically loaded and therefore the particle size distribution or agglomerate size distribution is not changed significantly. In the simplest case, the free-fall mixer is an only partially filled, rotating container. This process can also be carried out in a mixer equipped with circulating tools, e.g. a paddle mixer from Lödige. In this case, mixing of the metal powder with the powdered wax is achieved, but none
Benetzung. Dieses Verfahren ist das am häufigsten angewendete Verfahren, obwohl es eine relativ inhomogene Wachsverteilung erzeugt. Dieses Verfahren benötigt aufgrund der schlechten Wachsverteilung eine höhere Konzentration an Wachs, um die innere Reibung beim Pressen und die Wandreibung mit der Pressform zu reduzieren. Höhere Wachskonzentrationen sind jedoch nachteilig, da daraus niedrige Pressdichten, bezogen auf den Pulverinhalt, im Grünköφer erhalten werden, und das thermische Entfernen beim Sintervorgang sehr lange Zeit in Anspruch nimmt.Wetting. This method is the most commonly used method, although it produces a relatively inhomogeneous wax distribution. Due to the poor wax distribution, this process requires a higher concentration of wax in order to reduce the internal friction during pressing and the wall friction with the press mold. However, higher wax concentrations are disadvantageous because they result in lower ones Press densities, based on the powder content, are obtained in the green body, and the thermal removal during the sintering process takes a very long time.
EP 0781 180 Bl beschreibt ein Verfahren zur Mischung von Metallpulvern auf Basis von Eisen mit pulverförmigen Polyethern, wobei das Vermischen ohne Zusatz von Lösungsmittel erfolgt. Kernpunkt ist die Verwendung des speziellen Presshilfsmittels, wodurch im Vergleich zum Einsatz herkömmlicher Presshilfsmittel, beispielsweise eines handelsüblichen Wachses, eine Erhöhung der Grünfestigkeit erreicht werden kann. Der pulverförmige Polyether wird in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% zugegeben.EP 0781 180 B1 describes a process for mixing metal powders based on iron with powdered polyethers, the mixing being carried out without the addition of solvents. The key point is the use of the special pressing aid, which means that the green strength can be increased compared to the use of conventional pressing aids, for example a commercially available wax. The powdered polyether is added in an amount of up to 10% by weight.
Auch EP 0 968 068 Bl offenbart ein spezielles Presshilfsmittel zur Herstellung von sinterbaren Formteilen aus Metallpulvern. Das Presshilfsmittel enthält Poly- ethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 3000 bis 6500 g mol und kann beispielsweise in einem Trommelmischer mit dem Ausgangspulver vermischt werden. In einer Ausführungsform wird der Trommelmischer auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb der für das anschließende Pressverfahren vorgesehen Erweichungstemperatur des Presshilfsmittels liegt.EP 0 968 068 B1 also discloses a special pressing aid for producing sinterable molded parts from metal powders. The pressing aid contains polyethylene glycol with a molecular weight of 3000 to 6500 g mol and can, for example, be mixed with the starting powder in a drum mixer. In one embodiment, the drum mixer is heated to a temperature which is above the softening temperature of the pressing aid provided for the subsequent pressing process.
Ein weiteres angewendetes Verfahren ist das sogenannte Heißmischen. Hier wird dasAnother method used is so-called hot mixing. Here it is
Pulver mit dem Presshilfsmittel in einem Intensivmischer solange gemischt, bis es durch den Energieeintrag eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Presshilfsmittels erreicht. Beim Heißmischen kann auch ein Trommelmischer mit Umwälzwerkzeugen eingesetzt werden, der mittels eines Heizmantels extern beheizt wird. Erreicht wird eine sehr gute Benetzung durch das Presshilfsmittel. Allerdings wird auch bei diesem Verfahren durch den hohen Energieeintrag das Pulver mechanisch belastet, so dass insbesondere agglomerierte Pulver deagglomeriert werden. Ferner kommt es durch die Kapillarwirkung des geschmolzenen Presshilfsmittels und die Bewegung des Mischgutes zu einer teilweisen Verdichtung und Granulierung des Mischgutes. So hergestellte Pulver haben eine vergleichsweise hohe Schüttdichte. Charakteristisch für das Heißmischen ist, dass das Pulverbett zum Zeitpunkt des Aufschmelzens des Presshilfsmittels in Bewegung ist. Falls eine Mischung aus zwei Pulvern eingesetzt werden soll, tritt beim Heißmischen zudem oft das Problem auf, dass das Presshilfsmittel bei Erreichen des Schmelzpunktes eine Komponente bevorzugt benetzt, und sich daher Granulatteilchen bilden, die diese Pulverkomponente angereichert enthalten. Gefördert wird diese Segregation durch die mechanische Bewegung des Mischgutes.Powder mixed with the pressing aid in an intensive mixer until it reaches a temperature above the melting point of the pressing aid due to the energy input. When mixing hot, a drum mixer with circulating tools can be used, which is heated externally by means of a heating jacket. Very good wetting is achieved by the pressing aid. However, the powder is mechanically stressed by this high energy input, so that agglomerated powders in particular are deagglomerated. Furthermore, the capillary action of the molten pressing aid and the movement of the mixed material result in partial compaction and granulation of the mixed material. Powders produced in this way have a comparatively high bulk density. It is characteristic of the hot mixing that the powder bed for The melting aid of the pressing aid is in motion. If a mixture of two powders is to be used, the problem often arises during hot mixing that the pressing aid preferably wets a component when the melting point is reached, and granulate particles are formed which contain this powder component. This segregation is promoted by the mechanical movement of the mix.
Es ist auch bekannt, das Presshilfsmittel in einem geeigneten, organischen Lösemittel aufzulösen, das Ausgangspulver mit dieser Lösung zu benetzen, und dann zu trocknen. Das Trocknen muss unter Bewegung des Pulvers stattfinden, da sich sonst lokale Anreicherungen des Presshilfsmittel bilden würden. Der apparative Aufwand ist hoch. Zudem muss mit organischen Flüssigkeiten gearbeitet werden, die ein hohes Gefahrdungspotential haben. Korngrößenverteilung bzw. Agglomerat- größenverteilung bleiben im Wesentlichen unverändert. Dieses Verfahren ist zwar prinzipiell auch unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel durchzufuhren, jedoch können dann nur in Wasser lösliche Presshilfsmittel eingesetzt werden, die zwar eine gute Granulatstabilität bewirken, jedoch im allgemeinen keinerlei Schmierwirkung haben. Beispiele für solche Presshilfsmittel sind Methylzellulose, Polyacrylsäure oder Polyethylenglykole. Wasser hat ferner den Nachteil, mit den meisten Metallpulvern zu reagieren und unerwünschte Oxidschichten auf denIt is also known to dissolve the pressing aid in a suitable organic solvent, to wet the starting powder with this solution, and then to dry it. Drying must take place while the powder is moving, otherwise local accumulations of the pressing aid would form. The expenditure on equipment is high. In addition, you must work with organic liquids that have a high risk potential. Grain size distribution or agglomerate size distribution remain essentially unchanged. In principle, this process can also be carried out using water as a solvent, but then only water-soluble pressing aids can be used which, although they have good stability to the granules, generally have no lubricating effect. Examples of such pressing aids are methyl cellulose, polyacrylic acid or polyethylene glycols. Water also has the disadvantage of reacting with most metal powders and undesirable oxide layers on the
Metallpulverteilchen zu bilden, welche die Sinterfahigkeit herabsetzen oder zu Porosität nach dem Sintern fuhren.To form metal powder particles which reduce the sinterability or lead to porosity after sintering.
Ungeachtet des Verfahrens zur Einbringung des Presshilfsmittels gibt es umfang- reiche Literatur und Patente, die die chemische Zusammensetzung des Presshilfsmittels variieren, und dadurch versuchen, Grünfestigkeit und andere Eigenschaften des Presslings zu verbessern, indem in die chemische oder physikalische Wechselwirkung zwischen Presshilfsmittel und Metallpulver eingegriffen wird und Mischungen oder Legierungen von verschieden Presshilfsmitteln verwendet werden (z. B. WO 01/40416 AI). Die Einbringung des Presshilfsmittels geschieht jedoch jeweils nach einem der obigen Verfahren. Aufgabe der Erfindung war es nun, ein möglichst einfaches und ohne großen apparativen Aufwand leicht durchzuführendes Verfahren zum Vermischen eines Pulvers mit einem Presshilfsmittel bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollte eine vollständige Benetzung desRegardless of the method of incorporating the pressing aid, there is extensive literature and patents that vary the chemical composition of the pressing aid and thereby attempt to improve the green strength and other properties of the compact by interfering with the chemical or physical interaction between the pressing aid and metal powder and mixtures or alloys of different pressing aids can be used (e.g. WO 01/40416 AI). However, the pressing aid is introduced using one of the above methods. It was an object of the invention to provide a method for mixing a powder with a pressing aid which is as simple as possible and can be carried out without great expenditure on apparatus and which does not have the disadvantages mentioned above. In particular, complete wetting of the
Pulvers mit dem Presshilfsmittel gewährleistet, und das Pulver hinsichtlich Korngrößenverteilung, Kornform und Agglomerationszustand nicht wesentlich verändert werden. Es sollten fließfähige Produkte erzeugt, ohne organische Lösemittel oder Wasser gearbeitet, und keine Segregation und/oder Granulation von Pulverkomponenten beim Mischen von Pulvermischungen mit dem Presshilfsmittel verursacht werden.Guaranteed powder with the pressing aid, and the powder in terms of grain size distribution, grain shape and agglomeration state are not changed significantly. Flowable products should be produced without organic solvents or water, and no segregation and / or granulation of powder components should be caused when mixing powder mixtures with the pressing aid.
Die überraschend einfache Lösung besteht nun darin, die bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Presshilfsmittels erzeugten Mischungen aus Ausgangspulver und Presshilfsmittel für kurze Zeit auf eine Temperatur oberhalb desThe surprisingly simple solution now consists in briefly bringing the mixtures of starting powder and pressing aid produced at temperatures below the melting point of the pressing aid to a temperature above the
Schmelzpunktes des Presshilfsmittels in ruhendem Pulverbett zu erhitzen, so dass eine Infiltration des in sich ruhenden Pulverbettes durch das schmelzflüssige Presshilfsmittel stattfindet.To heat the melting point of the pressing aid in a stationary powder bed, so that an infiltration of the self-contained powder bed by the molten pressing aid takes place.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von mit Presshilfsmitteln versetzten Pulvern, wobei in einem ersten Schritt pulverförmiges Presshilfsmittel mit einem Ausgangspulver unterhalb der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels gemischt wird, und in einem zweiten Schritt die aus dem ersten Schritt erhaltene Mischung auf eine Temperatur von mindestens der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels erwärmt wird, wobei die Mischung beim Erwärmen und einem nachfolgenden Abkühlen nicht in sich bewegt wird.The invention therefore relates to a process for producing powders mixed with pressing aids, in a first step pulverulent pressing aids being mixed with a starting powder below the melting temperature of the pressing aid, and in a second step the mixture obtained from the first step to a temperature of at least the melting temperature of the pressing aid is heated, the mixture not moving during heating and subsequent cooling.
Angesichts der seit Jahrzehnten durchgeführten Verwendung von Presshilfsmitteln, insbesondere Wachsen, in der Pulvermetallurgie und dem immer noch bestehenden Verbesserungsbedarf ist es umso erstaunlicher, dass dieses Verfahren bisher nicht bekannt geworden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einfachsten Mitteln durchgeführt werden. Die Vermischung von pulverförmigem Presshilfsmittel und Ausgangspulver wird vorzugsweise in einem Freifallmischer durchgeführt. Als Freifallmischer lassen sich beispielsweise bekannte Mischer, wie etwa Trommelmischer oder ein teilweise gefüllter, gedrehter Behälter, z.B. ein Fass oder ein Doppelkonusmischer verwenden. Es kann auch ein mit Umwälzwerkzeugen bestückter Trommel- oder Zwangsmischer verwendet werden. Unabhängig vom verwendeten Typ des Mischers ist wesentlich, dass beim Mischvorgang der Schmelzpunkt des Presshilfsmittels nicht erreicht wird.In view of the use of pressing aids, in particular waxes, in powder metallurgy, which has been carried out for decades, and the need for improvement that still exists, it is all the more astonishing that this process has so far not become known. The method according to the invention can be carried out using the simplest of means. The mixing of powdered pressing aid and starting powder is preferably carried out in a free-fall mixer. Known mixers, such as drum mixers or a partially filled, rotated container, for example a drum or a double cone mixer, can be used as free-fall mixers, for example. A drum or compulsory mixer equipped with circulating tools can also be used. Regardless of the type of mixer used, it is essential that the melting point of the pressing aid is not reached during the mixing process.
Das Erwärmen der erhaltenen Mischung kann beispielsweise in einem Trockenschrank, einem Bandtrockner oder anderen geeigneten Apparaten erfolgen. Wesentlich ist, dass die erhaltene Mischung während des Erwärmens und Abkühlens statisch ist, d.h. nicht in sich bewegt wird, und dass das Mischen einerseits und Erwärmen und Abkühlen anderseits in unterschiedlichem Aggregaten durchgeführt werden.The mixture obtained can be heated, for example, in a drying cabinet, a belt dryer or other suitable apparatus. It is essential that the mixture obtained is static during heating and cooling, i.e. is not moved in itself and that the mixing on the one hand and heating and cooling on the other hand are carried out in different units.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zudem dadurch aus, dass weder organische Lösemittel noch aufwendige Trocknungsapparate, wie beispielsweise bei der Sprühtrocknung, notwendig sind.The process according to the invention is furthermore distinguished by the fact that neither organic solvents nor complex drying apparatuses, such as, for example, spray drying, are necessary.
Die Temperatur bei der Erwärmung entspricht erfindungsgemäß mindestens der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels. Vorzugsweise liegt die Temperatur 5 bis 100°C über der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels, insbesondere bevorzugt 10 bis 50°C.According to the invention, the temperature during the heating corresponds at least to the melting temperature of the pressing aid. The temperature is preferably 5 to 100 ° C. above the melting temperature of the pressing aid, particularly preferably 10 to 50 ° C.
In Abhängigkeit vom gewählten Presshilfsmittel kann beispielsweise ein Erwärmen auf 50 bis 250°C, vorzugsweise auf 60 bis 180°C erforderlich sein.Depending on the chosen pressing aid, heating to 50 to 250 ° C, preferably to 60 to 180 ° C, may be necessary.
Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise über einen Zeitraum von 0,1 bis 10 h, besonders bevorzugt von 0,5 bis 2,2 h, durchgeführt. Für Presshilfsmittel, insbesondere Wachse charakteristisch ist, dass sie bereits wenig oberhalb ihres Schmelzpunktes eine sehr niedrige Viskosität aufweisen, und daher das Ausgangspulver durch Kapillarkräfte vollständig benetzen können. Die so erzeugten Pulver fallen dann verklebt an, reiben sich jedoch auf einem Sieb wieder zu kleineren Agglomeraten ohne gemahlen zu werden, wodurch eine gute Fließfähigkeit erreicht wird.The heat treatment is preferably carried out over a period of 0.1 to 10 h, particularly preferably from 0.5 to 2.2 h. A characteristic of pressing aids, in particular waxes, is that they have a very low viscosity just above their melting point and can therefore completely wet the starting powder by capillary forces. The powders produced in this way then accumulate in a bonded state, but rub on a sieve again to form smaller agglomerates without being ground, as a result of which good flowability is achieved.
Vorzugsweise wird daher das mit Presshilfsmitteln versetzte Pulver nach dem Erwärmen und Abkühlen abgesiebt. Dies kann in einer herkömmlichenIt is therefore preferable to sieve off the powder with press aids after heating and cooling. This can be done in a conventional
Siebmaschine, beispielsweise einer Taumelsiebmaschine, erfolgen. Die Größe der Sieböffnungen richtet sich im Wesentlichen nach dem Partikeldurchmesser des mit Presshilfsmitteln versetzten Pulvers. Als geeignet haben sich beispielsweise Sieböffhungen von 300 bis 2000 μm erwiesen. Hierbei wird das in Kuchenform anfallende Produkt in zerrieben.Screening machine, for example a tumble screening machine. The size of the sieve openings depends essentially on the particle diameter of the powder mixed with pressing aids. For example, screen openings of 300 to 2000 μm have proven to be suitable. Here, the product in cake form is grated.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird das pulverförmige Presshilfsmittel vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Presshilfsmittel und Ausgangspulver, eingesetzt, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,3 bis 6 Gew.-%, insbesondere bevorzugt von 0,5 bis 4 Gew.-%.In the process according to the invention, the powdery pressing aid is preferably used in an amount of 0.2 to 10% by weight, based on the total amount of pressing aid and starting powder, particularly preferably in an amount of 0.3 to 6% by weight, in particular preferably from 0.5 to 4% by weight.
Als pulverförmige Presshilfsmittel können prinzipiell beliebige Presshilfsmittel eingesetzt werden, solange sie in fester, pulvriger Form verfügbar sind. Beispielhaft seien Presshilfsmittel aus der Gruppe der Fettsäuren oder deren Metallsalze, der Fettsäurebisamide, der Fettsäuremonoamide, der Fettsäureester, der Polyethylene oder deren oxidische Derivate, und der Wachse genannt, wobei der Einsatz von Wachsen bevorzugt ist. Besonders bevorzugt werden Zinkstearat, Parafinwachse und Montanesterwachse eingesetzt.In principle, any pressing aids can be used as powdered pressing aids, as long as they are available in solid, powdery form. Examples of pressing aids from the group of the fatty acids or their metal salts, the fatty acid bisamides, the fatty acid monoamides, the fatty acid esters, the polyethylenes or their oxidic derivatives, and the waxes are mentioned, the use of waxes being preferred. Zinc stearate, paraffin waxes and montan ester waxes are particularly preferably used.
Es werden vorzugsweise pulverförmige, sogenannte micronisierte Presshilfsmittel mit einem Partikeldurchmesser von maximal 5 bis maximal 500 μm, d.h. von -5 bis -500 μm, besonders bevorzugt von maximal 10 bis maximal 100 μm verwendet. Es handelt sich dabei vorzugsweise um handelsübliche Pulver, die aus der Schmelze versprüht wurden, so dass die Korngröße des Presshilfsmittels der Tröpfchengröße beim Versprühen entspricht. Es können aber auch kryogen in Prallmühlen ver- mahlene Presshilfsmittel eingesetzt werden.There are preferably powdered, so-called micronized pressing aids with a particle diameter of a maximum of 5 to a maximum of 500 microns, ie from -5 to -500 μm, particularly preferably from a maximum of 10 to a maximum of 100 μm. These are preferably commercially available powders which have been sprayed from the melt, so that the grain size of the pressing aid corresponds to the droplet size when spraying. However, pressing aids ground cryogenically in impact mills can also be used.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können eine Vielzahl verschiedener Ausgangspulver eingesetzt werden. Es können prinzipiell alle keramischen oder metallischen Pulver oder auch Verbundpulver, Mischungen und Legierungen verwendet werden.A large number of different starting powders can be used in the process according to the invention. In principle, all ceramic or metallic powders or also composite powders, mixtures and alloys can be used.
Bevorzugt werden jedoch Metallpulver oder eine Mischung von Metallpulvern oder eine Mischung von Metallpulvern mit einem Karbid- oder Oxidpulver eingesetzt. Als Metallpulver seien beispielhaft Metallpulver des Wolframs, Molybdäns, Niobs und Tantals, aber auch des Eisens, Kobalts, Kupfer und Nickels genannt. Die Metall- pulver können dabei in Reinform vorliegen. Es ist aber auch möglich, dass sie inHowever, metal powders or a mixture of metal powders or a mixture of metal powders with a carbide or oxide powder are preferably used. Metal powders of tungsten, molybdenum, niobium and tantalum, but also of iron, cobalt, copper and nickel may be mentioned as examples of metal powder. The metal powders can be in pure form. But it is also possible that they are in
Form von Legierungen vorliegen oder weitere Zusätze, wie beispielsweise Graphit, Oxide oder Karbide, insbesondere Wolframkarbid, enthalten.Alloys are present or contain further additives, such as graphite, oxides or carbides, in particular tungsten carbide.
Als geeignete Legierungspulver seien beispielhaft Wolfram-Nickel-Legierungen und Wolframkarbid-Kobalt-Legierungen genannt. Ferner zu nennen sind ein- und mehφhasige Legierungspulver, Legierungspulver wie sie z.B. für Werkzeugstähle, Lager- und Filterwerkstoffe verwendet werden. Es ist auch möglich eine Mischung von Legierungspulvern einzusetzen.Examples of suitable alloy powders are tungsten-nickel alloys and tungsten carbide-cobalt alloys. Also to be mentioned are single and multi-phase alloy powders, alloy powders such as those e.g. can be used for tool steels, bearing and filter materials. It is also possible to use a mixture of alloy powders.
In einer besonderen Ausführungsform wird als Ausgangspulver ein oxidischesIn a particular embodiment, an oxidic powder is used as the starting powder
Pulver, ein Pulver eines Karbids oder eine Mischung von Karbid mit Metallpulvern eingesetzt. Beispielhaft sei eine Mischung von Wolframkarbid mit einem Metallpulver, vorzugsweise einem Kobaltmetallpulver genannt.Powder, a powder of a carbide or a mixture of carbide with metal powders is used. A mixture of tungsten carbide with a metal powder, preferably a cobalt metal powder, may be mentioned as an example.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Variation neben der Herstellung vonThe method according to the invention can be varied in addition to the production of
Pulvern auch zur Erzeugung von fließfähigem Granulat verwendet werden, z.B. indem die in einem Freifallmischer erzeugte Mischung in einem zum Granulataufbau geeigneten Aggregat in Bewegung erhitzt wird. Dabei kann es sich z.B. um einen Durchlauf-Drehrohrtrockner oder einen heizbaren Granulierteller handeln. Bevorzugt ist allerdings ein statisches Erwärmen des Pulvers, d.h. bevorzugt wird das Pulver beim Erwärmen in sich nicht bewegt. Auch das Abkühlen unter den Schmelzpunkt des Presshilfsmittels erfolgt bevorzugt statisch.Powders can also be used to produce flowable granules, for example by heating the mixture produced in a free-fall mixer in motion in an aggregate suitable for building up granules. This can be, for example, a continuous rotary tube dryer or a heatable pelletizing plate. However, static heating of the powder is preferred, ie the powder is preferably not moved in itself during the heating. Cooling below the melting point of the pressing aid is also preferably static.
Ganz besonders bevorzugt erfolgt das Erwärmen der Mischung von Pulvern mit pulverförmigem Presshilfsmittel als statische, d.h. in sich ruhende, Pulverschüttung auf einem Hordenblech in einem Trockenschrank oder auf dem Band einesThe mixture of powders with powdered pressing aid is very particularly preferably heated as a static, i.e. at rest, powder filling on a tray in a drying cabinet or on the belt of a
Bandtrockners oder in einem Glühkasten in einem Industrieofen, z.B. in einem Hubbalkenofen oder Durchschubofen.Belt dryer or in a glow box in an industrial furnace, e.g. in a walking beam furnace or push-through furnace.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten mit Presshilfsmitteln versetzten Metallpulver eignen sich insbesondere zur Erzeugung von sinterbaren metallischenThe metal powders mixed with pressing aids produced in the process according to the invention are particularly suitable for producing sinterable metallic
Formteilen.Moldings.
Gegenstand der Erfindung ist daher weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von sinterbaren metallischen Formteilen aus mit Presshilfsmitteln versetzten Metall- pulvern, wobei pulverförmiges Presshilfsmittel mit einem Metallpulver bei einerThe invention therefore furthermore relates to a method for producing sinterable metallic moldings from metal powders mixed with pressing aids, powdered pressing aids containing a metal powder in a
Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels gemischt, die erhaltene Mischung als in sich ruhendes Pulverbett auf eine Temperatur von mindestens der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels erwärmt, in sich ruhend abgekühlt und abschließend abgesiebt wird, und das so hergestellte mit Presshilfsmitteln versetzte Metallpulver in eine Pressform eingefüllt, unter Druck verdichtet und schließlich als gepresstes Formteil aus der Pressform ausgestoßen wird.Mixed temperature below the melting temperature of the pressing aid, the mixture obtained as a self-contained powder bed heated to a temperature of at least the melting temperature of the pressing aid, cooled in a self-standing manner and finally sieved, and the metal powder thus prepared containing press aids is poured into a mold, below Compressed pressure and finally ejected from the mold as a pressed molded part.
Besondere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch die folgenden Beispiele näher erläutert, wobei die Beispiele nicht als Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens zu verstehen sind. BeispieleParticular embodiments of the method according to the invention are explained in more detail by the following examples, which examples are not to be understood as restricting the general inventive concept. Examples
Die in den Beispielen angegebenen mittleren Korndurchmesser wurden mittels Fisher Sub Sieve Sizer (FSSS, ASTM B 330), die Klopfvolumen und Klopfdichten nach ASTM B 527 und die Fließfähigkeit mittels Hall Flow Messungen unterThe mean grain diameters given in the examples were determined using Fisher Sub Sieve Sizer (FSSS, ASTM B 330), the knock volume and knock density according to ASTM B 527 and the flowability using Hall Flow measurements
Verwendung eines 2/10"-Trichters (ASTM B 417) bestimmt.Using a 2/10 "funnel (ASTM B 417) determined.
Zur Bestimmung der Abriebsfestigkeit wurden die Pulver durch uniaxiales Pressen bei einem Pressdruck von 6.7 t/cm2 zu Pressungen verarbeitet und in einen zylindrischen Drahtkorb gegeben, welcher um seine Längsachse rotiert. Nach einer vorgegebenen Umdrehungszahl wurde das Gewicht des Drahtkorbes samt Inhalt gewogen, und aus dem Bruttogewicht der Prozentsatz des Abriebs bestimmt (sogenannter „rattler-test"). Je höher die Abriebfestigkeit, desto niedriger ist der Abrieb bei gegebener Umdrehungszahl. Zur Durchfuhrung des Abriebstests wurde ein kommerziell erhältliches Gerät der Firma Minerva Kiki Co. Ltd., Japan mit derTo determine the abrasion resistance, the powders were processed by uniaxial pressing at a pressing pressure of 6.7 t / cm 2 and placed in a cylindrical wire basket, which rotates about its longitudinal axis. After a predetermined number of revolutions, the weight of the wire basket and its contents were weighed, and the percentage of abrasion was determined from the gross weight (so-called “rattler test”). The higher the abrasion resistance, the lower the abrasion at a given number of revolutions. The abrasion test was carried out a commercially available device from Minerva Kiki Co. Ltd., Japan with the
Bezeichnung Rattler Tester eingesetzt. Es wurde mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 87 Umdrehungen pro Mnute gearbeitet.Name Rattler Tester used. The speed of rotation was 87 revolutions per minute.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)Example 1 (comparative example)
Wolframmetallpulver mit einem mittleren Korndurchmesser nach FSSS von 12 μm, einem Klopfvolumen von 11.4 cm3/100 g und einer Fließfähigkeit von 2.95 s (Hall Flow, 2/ 10 "-Trichter) wurde ohne Presshilfsmittel durch uniaxiales Pressen mit schwebender Form und festem Unterstempel zu Pressungen verarbeitet. Bei einem Pressdruck von 6.7 t/cm2 ergab sich aus den Abmessungen und dem Gewicht desTungsten metal powder microns with an average grain diameter according to FSSS of 12, a knock volume of 11.4 cm3 / 100 g and a melt flow rate of 2.95 s (Hall Flow, 2/10 "funnels) was without pressing aids by uniaxial pressing with a floating form and fixed lower punch to With a press pressure of 6.7 t / cm 2 , the dimensions and weight of the
Presslings eine Pressdichte von 13.92 g/cm3. Ein Abriebtest von Pressungen („rattler- test") ergab 4.23 % Abrieb nach 150 Umdrehungen. Obwohl diese Werte eine direkte Verarbeitbarkeit zu Press- und Sinterteilen nahelegen, kann dieses ungewachste Pulver aufgrund hoher innerer Reibung industriell nicht ohne Press- hilfsmittel eingesetzt werden. Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)Presslings a pressing density of 13.92 g / cm 3 . An abrasion test of pressings ("rattler test") showed 4.23% abrasion after 150 revolutions. Although these values suggest a direct processability to pressed and sintered parts, this unwaxed powder cannot be used industrially without pressing aids due to the high internal friction. Example 2 (comparative example)
Das Wolframpulver aus Beispiel 1 wurde mit 0.8 Gew.-% pulverförmigem Zinkstearat für 2h in einem Edelstahlfass gemischt. Die Fließfähigkeit wurde danach zu 4.3 s bestimmt. Das Klopfvolumen lag bei 10.6 cm3/100g. Die Pressdichte lag bei 14.52 g/cm3, der Abriebtest lieferte dagegen 100 % Abrieb nach 150 Umdrehungen. Während die Pressdichte sich verbessert, verschlechtert sich die Festigkeit des Presslings dramatisch, so dass eine Handhabung des Presslings nach dem Ausstoßen erschwert ist. Hinzu kommt eine schlechtere Fließfahigkeit des erhaltenen Pulvers.The tungsten powder from Example 1 was mixed with 0.8% by weight of powdered zinc stearate for 2 hours in a stainless steel barrel. The flowability was then determined to be 4.3 s. The knock volume was 10.6 cm 3 / 100g. The press density was 14.52 g / cm 3 , the abrasion test, however, gave 100% abrasion after 150 revolutions. As the density improves, the strength of the compact deteriorates dramatically, making it difficult to handle the compact after it is ejected. In addition, there is poorer flowability of the powder obtained.
Beispiel 3 (erfindungsgemäßes Beispiel)Example 3 (example according to the invention)
Das mit 0.8 Gew.-% pulverförmigem Zinlcstearat gemischte Wolframmetallpulver aus Beispiel 2 wurde 2h bei 170°C statisch als Pulverschüttung auf einem Hordenblech in einem Trockenschrank erhitzt, und danach statisch abgekühlt. Der so erhaltene Kuchen zerrieb sich leicht auf dem 500 μm-Siebgewebe einer Taumelsiebmaschine (Typ Allgaier). Das so erhaltene Wolframmetallpulver hatte folgende Eigenschaften:The tungsten metal powder from Example 2 mixed with 0.8% by weight of powdered zinc stearate was statically heated for 2 hours at 170 ° C. as a powder bed on a tray in a drying cabinet, and then statically cooled. The cake obtained in this way was lightly ground on the 500 μm sieve fabric of a tumbler sieve machine (Allgaier type). The tungsten metal powder thus obtained had the following properties:
Klopfvolumen 12.2 cm3/100g, Hall Flow 2.6 s/50 g, Pressdichte 12.2 g/cm3, AbriebTap volume 12.2 cm 3 / 100g, Hall Flow 2.6 s / 50 g, press density 12.2 g / cm 3 , abrasion
14.05% nach 150 Umdrehungen. Somit werden sehr gute Fließfähigkeit und wegen der guten Grünfestigkeit gute Handhabbarkeit trotz vergleichsweise niedriger Pressdichte erreicht. Letztere ist Voraussetzung für eine kontrolliert eingestellte Porosität nach dem Sintern, was beispielsweise eine spätere Infiltration des gesinterten Presslings durch beispielsweise Kupfer oder Strontiumtitanat erleichtert.14.05% after 150 revolutions. Very good flowability and good handling properties are achieved despite the comparatively low press density because of the good green strength. The latter is a prerequisite for a controlled porosity after sintering, which facilitates later infiltration of the sintered compact by, for example, copper or strontium titanate.
Beispiele 4 bis 6 (Vergleichsbeispiele)Examples 4 to 6 (Comparative Examples)
Es wurde eine Mischung von 3.8 Gew.-% Nickelmetallpulver, 1.2 Gew.-% Carbonyl- Eisenpulver und 95 Gew.-% Wolframmetallpulver (H. C. Starck GmbH, Typ HCA mixture of 3.8% by weight of nickel metal powder, 1.2% by weight of carbonyl iron powder and 95% by weight of tungsten metal powder (H.C. Starck GmbH, type HC
800) in einem Freifallmischer bei Raumtemperatur hergestellt (Beispiel 4). Gleichartige Mischungen wurden mit 1.5 Gew.-% pulverförmigem Paraffinwachs (Schmelzpunkt 57°C) bzw. mit 1.5 Gew.-% eines pulverförmigen Montanesterwachses (Schmelzpunkt 80°C) hergestellt, wobei die Gewichtsanteile der übrigen Komponenten anteilig verringert wurden (Beispiele 5 bzw. 6). Aus allen Pulvern wurden wie in Beispiel 1 beschrieben Presslinge hergestellt. Die folgende Tabelle zeigt die mit diesen Pulvern erhaltenen Werte:800) in a free-fall mixer at room temperature (Example 4). Mixtures of the same type were produced with 1.5% by weight of powdered paraffin wax (melting point 57 ° C.) or with 1.5% by weight of a powdery montan ester wax (melting point 80 ° C), the proportions by weight of the other components being reduced proportionately (Examples 5 and 6). Pellets were produced from all powders as described in Example 1. The following table shows the values obtained with these powders:
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Man sieht deutlich, dass der Wachsinhalt die Fließfähigkeit herabsetzt, und die Pressdichte des Presslings in Beispiel 5 trotz des geringeren spezifischen Gewichts des Wachses im Vergleich zu Beispiel 4 ansteigt, da das Wachs die innere Reibung sowie die Wandreibung beim Pressen herabsetzt. Während das Paraffinwachs nicht zu einer besseren Abriebfestigkeit beiträgt, scheint das Montanesterwachs diese aufgrund seines polaren Charakters zu verbessern. Beim Einsatz von Montanester- wachs wird nur eine vergleichsweise niedrige Pressdichte erreicht, da dieses Wachs offenbar aufgrund seines vergleichsweise hohen Schmelzpunktes nicht als Presshilfsmittel wirken kann, da die Temperaturerhöhung während des Pressens nicht ausreicht, dass der Schmelzpunkt des Wachses erreicht wird.It can clearly be seen that the wax content lowers the flowability and the pressed density of the compact in example 5 increases in spite of the lower specific weight of the wax compared to example 4, since the wax reduces the internal friction and the wall friction during pressing. While the paraffin wax does not contribute to better abrasion resistance, the montan ester wax seems to improve it due to its polar character. When using montan ester wax, only a comparatively low pressing density is achieved, since this wax obviously cannot act as a pressing aid due to its comparatively high melting point, since the temperature increase during pressing does not suffice to reach the melting point of the wax.
Beispiele 7 bis 8 (erfindungsgemäße Beispiele)Examples 7 to 8 (examples according to the invention)
Gewachste Mischungen, die gemäß der Beispiele 5 und 6 erhalten wurden, wurden im Trockenschrank als Pulverschüttung auf einem Hordenblech statisch 1 h auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des eingesetzten Wachses erhitzt (105°C), wieder statisch abgekühlt, und der erhaltene Kuchen auf einem 500 μm- Sieb abgesiebt. Das in Beispiel 7 erhaltene Pulver enthielt Paraffϊnwachs mit einem Schmelzpunkt von 57°C, das in Beispiel 8 erhaltene Pulver Montanesterwachs (Schmelzpunkt 80°C). Aus den erhaltenen Pulvern wurden wie in Beispiel 1 beschrieben Presslinge hergestellt. Folgende Werte für die Pulver- und Presslingseigenschaften wurden erhalten:Waxed mixtures, which were obtained according to Examples 5 and 6, were statically heated in a drying cabinet as a powder bed on a tray tray for 1 h to temperatures above the melting point of the wax used (105 ° C.), again cooled statically, and the cake obtained was sieved on a 500 μm sieve. The powder obtained in Example 7 contained wax wax with a melting point of 57 ° C, the powder obtained in Example 8 Montanesterwachs (melting point 80 ° C). Pellets were produced from the powders obtained as described in Example 1. The following values for the powder and pellet properties were obtained:
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Der Vergleich der Beispiele 5 und 7 zeigt, dass es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich ist, Presslinge mit einheitlich und reproduzierbar sehr hoherThe comparison of Examples 5 and 7 shows that it is possible with the method according to the invention to produce compacts with a uniform and reproducible very high level
Grünfestigkeit, d.h. mit geringem Abrieb, herzustellen, obwohl die Pressdichte geringer ist als die solcher Presslinge, die aus nur mit Wachs gemischtem Metallpulver hergestellt wurden. Das Pulver gemäß Beispiel 7 hatte keine akzeptablen Fließeigenschaften, während das gemäß Beispiel 8 die gleiche Fließfahigkeit hatte, wie die ungewachste Mischung in Beispiel 4, eine hohe Pressdichte mit einer sehr geringen Streuung aufwies, und die erforderliche hohe Grünfestigkeit bzw. Abriebfestigkeit hatte. Die Wechselwirkung des Presshilfsmittels mit der metallischen Wand der Pressform, die an sich erwünscht ist, sorgt aufgrund der besseren Wachsverteilung bei den Wachs-infiltrierten Pulvern naturgemäß zu einer stärkeren Wechselwirkung mit der Wand des verwendeten metallischen Trichters bei derGreen strength, i.e. with low abrasion, although the compact density is lower than that of compacts made from metal powder mixed only with wax. The powder according to Example 7 had no acceptable flow properties, while that according to Example 8 had the same flowability as the unwaxed mixture in Example 4, had a high compression density with very little scattering, and had the required high green strength or abrasion resistance. The interaction of the pressing aid with the metallic wall of the press mold, which is desirable per se, naturally leads to a stronger interaction with the wall of the metallic funnel used in the case of the wax-infiltrated powders because of the better wax distribution
Bestimmung der Fließfähigkeit gemäß ASTM B 417, so dass die Fließfähigkeit herabgesetzt ist. Beispiel 8 ist ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Pulver welches ein in Bezug auf die Fließfähigkeit optimiertes Wachs enthält. Beispiele 9 und 10 (9 = erfindungsgemäß)Determination of the flowability according to ASTM B 417 so that the flowability is reduced. Example 8 is an example of a powder according to the invention which contains a wax which is optimized with regard to the flowability. Examples 9 and 10 (9 = according to the invention)
93.5 Gewichtsanteile Wolframkarbid mit einem mittleren Korndurchmesser gemäß FSSS von 5 μm wurden mit 6.5 Gewichtsanteilen Kobaltmetallpulver (CoMP TVC, H.C. Starck GmbH) mit einem mittleren Korndurchmesser nach FSSS von 0.9 μm in einem Mischbehälter (System Turbula) gemischt. 98 Gewichtsteile der so erhaltenen Pulvermischung wurde danach mit 2 Gewichtsanteilen pulverförmigen Paraffinwaches (Schmelzpunkt 57 bis 59°C) gleichmäßig vermischt, und danach als Pulverschüttung auf einem Hordenblech für lh in einem Trockenschrank statisch auf 100°C erhitzt. Der erhaltene Kuchen wurde nach statischem Abkühlen über ein Sieb mit einer Sieböffnung von 1 mm abgesiebt (Beispiel 9)93.5 parts by weight of tungsten carbide with an average grain diameter according to FSSS of 5 μm were mixed with 6.5 parts by weight of cobalt metal powder (CoMP TVC, H.C. Starck GmbH) with an average grain diameter according to FSSS of 0.9 μm in a mixing container (Turbula system). 98 parts by weight of the powder mixture obtained in this way were then mixed uniformly with 2 parts by weight of powdered paraffin wax (melting point 57 to 59 ° C.), and then statically heated to 100 ° C. in a drying cabinet for 1 h in a tray. After static cooling, the cake obtained was sieved through a sieve with a sieve opening of 1 mm (Example 9)
Zum Vergleich wurden alle drei Komponenten in einem Zwangsmischer solange vermischt, bis die Mischguttemperatur auf 80°C angestiegen war (Heißmischen). Das Mischgut wurde nach dem statischen Erkalten über einem Sieb mit einer Sieböffnung 1 mm zerkleinert (Beispiel 10).For comparison, all three components were mixed in a compulsory mixer until the temperature of the mix had risen to 80 ° C (hot mixing). After static cooling, the mix was comminuted over a sieve with a sieve opening of 1 mm (example 10).
Es wurden folgende Werte zur Charakterisierung der Verdichtungs- und Fließeigenschaften bestimmt:The following values were determined to characterize the compression and flow properties:
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Man erkennt, dass das erfindungsgemäße Prinzip auch in Pulvermischungen wirksam ist. Es werden bei leicht schlechterer Fließfahigkeit im Vergleich zu dem gemäß Beispiel 10 hergestellten Pulver niedrigere Werte für die Klopfdichte erreicht, was ein Indikator für einen eher lockeren Aufbau des Pulverhaufwerks ist. Dies ist von Vorteil, wenn WCCo-Mischungen zu porös gesinterten Agglomeraten verarbeitet werden sollen, wie sie beim thermischen Spritzen verwendet werden, oder bei der Formgebung durch Pressen eine einheitliche Pressdichte und damit eine einheitliche Schrumpfung benötigt wird, um endkonturnah arbeiten zu können und Schleif- arbeiten am gesinterten Formstück zu reduzieren.It can be seen that the principle according to the invention is also effective in powder mixtures. With slightly poorer flowability, lower values for the tap density are achieved in comparison with the powder produced according to Example 10, which is an indicator of a rather loose structure of the powder pile. This is from This is an advantage when WCCo mixtures are to be processed into porous sintered agglomerates, such as those used in thermal spraying, or when shaping by pressing a uniform press density and thus a uniform shrinkage is required in order to be able to work close to the final contour and grinding work on the sintered Reduce fitting.
Beispiele 11 und 12 (Beispiel 12 erfindungsgemäß)Examples 11 and 12 (Example 12 according to the invention)
WC-Pulver mit einem mittleren Korndurchmesser gemäß FSSS von 5 μm und Kobaltmetallpulver (CoMP IVC, H.C. Starck GmbH) mit einem mittleren Korndurchmesser nach FSSS von 0.9 μm wurde gemäß WO 00/42230 AI zu einer 200 kg-Mischung der Zusammensetzung 94 Gew.-% WC und 6 Gew.-% Kobalt intensiv-vermischt. Hierbei wurden die Pulverkomponenten in einem Mischer sowohl durch Umwälzwerkzeuge als auch durch ein Rotor/Statorsystem intensiv vermischt, wobei sich die Mischung durch die eingetragene Energie stark erwärmte.WC powder with an average grain diameter in accordance with FSSS of 5 μm and cobalt metal powder (CoMP IVC, HC Starck GmbH) with an average grain diameter in accordance with FSSS of 0.9 μm was, according to WO 00/42230 AI, into a 200 kg mixture with the composition 94% by weight. % WC and 6% by weight cobalt intensely mixed. Here, the powder components were mixed intensively in a mixer using both circulating tools and a rotor / stator system, the mixture being heated up considerably by the energy input.
Der erkalteten Mischung wurden 3 kg entnommen, und die restlichen 197 kg mit 4 kg pulverförmigem Paraffinwachs (Schmelzpunkt 57 bis 59°C) in obigem Mischer heißgemischt, d.h. solange unter hohem Energieeintrag intensiv-gemischt bis das Mischgut sich auf eine Temperatur über den Schmelzpunkt des Wachses erhöht hat, und dann für weitere 20 min intensiv-gemischt. Das Mischgut wurde nach dem statischen Erkalten durch ein Sieb mit Sieböffhungen von 1 mm zerrieben, und anschließend über 315 μm abgesiebt (Beispiel 11). Es wurden zwei Fraktionen erhalten, wobei die 1. Fraktion Partikel einer Korngröße kleiner 315 μm aufwies (- 315 μm) und die 2. Fraktion Partikel einer Korngröße größer 315 μm (+ 315 μm). Die 2. Fraktion verblieb demzufolge auf dem Siebboden. Es wurden 38 Gew.-% der3 kg were removed from the cooled mixture and the remaining 197 kg were hot mixed with 4 kg of powdered paraffin wax (melting point 57 to 59 ° C.) in the above mixer, i.e. intensively mixed under high energy input until the mix has risen to a temperature above the melting point of the wax, and then intensively mixed for a further 20 min. After the static cooling, the mixture was ground through a sieve with sieve openings of 1 mm, and then sieved over 315 μm (Example 11). Two fractions were obtained, the first fraction having particles with a grain size smaller than 315 μm (-315 μm) and the second fraction having particles with a grain size larger than 315 μm (+ 315 μm). The 2nd fraction therefore remained on the sieve tray. 38% by weight of the
2. Fraktion (+ 315 μm) und 62 Gew.-% der 1. Fraktion (- 315 μm) erhalten. Die Wachs- und Kobaltgehalte beider Fraktionen unterschieden sich signifikant :
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2nd fraction (+ 315 μm) and 62% by weight of the 1st fraction (- 315 μm) obtained. The wax and cobalt contents of both fractions differed significantly:
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Man erkennt deutlich, dass Kobalt und Wachs sich in den größeren Agglomeraten anreichern ( Segregation ). Diese werden offensichtlich beim Heißmischen durch die hohen Scherkräfte, wiederum erzeugt durch die Schnelllaufenden Mischwerkzeuge (Rotor/Stator-System), aufgebaut. Presst man eine solche Hartmetallmischung und sintert sie, so erhält man ein Sintergefüge mit lokalen Kobaltanreicherungen, was sich negativ auf das Verschleiß- und Festigkeitsverhalten eines solchen Hartmetallwerkstoffs auswirkt. Zudem lässt sich eine solche Mischung nicht dispergieren, was für eine gegebenenfalls durchzuführende Sprühtrocknung zur Erzeugung fließfahiger Granulate notwendig wäre, da die größeren Agglomerate aussedimentieren.You can clearly see that cobalt and wax accumulate in the larger agglomerates (segregation). These are obviously built up during hot mixing by the high shear forces, again generated by the high-speed mixing tools (rotor / stator system). If such a hard metal mixture is pressed and sintered, a sintered structure with local cobalt enrichments is obtained, which has a negative effect on the wear and strength behavior of such a hard metal material. In addition, such a mixture cannot be dispersed, which would be necessary for spray drying, if appropriate, to produce flowable granules, since the larger agglomerates sediment out.
Die entnommenen 3 kg der WC-Co-Mischung in kaltem Zustand wurden erfindungsgemäß in einem Freifallmischer mit dem oben genannten Paraffinwachs vermischt, wobei der gleiche Wachsgehalt eingestellt wurde wie im vorhergehendenThe 3 kg of the WC-Co mixture removed in the cold state were mixed according to the invention in a free-fall mixer with the above-mentioned paraffin wax, the same wax content being set as in the preceding
Beispiel und keine nennenswerte Temperaturerhöhung eintrat (Beispiel 12, erfindungsgemäß). Das Mischgut wurde dann als Pulverschüttung auf ein metallisches Trockenblech gegeben, und anschließend statisch in einem Trockenschrank 1 h auf 80°C erhitzt. Nach dem statischen Erkalten wurde der entstandene Kuchen durch ein 1 mm-Sieb zerkleinert, und über 315 μm abgesiebt, wobei kein Siebrückstand übrigblieb. Der im Beispiel 11 beobachtete Segregation- seffekt unter Aufbau von Agglomeraten trat also nicht auf, da die Wachsinfiltration in ruhender Pulverschüttung erfolgte. Das erfmdungsgemäß erhaltene Pulver ließ sich zudem leicht in Flüssigkeit dispergieren, da kein Grobanteil vorhanden war, der zum Aussedimentieren neigte. Eine so erhältliche Dispersion konnte beispielsweise einem Sprühtrocknungs-Schritt zwecks Erzeugung fließfähiger Granulate zugeführt werden, ohne dass es beim Herstellen der zu sprühtrocknenden Dispersion von WCCo-Pulver in Flüssigkeit zum Aussedimentieren von gröberen Anteilen kam. Example and no significant temperature increase occurred (Example 12, according to the invention). The material to be mixed was then poured onto a metallic drying tray as a powder bed and then heated statically in a drying cabinet at 80 ° C. for 1 hour. After the static cooling, the resulting cake was crushed through a 1 mm sieve and sieved over 315 μm, leaving no sieve residue. The segregation effect observed in example 11 with the build-up of agglomerates therefore did not occur since the wax infiltration took place in a stationary powder bed. The powder obtained according to the invention was also easy to disperse in liquid, since there was no coarse fraction which tended to sediment out. A dispersion obtainable in this way could be fed, for example, to a spray drying step in order to produce flowable granules without coarser parts being sedimented out during the production of the spray-dried dispersion of WCCo powder in liquid.

Claims

Patentansprttche Patentansprttche
1. Verfahren zur Herstellung von mit Presshilfsmitteln versetzten Pulvern, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt pulverförmiges Press- hilfsmittel mit einem Ausgangspulver bei einer Temperatur unterhalb der1. A process for the production of powders mixed with pressing aids, characterized in that in a first step powdery pressing aids with a starting powder at a temperature below the
Schmelztemperatur des Presshilfsmittels gemischt wird, und in einem zweiten Schritt die aus dem ersten Schritt erhaltene Mischung als Pulverschüttung auf eine Temperatur von mindestens der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels erwärmt wird, wobei die Pulverschüttung während des zweiten Schrittes und bei einem nachfolgenden Abkühlen auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Presshilfsmittels nicht in sich bewegt wird.Melting temperature of the pressing aid is mixed, and in a second step the mixture obtained from the first step is heated as a powder bed to a temperature of at least the melting temperature of the pressing aid, the powder bed during the second step and with subsequent cooling to temperatures below the melting point of the Pressing aid is not moved in itself.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Presshilfsmitteln versetzte Pulver nach dem Erwärmen und Abkühlen abgesiebt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the powder mixed with pressing aids is sieved after heating and cooling.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Presshilfsmittel in einer Menge von 0,2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge von Presshilfsmittel und Ausgangspulver, eingesetzt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the powdery pressing aid is used in an amount of 0.2 to 10 wt .-%, based on the total amount of pressing aid and starting powder.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als pulverförmiges Presshilfsmittel Fettsäuren oder deren Ester oder deren Amide oder deren Metallsalze, Parafinwachse, Montanesterwachse, Poly- ethylene oder deren oxidierte Derivate oder Fettalkohole eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that fatty acids or their esters or their amides or their metal salts, paraffin waxes, montan ester waxes, polyethylene or their oxidized derivatives or fatty alcohols are used as the powdered pressing aid.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Presshilfsmittel einen Partikeldurchmesser von -5 bis -500 Dm aufweist. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the powdery pressing aid has a particle diameter of -5 to -500 Dm.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangspulver ein Metallpulver oder eine Mischung von Metallpulvern eingesetzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a metal powder or a mixture of metal powders is used as the starting powder.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangspulver ein Legierungspulver oder eine Mischung von Legierungspulvern eingesetzt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an alloy powder or a mixture of alloy powders is used as the starting powder.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangspulver ein oxidisches Pulver, ein Pulver eines Karbids oder eine8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an oxide powder, a powder of a carbide or a as the starting powder
Mischung von Karbid mit Metallpulvern eingesetzt wird.Mixture of carbide with metal powders is used.
9. Verfahren zur Herstellung von sinterbaren metallischen Formteilen aus mit Presshilfsmitteln versetzten Metallpulvern, dadurch gekennzeichnet, dass pulverförmiges Presshilfsmittel mit einem Metallpulver bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels gemischt, die erhaltene Mischung als in sich ruhendes Pulverbett auf eine Temperatur von mindestens der Schmelztemperatur des Presshilfsmittels erwärmt, in sich ruhend auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Presshilfsmittels abgekühlt und abschließend abgesiebt wird, und das so hergestellte mit9. A process for the production of sinterable metallic moldings from metal powders mixed with pressing aids, characterized in that powdered pressing aids are mixed with a metal powder at a temperature below the melting temperature of the pressing aid, the mixture obtained as a self-contained powder bed to a temperature of at least the melting temperature of the Press auxiliary heated, cooled to temperatures below the melting point of the auxiliary and then sieved, and the so produced with
Presshilfsmitteln versetzte Metallpulver in eine Pressform eingefüllt, unter Druck verdichtet, und schliesslich als gepresstes Formteil aus der Pressform ausgestossen wird.Pressing aids containing metal powder are poured into a mold, compressed under pressure, and finally ejected from the mold as a molded part.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der in sich ruhenden Pulverschüttung in einem kontinuierlichen betreibbarem Aggregat, enthaltend ein Förderband, erfolgt.10. The method according to claim 1), characterized in that the heating of the self-contained powder bed takes place in a continuously operable unit containing a conveyor belt.
11. Verfahren nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen der Mischung als Pulverschüttung auf einer Trägeφlatte mit seitlichem11. The method according to claim 1), characterized in that the heating of the mixture as a powder bed on a Trägerφlatte with lateral
Begrenzungswänden durchgeführt wird. Feid Nr. VIII (v) ERKLÄRUNG: UNSCHÄDLICHE OFFENBARUNGEN ODER AUSNAHMEN VON DERBoundary walls is carried out. Feid No. VIII (v) DECLARATION: HARMFUL REVELATIONS OR EXCEPTIONS FROM THE
NEUHE1TSSCHÄDL1CHKEJTNEUHE1TSSCHÄDL1CHKEJT
Die Erklärung muß dem in Abschnitt 215 vorgeschriebenen Wortlaut entsprechen; siehe Anmerkungen zu den Feldern VIII, VIII (i) bis (v) (allgemein) und insbesondere die Anmerkungen zum Feld Nr. VIII (v). Wird dieses Feld nicht benutzt, so sollte dieses Blatt dem Antrag nicht beigef gt werden.The declaration must conform to the wording prescribed in section 215; see comments on fields VIII, VIII (i) to (v) (general) and in particular the comments on field No. VIII (v). If this field is not used, this sheet should not be attached to the application.
Erklärung hinsichtlich unschädlicher' Offenbarangen oder Ausnahmen von der Neuheitsschädlichkeit (Regeln 4.17 Ziffer v und 51 bis.1 Absatz a Ziffer v): im bezug auf diese internationale Anmeldung, erklären Dr. Benno Gries und Dr. Bernhard Szesny, daß der in dieser internationalen Anmeldung beantragte Gegenstand wie folgt offenbart wurde:Declaration regarding innocuous revelations or exceptions to novelty (rules 4.17 point v and 51 to 1 paragraph a point v): regarding this international application, Dr. Benno Gries and Dr. Bernhard Szesny that the subject requested in this international application was disclosed as follows:
EP 0589 088 Bl 12.,08.1998 EP 0781 180 Bl 28.11.2001 US 5,498,276EP 0589 088 Bl 12., 08.1998 EP 0781 180 Bl 28.11.2001 US 5,498,276
US 2002/0127129 AI 12.09.2002 EP 0968 068 Bl 05.01.2000 WO 01/40416 AI 07.06.2001US 2002/0127129 AI 12.09.2002 EP 0968 068 B1 05.01.2000 WO 01/40416 AI 07.06.2001
□ Diese Erklärung wird auf dem folgenden Blatt fortgeführt, "Fortsetzungsblatt für Feld Nr. VIII (v)"□ This explanation is continued on the following sheet, "continuation sheet for field no. VIII (v)"
Formblatt PCT/RO/101 (Erklärangsblatt (v)) (März 2001; Nachdruck Juli 2003) Siehe Anmerkungen zu diesem Antragsformular Form PCT / RO / 101 (Declaration Sheet (v)) (March 2001; reprinted July 2003) See comments on this application form
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