WO2007009547A1 - Method for the alloying of aluminium to form components - Google Patents

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Zi Li
Enrico MÄHLIG
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Gkn Sinter Metals Holding Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for alloying aluminum to components as well as a manufactured by this method component.
  • aluminum is a preferred material, particularly in the aerospace and automotive industries. Made of aluminum or aluminum-containing materials components are compared with conventional, for example made of cast iron components easier. By reducing the weight of automobiles, for example, an increase in efficiency and a reduction in fuel consumption and an improvement in exhaust emissions can be achieved. For example, in engine and transmission construction currently the existing steel and castings are gradually replaced by those made of aluminum, or using aluminum. Since a combination of steel or castings with those made of aluminum causes problems due to the different physical behavior of the materials, it is desirable to replace as many classical steel or cast components as possible by those using aluminum. Because of this, problems due to differences in the materials used in terms of thermal expansion coefficients, thermal conductivity, elastic properties, etc. avoided. By the use of coordinated components, which are manufactured using aluminum, especially higher efficiencies are achieved.
  • a disadvantage of the powder metallurgical production of components using aluminum is in particular that aluminum and its alloys tend to occupy in air contact with an extremely stable metal oxide. As a result, in particular the specific surface is increased.
  • the oxide skins located on the aluminum-containing material inhibit the diffusion of the particles of the powder material used, which is necessary for sintering.
  • components made from aluminum-containing materials have reduced strength values, in particular a lower hardness, compared with those made of steel or cast iron.
  • the oxide skins located on the aluminum-containing starting material hinder the usual compression Process the cold welding of the particles with each other.
  • a typical aluminum-containing steel is for example the one with the German material number 1.4767.
  • it is particularly disadvantageous that they adversely affect the sintering step due to the high oxygen affinity of the aluminum already described above.
  • water atomization of such aluminum-containing steels is not acceptable from an economic point of view. If such aluminum-containing steels are to be used as fibers and therefore precede the actual sintering by a wire drawing step, then the metal oxide skin also leads to severe wear of the drawing die used.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for alloying aluminum to such components, which does not have the aforementioned disadvantages.
  • This object is achieved by a method for alloying aluminum to components, wherein the alloying of aluminum by adding alumi- nium restroomm material takes place, wherein the component with at least one aluminum-containing material receiving means surrounded and the thus formed element is sintered.
  • sintering is to be understood as meaning, in particular, the achievement of a sufficient temperature through which aluminum is converted into the gas phase and thereby at least partly precipitates on the surface of the relevant component and subsequently in the presence of sufficient temperatures the material of the component diffused into it.
  • inventive method which have increased levels of aluminum in a near-surface layer.
  • a prerequisite for carrying out the method according to the invention is of course that the component to be provided with aluminum does not itself go into a liquid state in the temperatures necessary for the diffusion of the aluminum into the component.
  • the component to be provided with aluminum may itself have aluminum contents (low-aluminum, in particular aluminum contents of less than 2% by weight, but this is preferably substantially free of aluminum.)
  • the advantage over the admixture of powder / fibers, if they are available / would be that there is no change in material consistency with respect to pores caused by molten aluminum.
  • the inventive method has the particular advantage that, for example, from conventional iron-chromium steels, optionally with levels of other metals, especially rare earths, starting initially components including green compacts can be produced with high strength values, which in a further step in terms of their properties the alloying of aluminum in particular influenced in the near-surface areas and targeted their aluminum content can be adjusted.
  • the aluminum-containing material such as an aluminum alloy, preferably pure aluminum
  • the sintering step upon reaching the melting temperature, which is, for example pure aluminum at a value of about 660 0 C, the then liquid aluminum-containing material receiving from the aluminum-containing material Medium is recorded over a large area.
  • the melting temperature which is, for example pure aluminum at a value of about 660 0 C
  • the then liquid aluminum-containing material receiving from the aluminum-containing material Medium is recorded over a large area.
  • the concentration of aluminum in the immediate vicinity of the component to be provided with aluminum is thereby kept high.
  • the aluminum-containing melt aluminum goes into the gas state and accumulates in the vapor.
  • the inventive method is characterized by a total of at least three temperature stages in the sintering step, wherein in the first temperature stage, the liquefaction of the aluminum-containing material, the second temperature stage characterizes the evaporation of aluminum, and in a third temperature level, the actual sintering with the diffusion of aluminum in the at least near-surface areas of the component takes place.
  • the aluminum-containing material receiving means preferably has a sufficiently large, in particular high pore volume, and is preferably constructed non-woven, with a non-woven of metal and / or ceramic is particularly preferably used.
  • the aluminum-containing material receiving means should have a large surface area, whereby evenly and over a large area, the molten after reaching the first temperature stage aluminum or aluminum-containing material received and thereby evenly to that of the aluminum-containing Material receiving means surrounding component is distributed around. As a result, if desired, a very uniform diffusion of the aluminum into the entire layer near the surface of the component can take place.
  • the sintering step of the process according to the invention is preferably carried out above the evaporation temperature of the aluminum-containing material, as already mentioned above.
  • the temperature at which the aluminum is alloyed by diffusion into the near-surface layers of the component is preferably at least 1000 ° C.
  • the evaporation temperature of the aluminum or of the aluminum-containing material may be lower.
  • the component is selected from a group comprising sintered and / or unsintered parts, in particular compacts, nonwovens, powder heaps or fiber mats.
  • the method according to the invention can thus be applied to components which have not yet undergone sintering, as well as to components which have already been sintered.
  • pressed green compacts before sintering according to the method of the invention with the aluminum-containing material receiving means are surrounded and sintered with the addition of aluminum-containing material, wherein simultaneously with the sintering and the addition of aluminum.
  • the sintering of the component and the alloying of aluminum can also take place in separate steps.
  • the aluminum-containing material is preferably used in the form of a sheet metal foil, as a powder, as a wire, as a woven fabric and / or as a fiber. Particularly preferred is the use in the form of an aluminum foil, which is also additionally provided on at least one side with an embossing to increase the surface and easier transfer of the aluminum in the vapor phase. It is preferably provided that the aluminum-containing material consists of pure aluminum.
  • the aluminum-containing material can also consist of aluminum-containing alloys. These can be prepared, for example, from powder mixtures comprising 60 to 98.5% by weight, based on the total amount of the powder mixture, preferably 75 to 92% by weight, of an aluminum-based powder of metals and / or their alloys comprising aluminum, 0.2 to 30% by weight % Magnesium, 0, 2 to 40 wt% silicon, 0.2 to 15 wt% copper, 0.2 to 15 wt% zinc, 0.2 to 15 wt% titanium, 0, 2 to 10 wt% tin, 0, 2 to 5% by weight of manganese, 0.2 to 10% by weight of nickel and / or less than 1% by weight of arsenic, antimony, cobalt, beryllium, lead and / or boron, the weight percentages being Weil are based on the total amount of an aluminum-based powder.
  • the powder mixture for producing an aluminum-containing alloy may additionally or alternatively be admixed with 0.8 to 40% by weight, preferably 7 to 15% by weight, based on the total amount of the powder mixture, of a metal powder selected from a group of metals and / or their alloys, consisting of iron, molybdenum, tungsten, chromium, vanadium, zirconium and / or yttrium.
  • first the aluminum-containing material is brought into contact with the component and then the component is surrounded by the means receiving at least one aluminum-containing material.
  • contacting means not only direct contact between the aluminum-containing material and the component, but also only partial or partial contact, as well as an arrangement of the aluminum-containing material close to or immediately adjacent to the component.
  • the aluminum-containing material is first placed on the aluminum-containing material receiving means and then brought the material with the component in contact by surrounding the same with the agent. It can also be provided in a further alternative embodiment that aluminum-containing material is introduced into the area between the component and the means after the environment of the component with the aluminum-containing material. This alternative embodiment is particularly suitable when using aluminum-containing material as a powder and / or fiber or mixtures thereof.
  • the component is wrapped with at least one metal fleece, wherein between the fleece and the component aluminum foil, in particular embossed, is arranged.
  • This preferred embodiment has the great advantage that a relatively high proportion of aluminum can be simply and safely arranged in the immediate vicinity of the component, and that the thus formed coil can be handled easily in the subsequent sintering step or alloying step.
  • the concentration of aluminum in the vapor phase can be uniformly adjusted over the entire area surrounding the component. It can also be provided that either a single or multi-layer aluminum foil is used or a plurality of foil layers are used individually one above the other.
  • the aluminum foil should at most contain impurities of other metals. Can be used che, also known from the packaging industry embossed and unembossed aluminum foil.
  • this green compact can also be subjected to a post-compaction (which can also be called intermediate compaction).
  • a post-compaction which can also be called intermediate compaction.
  • a pressed green compact can be re-introduced into a customary matrix mold and at least partially recompressed in it by corresponding pressing dies.
  • the recompression tools can be completely or partially conical, so that particularly high densities can be achieved at certain predetermined locations of the green compact.
  • the green compact is preferably dewaxed. The dewaxing is preferably carried out under nitrogen, hydrogen, air and / or mixtures of said gases, in particular with targeted air supply.
  • dewaxing can be carried out with endogas and / or exogas, then preferably in a vacuum.
  • the dewaxing can preferably be effected by superimposed microwaves and / or ultrasound or only by means of microwaves for temperature control.
  • dewaxing can also be achieved by solvents such as alcohol or the like. or via critical carbon dioxide with or without the action of temperature, microwaves or ultrasound or a combination of the aforementioned methods.
  • the actual sintering step can subsequently be carried out on the step of alloying the aluminum.
  • a necessary heat treatment in particular a homogenization annealing, may optionally be connected subsequently.
  • the heat treatment can be carried out depending on the chemical composition of the component obtained.
  • the sintered component can also be quenched, preferably starting from the sintering or homogenizing annealing temperature, in water or else via a gas-fired cooling.
  • a calibration can be carried out before or after the homogenization annealing.
  • the calibration is carried out at room temperature or elevated temperature. up to the forging temperature, even with pressures of up to 900 N / mm 2 .
  • the calibration can be performed even above the solidus line, in which case the component can also be taken directly from the sintering heat or the temperature used in the alloying of the aluminum.
  • the present invention further relates to a component produced according to the method of the invention.
  • the component produced according to the invention is characterized in particular by the fact that an increase in the aluminum content can be established in the regions near the surface.
  • the resulting component may be at least partially provided in such areas with increased aluminum content.
  • the components obtained by means of the method according to the invention can be used in particular in the hot gas filtration, but especially in the exhaust gas filtration for internal combustion engines, and in particular as a carrier for catalysts or as a soot filter. Furthermore, the components produced by means of the method according to the invention can be used in membrane reactors in which gas reactions take place.
  • the components produced by means of the method according to the invention have an increased resistance to oxidation compared with those without an increase in aluminum in the layer near the surface.
  • the green compact thus produced was single-wrapped with commercial aluminum foil provided with at least one side embossment, taking care that the aluminum foil uniformly and tightly abutted the green tube.
  • This component provided with the aluminum foil was then placed between two metal fleeces having a composition of 75% iron, 20% chromium and 5% aluminum, these metal fleeces having a porosity of 85%.
  • the thus formed coil was introduced into a vacuum oven. When the temperature reaches the melting temperature of aluminum at about 660 0 C, the aluminum foil begins to melt and the molten aluminum is large-area and uniformly absorbed by the two metal webs. As a result, a dripping of the aluminum melt and thus a reduction in the amount of aluminum present in the immediate vicinity of the component is prevented.
  • the evaporation temperature for aluminum When the evaporation temperature for aluminum is exceeded, it evaporates and deposits on a large area on the surface of the green compact produced from the aluminum-free steel.
  • the temperature in the oven can be increased stepwise, but it can also be immediately given a temperature above the evaporation temperature and, if desired, at the same time above the sintering temperature.
  • a fiber mat was sintered from the material with the German material number 1.4113 (aluminum-free) under normal conditions. Subsequently, the sintered fiber mat was uniformly provided with aluminum foil on both sides, and the aluminum foil-provided fiber mat was then sandwiched between two metal nonwovens having a lower porosity and larger surface area than the prepared fiber mat. Subsequently, the alloying of aluminum was carried out, as already described above concerning the Pumpenrad harmonyling. As a result, it was possible to obtain a fiber mat whose alloyed aluminum content was greater than 5% by weight, based on the total amount of the fiber mat.
  • the aluminum content of the finished fiber mat was more than 1% by weight, based on the total amount of the fiber mat, after aluminum had been alloyed under comparable conditions.
  • a green compact was made from a powder of Inconel 600, the aluminum content after alloying according to the method described above using an aluminum foil of the finished sintered component was more than 1% by weight, based on the total amount of the component which is Inconel 601 equivalent.
  • the present invention provides a simple process whereby, in particular, aluminum-free materials are also subsequently produced Of sintered components of these with aluminum at least in the near-surface areas and thus can be provided with the advantageous properties thereof.

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Abstract

To achieve the object of providing a method by which the disadvantages entailed in the production of components from materials that contain aluminium are avoided, a method for alloying aluminium to form components is proposed, the alloying of aluminium taking place by adding an aluminium-containing material, the component being surrounded by at least one means receiving aluminium-containing material and the element that is formed in such a way being sintered. With preference, the component is wrapped in at least one metal nonwoven, an aluminium foil being arranged between the nonwoven and the component.

Description

Verfahren zur Zulegierung von Aluminium zu Bauteilen Process for alloying aluminum to components
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zulegierung von Aluminium zu Bauteilen sowie ein mittels dieses Verfahrens hergestelltes Bauteil.The present invention relates to a method for alloying aluminum to components as well as a manufactured by this method component.
Aluminium ist aufgrund seiner speziellen Eigenschaften ein bevorzugter Werkstoff insbesondere in der Raumfahrt und Automobilindustrie. Aus Aluminium bzw. Aluminium enthaltenden Werkstoffen hergestellte Bauteile sind im Vergleich mit üblichen, beispielsweise aus Gusseisen hergestellten Bauteilen, leichter. Durch die Verringerung des Gewichts sind beispielsweise bei Automobilen eine Steigerung des Wirkungsgrades sowie eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verbesserung der Abgaswerte zu erreichen. Beispielsweise im Motor- und Getriebebau werden gegenwärtig die bisherigen Stahl- und Gussteile Stück für Stück ersetzt durch solche aus Aluminium, bzw. unter Verwendung von Aluminium hergestellten. Da bei einer Kombination von Stahl- bzw. Gussteilen mit solchen aus Aluminium Probleme aufgrund des unterschiedlichen physikalischen Verhaltens der Werkstoffe auftreten, ist es wünschenswert, möglichst viele klassische Bauteile aus Stahl oder Guss durch solche unter Verwendung von Aluminium hergestellte zu ersetzen. Denn hierdurch werden Probleme aufgrund von Unterschieden der eingesetzten Materialien hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der thermischen Leitfähigkeit, der elastischen Eigenschaften etc. vermieden. Durch die Verwendung von aufeinander abgestimmten Bauteilen, welche unter Verwendung von Aluminium hergestellt sind, werden insbesondere auch höhere Wirkungsgrade erzielt.Due to its special properties, aluminum is a preferred material, particularly in the aerospace and automotive industries. Made of aluminum or aluminum-containing materials components are compared with conventional, for example made of cast iron components easier. By reducing the weight of automobiles, for example, an increase in efficiency and a reduction in fuel consumption and an improvement in exhaust emissions can be achieved. For example, in engine and transmission construction currently the existing steel and castings are gradually replaced by those made of aluminum, or using aluminum. Since a combination of steel or castings with those made of aluminum causes problems due to the different physical behavior of the materials, it is desirable to replace as many classical steel or cast components as possible by those using aluminum. Because of this, problems due to differences in the materials used in terms of thermal expansion coefficients, thermal conductivity, elastic properties, etc. avoided. By the use of coordinated components, which are manufactured using aluminum, especially higher efficiencies are achieved.
Da viele Motor-, Kupplungs- und Getriebebauteile pulvermetallurgisch hergestellt werden, besteht ein großes Interesse daran, Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels welchen Aluminiumbauteile pulvermetallurgisch hergestellt werden können. Nachteilig an der pulvermetallurgischen Herstellung von Bauteilen unter Verwendung von Aluminium ist insbesondere, dass Aluminium und seine Legierungen dazu neigen, sich bei Luftkontakt mit einem äußerst stabilen Metalloxid zu belegen. Hierdurch wird insbesondere die spezifische Oberfläche erhöht. Durch die sich auf dem eingesetzten aluminiumhaltigen Material befindlichen Oxidhäute wird die für das Sintern notwendige Diffusion der Partikel des verwendeten Pulvermaterials behindert. Weiterhin weisen aus aluminiumhaltigen Materialien hergestellte Bauteile im Vergleich zu solchen aus Stahl oder Guss hergestellten verminderte Festigkeitswerte, insbesondere eine geringere Härte, auf. Zudem behindern die sich auf dem aluminiumhaltigen Ausgangsmaterial befindlichen Oxidhäute im üblichen Press- Vorgang die Kaltverschweißung der Partikel untereinander.Since many engine, clutch and transmission components are produced by powder metallurgy, there is great interest in providing methods by means of which aluminum components can be produced by powder metallurgy. A disadvantage of the powder metallurgical production of components using aluminum is in particular that aluminum and its alloys tend to occupy in air contact with an extremely stable metal oxide. As a result, in particular the specific surface is increased. The oxide skins located on the aluminum-containing material inhibit the diffusion of the particles of the powder material used, which is necessary for sintering. Furthermore, components made from aluminum-containing materials have reduced strength values, in particular a lower hardness, compared with those made of steel or cast iron. In addition, the oxide skins located on the aluminum-containing starting material hinder the usual compression Process the cold welding of the particles with each other.
Ein typischer aluminiumhaltiger Stahl ist beispielsweise derjenige mit der deutschen Werkstoffnummer 1.4767. Bei Einsatz derartiger aluminiumhaltiger Stähle ist jedoch ins- besondere nachteilig, dass sich diese aufgrund der bereits vorstehend beschriebenen hohen Sauerstoffaffinität des Aluminiums nachteilig im Sinterschritt verhalten. Auch ist eine Wasserverdüsung derartiger aluminiumhaltiger Stähle unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht tragbar. Sollen derartige aluminiumhaltige Stähle als Fasern eingesetzt werden und daher dem eigentlichen Sintern ein Drahtziehschritt vorausgehen, so führt die Metalloxidhaut zudem zu einem starken Verschleiß des eingesetzten Ziehsteins.A typical aluminum-containing steel is for example the one with the German material number 1.4767. When using such aluminum-containing steels, however, it is particularly disadvantageous that they adversely affect the sintering step due to the high oxygen affinity of the aluminum already described above. Also, water atomization of such aluminum-containing steels is not acceptable from an economic point of view. If such aluminum-containing steels are to be used as fibers and therefore precede the actual sintering by a wire drawing step, then the metal oxide skin also leads to severe wear of the drawing die used.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren, mittels welchem aluminiumhaltige Bauteile hergestellt werden, ohne dass im Herstellungsverfahren die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile auftreten. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Zulegierung von Aluminium zu derartigen Bauteilen zur Verfügung zu stellen, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.There is therefore a need for a process by means of which aluminum-containing components are produced without the disadvantages known from the prior art occurring in the production process. The object of the present invention is therefore to provide a method for alloying aluminum to such components, which does not have the aforementioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Zulegierung von Aluminium zu Bauteilen, wobei die Zulegierung von Aluminium durch Zugabe von alumi- niumhaltigem Material erfolgt, wobei das Bauteil mit mindestens einem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgeben und das solchermaßen gebildete Element gesintert wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist betreffend das erfindungsgemäße Verfahren unter Sintern insbesondere zu verstehen die Erzielung einer ausreichenden Temperatur, durch welche Aluminium in die Gasphase überführt wird und sich hierdurch zu- mindest teilweise auf der Oberfläche des betreffenden Bauteils niederschlägt und anschließend bei Vorliegen ausreichender Temperaturen in das Material des Bauteils hineindiffundiert. Somit werden durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Bauteile erhalten, welche in einer oberflächennahen Schicht erhöhte Gehalte von Aluminium aufweisen. Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich, dass das mit Aluminium zu versehende Bauteil bei den zur Diffusion des Aluminiums in das Bauteil hinein notwendigen Temperaturen nicht selbst in einen flüssigen Zustand übergeht. Das mit Aluminium zu versehende Bauteil kann selbst Gehalte an Aluminium aufweisen (aluminiumarme, insbesondere Aluminium-Gehalte von weniger als 2 Gew%, bevorzugt ist dieses jedoch im Wesentlichen aluminiumfrei. Der Vorteil gegenüber der Beimischung von Pulver/Fasern, so sie denn erhältlich sind/wären, ist, dass keine Veränderungen der Materialkonsistenz im Hinblick auf Poren, die durch Schmelze des Aluminiums verursacht werden, auftritt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass beispielsweise von üblichen Eisen-Chrom-Stählen, gegebenenfalls mit Gehalten an sonstigen Metallen, insbesondere Seltenen Erden, ausgehend zunächst Bauteile einschließlich Grünlinge mit hohen Festigkeitswerten hergestellt werden können, welche in einem weiteren Schritt hinsichtlich ihrer Eigenschaften durch das Zulegieren von Aluminium insbesondere in die oberflächennahen Bereiche beeinflusst und gezielt deren Aluminiumgehalt eingestellt werden kann.This object is achieved by a method for alloying aluminum to components, wherein the alloying of aluminum by adding alumi- niumhaltigem material takes place, wherein the component with at least one aluminum-containing material receiving means surrounded and the thus formed element is sintered. For the purposes of the present invention, sintering is to be understood as meaning, in particular, the achievement of a sufficient temperature through which aluminum is converted into the gas phase and thereby at least partly precipitates on the surface of the relevant component and subsequently in the presence of sufficient temperatures the material of the component diffused into it. Thus, in particular components are obtained by the inventive method, which have increased levels of aluminum in a near-surface layer. A prerequisite for carrying out the method according to the invention is of course that the component to be provided with aluminum does not itself go into a liquid state in the temperatures necessary for the diffusion of the aluminum into the component. The component to be provided with aluminum may itself have aluminum contents (low-aluminum, in particular aluminum contents of less than 2% by weight, but this is preferably substantially free of aluminum.) The advantage over the admixture of powder / fibers, if they are available / would be that there is no change in material consistency with respect to pores caused by molten aluminum. The inventive method has the particular advantage that, for example, from conventional iron-chromium steels, optionally with levels of other metals, especially rare earths, starting initially components including green compacts can be produced with high strength values, which in a further step in terms of their properties the alloying of aluminum in particular influenced in the near-surface areas and targeted their aluminum content can be adjusted.
Das aluminiumhaltige Material, welches beispielsweise eine Aluminiumlegierung, bevorzugt reines Aluminium, ist, verflüssigt sich im Sinterschritt bei Erreichen der Schmelztemperatur, welche beispielsweise bei reinem Aluminium bei einem Wert von etwa 660 0C liegt, wobei das dann flüssige aluminiumhaltige Material von dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel großflächig aufgenommen wird. Hierdurch wird ein Abtropfen der aluminiumhaltigen Schmelze verringert und die Konzentration von Aluminium in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem mit Aluminium zu versehenden Bauteil wird hierdurch hoch gehalten. Beim Unterschreiten des Dampfdruckes, bevorzugt oberhalb von etwa 1000 0C, der aluminiumhaltigen Schmelze geht Aluminium in den Gaszustand über und reichert sich im Dampf an. Da sich der aluminiumhaltige Dampf in unmittelbarer Nähe zu dem mit Aluminium zu versehenden Bauteil entwickelt, kann das gasförmige Aluminium sich zumindest teilweise auf der Oberfläche des betreffenden Bauteils niederschlagen und wird durch Erreichen der Sintertemperatur des Bauteils in die oberflächennahen Schichten desselben hineindiffundieren. Das aufgelöste Aluminium weist einen thermodynamisch geringeren Dampfdruck auf und bleibt im Bauteil stabil. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren charakterisiert durch insgesamt mindestens drei Temperaturstufen im Sinterschritt, wobei in der ersten Temperaturstufe die Verflüssigung des aluminiumhaltigen Materials erfolgt, die zweite Temperaturstufe die Verdampfung des Aluminiums kennzeichnet, und in einer dritten Temperaturstufe die eigentliche Sinterung mit der Diffusion des Aluminiums in die zumindest oberflächennahen Bereiche des Bauteils erfolgt.The aluminum-containing material such as an aluminum alloy, preferably pure aluminum, is liquefied in the sintering step upon reaching the melting temperature, which is, for example pure aluminum at a value of about 660 0 C, the then liquid aluminum-containing material receiving from the aluminum-containing material Medium is recorded over a large area. As a result, dripping of the aluminum-containing melt is reduced and the concentration of aluminum in the immediate vicinity of the component to be provided with aluminum is thereby kept high. When falling below the vapor pressure, preferably above about 1000 0 C, the aluminum-containing melt aluminum goes into the gas state and accumulates in the vapor. Since the aluminum-containing vapor develops in close proximity to the aluminum component, the gaseous aluminum may be at least partially deposited on the surface of the component concerned and will diffuse into the near-surface layers by reaching the sintering temperature of the component. The dissolved aluminum has a thermodynamically lower vapor pressure and remains stable in the component. Thus, the inventive method is characterized by a total of at least three temperature stages in the sintering step, wherein in the first temperature stage, the liquefaction of the aluminum-containing material, the second temperature stage characterizes the evaporation of aluminum, and in a third temperature level, the actual sintering with the diffusion of aluminum in the at least near-surface areas of the component takes place.
Das aluminiumhaltiges Material aufnehmende Mittel weist bevorzugt ein ausreichend großes, insbesondere hohes Porenvolumen auf, und ist vorzugsweise vliesartig aufgebaut, wobei besonders bevorzugt ein Vlies aus Metall und/oder Keramik eingesetzt wird. Grundsätzlich sollte vorzugsweise das aluminiumhaltiges Material aufnehmende Mittel eine große Oberfläche aufweisen, wodurch gleichmäßig und großflächig das nach Erreichen der ersten Temperaturstufe geschmolzene Aluminium bzw. aluminiumhaltige Material aufgenommen und hierdurch auch gleichmäßig um das von dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgebende Bauteil herum verteilt wird. Hierdurch kann dann, soweit gewünscht, eine sehr gleichmäßige Diffusion des Aluminiums in die gesamte oberflächennahe Schicht des Bauteils erfolgen.The aluminum-containing material receiving means preferably has a sufficiently large, in particular high pore volume, and is preferably constructed non-woven, with a non-woven of metal and / or ceramic is particularly preferably used. In principle, preferably the aluminum-containing material receiving means should have a large surface area, whereby evenly and over a large area, the molten after reaching the first temperature stage aluminum or aluminum-containing material received and thereby evenly to that of the aluminum-containing Material receiving means surrounding component is distributed around. As a result, if desired, a very uniform diffusion of the aluminum into the entire layer near the surface of the component can take place.
Der Sinterschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt oberhalb der Verdampfungstemperatur des aluminiumhaltigen Materials, wie bereits vorstehend angesprochen. Die Temperatur, bei welcher die Zulegierung des Aluminiums durch Diffusion in die oberflächennahen Schichten des Bauteils erfolgt, beträgt bevorzugt mindestens 1000 0C. Die Verdampfungstemperatur des Aluminiums bzw. des aluminiumhaltigen Materials kann darunter liegen.The sintering step of the process according to the invention is preferably carried out above the evaporation temperature of the aluminum-containing material, as already mentioned above. The temperature at which the aluminum is alloyed by diffusion into the near-surface layers of the component is preferably at least 1000 ° C. The evaporation temperature of the aluminum or of the aluminum-containing material may be lower.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil ausgewählt aus einer Gruppe umfassend gesinterte und/oder ungesinterte Teile, insbesondere Presslinge, Vliese, Pulverhaufwerke oder Fasermatten. Das erfindungsgemä- ße Verfahren kann somit Anwendung finden auf Bauteile, welche noch nicht einer Sinterung unterzogen wurden, als auch auf Bauteile, welche bereits gesintert wurden. So können beispielsweise gepresste Grünlinge vor dem Sintern gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgeben werden und unter Zugabe von aluminiumhaltigem Material gesintert werden, wobei gleichzeitig mit der Sinterung auch die Zulegierung von Aluminium erfolgt. Die Sinterung des Bauteils und die Zulegierung von Aluminium kann jedoch auch in getrennten Schritten erfolgen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the component is selected from a group comprising sintered and / or unsintered parts, in particular compacts, nonwovens, powder heaps or fiber mats. The method according to the invention can thus be applied to components which have not yet undergone sintering, as well as to components which have already been sintered. For example, pressed green compacts before sintering according to the method of the invention with the aluminum-containing material receiving means are surrounded and sintered with the addition of aluminum-containing material, wherein simultaneously with the sintering and the addition of aluminum. However, the sintering of the component and the alloying of aluminum can also take place in separate steps.
Das aluminiumhaltige Material wird bevorzugt in Form einer Blechfolie, als Pulver, als Draht, als Gewebe und/oder als Faser eingesetzt. Besonders bevorzugt ist dabei der Ein- satz in Form einer Aluminiumfolie, welche zudem zusätzlich auf mindestens einer Seite mit einer Prägung zur Erhöhung der Oberfläche und leichteren Überführung des Aluminiums in die Dampfphase versehen wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das aluminiumhaltige Material aus reinem Aluminium besteht.The aluminum-containing material is preferably used in the form of a sheet metal foil, as a powder, as a wire, as a woven fabric and / or as a fiber. Particularly preferred is the use in the form of an aluminum foil, which is also additionally provided on at least one side with an embossing to increase the surface and easier transfer of the aluminum in the vapor phase. It is preferably provided that the aluminum-containing material consists of pure aluminum.
Das aluminiumhaltige Material kann aber auch aus aluminiumhaltigen Legierungen bestehen. Diese können beispielsweise aus Pulvermischungen hergestellt werden, umfassend 60 bis 98,5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, bevorzugt 75 bis 92 Gew%, eines Aluminiumbasispulvers aus Metallen und/oder deren Legierungen, umfassend Aluminium, 0,2 bis 30 Gew% Magnesium, 0, 2 bis 40 Gew% Silizium, 0,2 bis 15 Gew% Kupfer, 0,2 bis 15 Gew% Zink, 0,2 bis 15 Gew% Titan, 0, 2 bis 10 Gew% Zinn, 0,2 bis 5 Gew% Mangan, 0,2 bis 10 Gew% Nickel und/oder weniger als 1 Gew% an Arsen, Antimon, Kobalt, Beryllium, Blei und/oder Bor, wobei die Gewichtsprozentanteile je- weils bezogen sind auf die Gesamtmenge eines Aluminiumbasispulvers. Der Pulvermischung zur Herstellung einer aluminiumhaltigen Legierung kann des Weiteren zusätzlich oder alternativ zugemischt sein 0,8 bis 40 Gew%, bevorzugt 7 bis 15 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Pulvermischung, eines Metallpulvers, ausgewählt aus einer Grup- pe von Metallen und/oder deren Legierungen, bestehend aus Eisen, Molybdän, Wolfram, Chrom, Vanadium, Zirkon und/oder Yttrium.The aluminum-containing material can also consist of aluminum-containing alloys. These can be prepared, for example, from powder mixtures comprising 60 to 98.5% by weight, based on the total amount of the powder mixture, preferably 75 to 92% by weight, of an aluminum-based powder of metals and / or their alloys comprising aluminum, 0.2 to 30% by weight % Magnesium, 0, 2 to 40 wt% silicon, 0.2 to 15 wt% copper, 0.2 to 15 wt% zinc, 0.2 to 15 wt% titanium, 0, 2 to 10 wt% tin, 0, 2 to 5% by weight of manganese, 0.2 to 10% by weight of nickel and / or less than 1% by weight of arsenic, antimony, cobalt, beryllium, lead and / or boron, the weight percentages being Weil are based on the total amount of an aluminum-based powder. The powder mixture for producing an aluminum-containing alloy may additionally or alternatively be admixed with 0.8 to 40% by weight, preferably 7 to 15% by weight, based on the total amount of the powder mixture, of a metal powder selected from a group of metals and / or their alloys, consisting of iron, molybdenum, tungsten, chromium, vanadium, zirconium and / or yttrium.
In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zuerst das aluminiumhaltige Material in Kontakt mit dem Bauteil gebracht und anschließend das Bau- teil mit dem mindestens einen aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgeben. In-Kontakt-Bringen im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dabei nicht nur unmittelbaren Kontakt zwischen dem aluminiumhaltigen Material und dem Bauteil, sondern auch nur teilweisen bzw. teilflächigen Kontakt wie auch eine Anordnung des aluminiumhaltigen Materials nahe bei bzw. unmittelbar benachbart zu dem Bauteil.In an alternative embodiment of the method according to the invention, first the aluminum-containing material is brought into contact with the component and then the component is surrounded by the means receiving at least one aluminum-containing material. In the context of the present invention, contacting means not only direct contact between the aluminum-containing material and the component, but also only partial or partial contact, as well as an arrangement of the aluminum-containing material close to or immediately adjacent to the component.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das aluminiumhaltige Material zuerst auf das aluminiumhaltiges Material aufnehmende Mittel gegeben und anschließend das Material mit dem Bauteil in Kontakt durch Umgebung desselben mit dem Mittel gebracht. Auch kann in einer weiteren alternativen Ausfüh- rungsform vorgesehen sein, dass nach Umgebung des Bauteils mit dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel aluminiumhaltiges Material in den Bereich zwischen dem Bauteil und dem Mittel eingegeben wird. Diese alternative Ausführungsform ist insbesondere geeignet bei Einsatz von aluminiumhaltigem Material als Pulver und/oder Faser bzw. deren Mischungen.In a further alternative embodiment of the method according to the invention, the aluminum-containing material is first placed on the aluminum-containing material receiving means and then brought the material with the component in contact by surrounding the same with the agent. It can also be provided in a further alternative embodiment that aluminum-containing material is introduced into the area between the component and the means after the environment of the component with the aluminum-containing material. This alternative embodiment is particularly suitable when using aluminum-containing material as a powder and / or fiber or mixtures thereof.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil mit mindestens einem Metallvlies umwickelt, wobei zwischen dem Vlies und dem Bauteil Aluminiumfolie, insbesondere auch geprägte, angeordnet wird. Diese bevorzugte Ausführungsform weist den großen Vorteil auf, dass hier einfach und sicher ein re- lativ hoher Anteil an Aluminium in unmittelbarer Nähe des Bauteils angeordnet werden kann, und dass der solchermaßen gebildete Wickel im anschließenden Sinterschritt bzw. Zulegierungsschritt einfach handhabbar ist. Zudem lässt sich durch Einsatz von Folie die Konzentration von Aluminium in der Dampfphase über den gesamten das Bauteil umgebenden Bereich gleichmäßig einstellen. Es kann auch vorgesehen werden, dass entweder eine ein- oder mehrlagige Aluminiumfolie verwendet wird oder aber mehrere Folienschichten einzeln übereinander eingesetzt werden. Neben Aluminium sollte die Aluminiumfolie allenfalls Verunreinigungen weiterer Metalle aufweisen. Zum Einsatz gelangen kann übli- che, auch aus der Verpackungsindustrie bekannte geprägte und ungeprägte Aluminiumfolie.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the component is wrapped with at least one metal fleece, wherein between the fleece and the component aluminum foil, in particular embossed, is arranged. This preferred embodiment has the great advantage that a relatively high proportion of aluminum can be simply and safely arranged in the immediate vicinity of the component, and that the thus formed coil can be handled easily in the subsequent sintering step or alloying step. In addition, by using foil, the concentration of aluminum in the vapor phase can be uniformly adjusted over the entire area surrounding the component. It can also be provided that either a single or multi-layer aluminum foil is used or a plurality of foil layers are used individually one above the other. In addition to aluminum, the aluminum foil should at most contain impurities of other metals. Can be used che, also known from the packaging industry embossed and unembossed aluminum foil.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgehend von einem Grünling vorgenommen, so kann dieser Grünling auch einer Nachverdichtung (welche auch Zwischenverdichtung genannt werden kann) unterzogen werden. So kann beispielsweise ein gepresster Grünling erneut in eine übliche Matrizenform eingebracht und in dieser zumindest teilweise durch entsprechende Pressstempel nachverdichtet werden. Vorzugsweise können dabei die Nachverdichtungswerkzeuge ganz oder teilweise konisch ausgelegt werden, so dass an bestimmten vorherbestimmten Stellen des Grünlings besonders hohe Verdichtungen erreicht werden können. Vor der Zulegierung von Aluminium bzw. vor dem Sintern des Grünlings wird bevorzugt der Grünling entwachst. Das Entwachsen erfolgt vorzugsweise unter Stickstoff, Wasserstoff, Luft und/oder Mischungen der genannten Gase, insbesondere auch mit gezielter Luftzuführung. Weiterhin kann die Entwachsung mit Endogas und/oder Exogas vorgenommen werden, dann bevorzugt im Vakuum. Die Entwachsung kann bevorzugt durch überlagerte Mikrowellen und/oder Ultraschall oder nur über Mikrowellen zur Temperaturführung erfolgen. Schließlich kann das Entwachsen auch über Lösemittel wie Alkohol o.a. oder über kritischen Kohlendioxid mit oder ohne Einwirken von Temperatur, Mikrowellen oder Ultraschall oder über eine Kombination der vorgenannten Verfahren vorgenommen werden.If the method according to the invention is carried out starting from a green compact, then this green compact can also be subjected to a post-compaction (which can also be called intermediate compaction). Thus, for example, a pressed green compact can be re-introduced into a customary matrix mold and at least partially recompressed in it by corresponding pressing dies. Preferably, the recompression tools can be completely or partially conical, so that particularly high densities can be achieved at certain predetermined locations of the green compact. Before the alloying of aluminum or before sintering of the green compact, the green compact is preferably dewaxed. The dewaxing is preferably carried out under nitrogen, hydrogen, air and / or mixtures of said gases, in particular with targeted air supply. Furthermore, the dewaxing can be carried out with endogas and / or exogas, then preferably in a vacuum. The dewaxing can preferably be effected by superimposed microwaves and / or ultrasound or only by means of microwaves for temperature control. Finally, dewaxing can also be achieved by solvents such as alcohol or the like. or via critical carbon dioxide with or without the action of temperature, microwaves or ultrasound or a combination of the aforementioned methods.
An den Schritt der Zulegierung des Aluminiums kann nachfolgend der eigentliche Sinterschritt durchgeführt werden. Liegt das Bauteil jedoch schon als gesintertes Bauteil oder massives Bauteil vor, kann nachfolgend gegebenenfalls eine notwendige Wärmebehand- lung, insbesondere ein Homogenisierungsglühen, angeschlossen werden. Dabei kann die Wärmebehandlung in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung des erhaltenen Bauteils durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Wärmebehandlung kann das gesinterte Bauteil auch - ausgehend von der Sinter- bzw. Homogenisierungsglühtemperatur - vorzugsweise in Wasser oder aber über eine Gasschroffkühlung abgeschreckt wer- den.The actual sintering step can subsequently be carried out on the step of alloying the aluminum. However, if the component is already present as a sintered component or solid component, a necessary heat treatment, in particular a homogenization annealing, may optionally be connected subsequently. In this case, the heat treatment can be carried out depending on the chemical composition of the component obtained. As an alternative or in addition to the heat treatment, the sintered component can also be quenched, preferably starting from the sintering or homogenizing annealing temperature, in water or else via a gas-fired cooling.
Vor oder nach dem Sintern oder aber der Zulegierung des Aluminiums ist eine zusätzliche Oberflächenverdichtung, allgemeiner: ein Einbringen von Druckeigenspannungen in Oberflächenbereiche, insbesondere durch Sand- oder Kugelstrahlen, Rollieren o.a. möglich. Ebenso kann vor oder nach dem Homogenisierungsglühen eine Kalibrierung vorgenommen werden. Hierbei erfolgt die Kalibrierung bei Raumtemperatur oder erhöhter Tempera- tur bis hin zur Schmiedetemperatur, auch unter Anwendung von Drücken bis 900 N/mm2. Gegebenenfalls kann das Kalibrieren sogar oberhalb der Soliduslinie vorgenommen, wobei dann das Bauteil auch direkt der Sinterhitze bzw. der bei der Zulegierung des Aluminiums verwendeten Temperatur entnommen werden kann.Before or after sintering or alloying of aluminum, additional surface compaction is possible, more generally: introduction of residual compressive stresses into surface areas, in particular by sand or shot blasting, rolling or the like. Likewise, a calibration can be carried out before or after the homogenization annealing. Here, the calibration is carried out at room temperature or elevated temperature. up to the forging temperature, even with pressures of up to 900 N / mm 2 . Optionally, the calibration can be performed even above the solidus line, in which case the component can also be taken directly from the sintering heat or the temperature used in the alloying of the aluminum.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Bauteil, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das erfindungsgemäß hergestellte Bauteil weist sich insbesondere dadurch aus, dass in den oberflächennahen Bereichen eine Erhöhung des Aluminiumgehalts festgestellt werden kann. Das erhaltene Bauteil kann zumindest teilweise in derartigen Bereichen mit erhöhtem Aluminiumgehalt versehen sein.The present invention further relates to a component produced according to the method of the invention. The component produced according to the invention is characterized in particular by the fact that an increase in the aluminum content can be established in the regions near the surface. The resulting component may be at least partially provided in such areas with increased aluminum content.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Bauteile können Anwendung finden insbesondere in der Heißgasfiltration, insbesondere jedoch auch in der Abgasfiltration für Verbrennungsmotoren, und hier insbesondere als Träger für Katalysatoren oder als Rußfilter. Des Weiteren können die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bauteile Einsatz finden in Membranreaktoren, in welchen Gasreaktionen ablaufen.The components obtained by means of the method according to the invention can be used in particular in the hot gas filtration, but especially in the exhaust gas filtration for internal combustion engines, and in particular as a carrier for catalysts or as a soot filter. Furthermore, the components produced by means of the method according to the invention can be used in membrane reactors in which gas reactions take place.
Sie können jedoch auch als sonstige Substrate für nichtmetallische Schichten dienen. Grundsätzlich weisen die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bau- teile eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit gegenüber solchen ohne eine Erhöhung von Aluminium in der oberflächennahen Schicht auf.However, they can also serve as other substrates for non-metallic layers. In principle, the components produced by means of the method according to the invention have an increased resistance to oxidation compared with those without an increase in aluminum in the layer near the surface.
Diese und weitere Beispiele werden anhand der folgenden Beispiele näher erläutert:These and other examples are explained in more detail with reference to the following examples:
Aus einem Pulver Inconel 600 (Nickel-Chrom-Legierung) mit der deutschen Werkstoffnummer 2.4816 (aluminiumfrei) wurde ein Grünling in Form eines Rohres hergestellt. Dabei wurde die Pulvermischung isostatisch bei Raumtemperatur zu einem Grünling in Form eines Rohres gepresst. Die Dichte des Grünlings betrug etwa 2,35 bis etwa 2,38 g/cm3. Anschließend wurde der so hergestellte Grünling für etwa 30 Minuten bei etwa 430 0C entwachst.From a powder Inconel 600 (nickel-chromium alloy) with the German material number 2.4816 (aluminum-free), a green product was produced in the form of a tube. The powder mixture was isostatically pressed at room temperature to a green compact in the form of a tube. The density of the green compact was about 2.35 to about 2.38 g / cm 3 . Subsequently, the green compact thus produced was dewaxed at about 430 ° C. for about 30 minutes.
Anschließend wurde der solchermaßen hergestellte Grünling mit handelsüblicher Aluminiumfolie, welche mit einer zumindest einseitigen Prägung versehen war, einlagig umwickelt, wobei darauf geachtet wurde, dass die Aluminiumfolie gleichmäßig und eng an dem Rohrgrünling anlag. Dieses mit der Aluminiumfolie versehene Bauteil wurde anschließend zwischen zwei Metallvliese mit einer Zusammensetzung von 75% Eisen, 20% Chrom und 5% Aluminium gelegt, wobei diese Metallvliese eine Porosität vom 85% aufweisen. Der solchermaßen gebildete Wickel wurde in einen Vakuumofen eingeführt. Erreicht die Temperatur die Schmelztemperatur von Aluminium bei ca. 660 0C, so beginnt die Aluminiumfolie zu schmelzen und das flüssige Aluminium wird von den zwei Metallvliesen groß- flächig und gleichmäßig aufgenommen. Hierdurch wird ein Abtropfen der Aluminiumschmelze und somit eine Verringerung der in unmittelbarer Umgebung des Bauteils vorhandenen Aluminiummenge verhindert. Bei Übersteigen der Verdampfungstemperatur für Aluminium verdampft dieses und scheidet sich großflächig auf der Oberfläche des eingesetzten, aus dem aluminiumfreien Stahl hergestellten Grünling ab. Durch die nachfolgend einsetzende bzw. gleichzeitig erfolgende Sinterung des Grünlings bei einer Temperatur von etwa 11000C selbst erfolgt dann eine Diffusion des Aluminiums in die oberflächennahen Bereiche des Pumpenradgrünlings. Die Temperatur im Ofen kann dabei schrittweise erhöht werden, es kann jedoch auch sogleich eine Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur und, soweit gewünscht, auch gleichzeitig oberhalb der Sintertemperatur vorgegeben werden.Subsequently, the green compact thus produced was single-wrapped with commercial aluminum foil provided with at least one side embossment, taking care that the aluminum foil uniformly and tightly abutted the green tube. This component provided with the aluminum foil was then placed between two metal fleeces having a composition of 75% iron, 20% chromium and 5% aluminum, these metal fleeces having a porosity of 85%. The thus formed coil was introduced into a vacuum oven. When the temperature reaches the melting temperature of aluminum at about 660 0 C, the aluminum foil begins to melt and the molten aluminum is large-area and uniformly absorbed by the two metal webs. As a result, a dripping of the aluminum melt and thus a reduction in the amount of aluminum present in the immediate vicinity of the component is prevented. When the evaporation temperature for aluminum is exceeded, it evaporates and deposits on a large area on the surface of the green compact produced from the aluminum-free steel. By the subsequent onset or simultaneous sintering of the green body at a temperature of about 1100 0 C itself then takes place a diffusion of the aluminum in the near-surface regions of the Pumpenradgrünlings. The temperature in the oven can be increased stepwise, but it can also be immediately given a temperature above the evaporation temperature and, if desired, at the same time above the sintering temperature.
In einem weiteren Beispiel wurde eine Fasermatte aus dem Werkstoff mit der deutschen Werkstoffnummer 1.4113 (aluminiumfrei) unter üblichen Bedingungen gesintert. Anschließend wurde die gesinterte Fasermatte auf beiden Seiten gleichmäßig mit Aluminiumfolie versehen, und die mit Aluminiumfolie versehene Fasermatte wurde anschließend zwischen zwei Metallvliese mit einer geringeren Porosität und größeren Oberfläche als die hergestellte Fasermatte gelegt. Anschließend wurde die Zulegierung von Aluminium vorgenommen, wie bereits vorstehend betreffend den Pumpenradgrünling beschrieben. Hierdurch konnte eine Fasermatte erhalten werden, deren zulegierter Aluminiumgehalt größer als 5 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Fasermatte, betrug. Wurden beispielsweise Fasermatten aus einem Werkstoff mit der deutschen Werkstoffnummer 1.4404 (aluminiumfrei) eingesetzt, betrug nach Zulegierung des Aluminiums unter vergleichbaren Bedingungen der Aluminiumgehalt der fertig hergestellten Fasermatte mehr als 1 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge der Fasermatte. Wurde beispielsweise ein Grünling hergestellt aus einem Pulver aus Inconel 600, so betrug der Aluminiumgehalt nach der Zulegierung gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren unter Einsatz einer Aluminiumfolie des fertig gesinterten Bauteils mehr als 1 Gew%, bezogen auf die Gesamtmenge des Bauteils, welches dem Werkstoff Inconel 601 entspricht.In another example, a fiber mat was sintered from the material with the German material number 1.4113 (aluminum-free) under normal conditions. Subsequently, the sintered fiber mat was uniformly provided with aluminum foil on both sides, and the aluminum foil-provided fiber mat was then sandwiched between two metal nonwovens having a lower porosity and larger surface area than the prepared fiber mat. Subsequently, the alloying of aluminum was carried out, as already described above concerning the Pumpenradgrünling. As a result, it was possible to obtain a fiber mat whose alloyed aluminum content was greater than 5% by weight, based on the total amount of the fiber mat. For example, if fiber mats made from a material with the German material number 1.4404 (aluminum-free) were used, the aluminum content of the finished fiber mat was more than 1% by weight, based on the total amount of the fiber mat, after aluminum had been alloyed under comparable conditions. For example, if a green compact was made from a powder of Inconel 600, the aluminum content after alloying according to the method described above using an aluminum foil of the finished sintered component was more than 1% by weight, based on the total amount of the component which is Inconel 601 equivalent.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein einfaches Verfahren zur Verfügung gestellt, wodurch insbesondere aluminiumfreie Materialien auch nachfolgend der Herstellung von Sinterbauteilen aus diesen mit Aluminium zumindest in den oberflächennahen Bereichen und damit mit den vorteilhaften Eigenschaften derselben versehen werden können. Thus, the present invention provides a simple process whereby, in particular, aluminum-free materials are also subsequently produced Of sintered components of these with aluminum at least in the near-surface areas and thus can be provided with the advantageous properties thereof.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Zulegierung von Aluminium zu Bauteilen, wobei die Zulegierung von Aluminium durch Zugabe von aluminiumhaltigem Material erfolgt, wobei das Bauteil mit mindestens einem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgeben und das solchermaßen gebildete Element gesintert wird.1. A method for alloying aluminum to components, wherein the alloying of aluminum is carried out by adding aluminum-containing material, wherein the component is surrounded with at least one aluminum-containing material receiving means and the element thus formed is sintered.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als aluminiumhaltiges Material aufnehmendes Mittel ein vliesartig ausgebildetes eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that as aluminum-containing material receiving means a fleece-like trained is used.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aluminiumhaltiges Material aufnehmendes Mittel ein Vlies aus Metall und/oder Keramik eingesetzt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as the aluminum-containing material receiving means a non-woven of metal and / or ceramic is used.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterschritt oberhalb der Verdampfungstemperatur des aluminiumhaltigen Materials vorgenommen wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the sintering step is carried out above the evaporation temperature of the aluminum-containing material.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulegierungstemperatur mindestens 10000C beträgt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Zulegierungstemperatur is at least 1000 0 C.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ausgewählt wird aus einer Gruppe umfassend gesinterte und/oder ungesinterte Teile, insbesondere Presslinge, Vliese, Fasermatten oder Pulverhaufwerke.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component is selected from a group comprising sintered and / or unsintered parts, in particular compacts, nonwovens, fiber mats or Pulverhaufwerke.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Bauteil im Wesentlichen aluminiumfrei oder aluminiumarm ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component used is substantially free of aluminum or aluminum.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Material in Form einer Blechfolie, als Pulver, Draht, Gewebe und/oder als Faser eingesetzt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aluminum-containing material in the form of a sheet metal foil, as a powder, wire, fabric and / or fiber is used.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Material aus reinem Aluminium besteht. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aluminum-containing material consists of pure aluminum.
10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Material zuerst in Kontakt mit dem Bauteil gebracht und anschließend das Bauteil mit dem mindestens einen aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel umgeben wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aluminum-containing material is first brought into contact with the component and then the component with the at least one aluminum-containing material receiving means is surrounded.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Material zuerst auf das aluminiumhaltiges Material aufnehmende Mittel gegeben und anschließend das Material mit dem Bauteil in Kontakt durch Umgebung desselben mit dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel gebracht wird.11. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the aluminum-containing material is first placed on the aluminum-containing material receiving means and then the material is brought to the component in contact by surrounding the same with the aluminum-containing material receiving means.
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aluminiumhaltige Material im Bereich zwischen dem Bauteil und dem aluminiumhaltiges Material aufnehmenden Mittel angeordnet wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the aluminum-containing material in the region between the component and the aluminum-containing material receiving means is arranged.
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit mindestens einem Metallvlies umwickelt wird, wobei zwischen dem Vlies und dem Bauteil Aluminiumfolie angeordnet wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component is wrapped with at least one metal fleece, wherein between the fleece and the component aluminum foil is arranged.
14. Bauteil, hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 14. Component produced according to the method according to one of claims 1 to 13.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009200179A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Ulvac Japan Ltd Manufacturing method of sintered compact
DE102011011200A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Producing a metal edge zone of a metal component enriched with at least one additional element comprises inward diffusion of the additional elements from a metal film in the metallic substrate, surrounding the component

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4992060B2 (en) * 2009-02-12 2012-08-08 進吉 楊 Fuse device
WO2012082621A1 (en) 2010-12-13 2012-06-21 Gkn Sinter Metals, Llc Aluminum alloy powder metal with high thermal conductivity
DE102017006659A1 (en) * 2017-07-13 2019-01-17 Forschungszentrum Jülich GmbH Process for sintering metals, non-oxide ceramics and other oxidation-sensitive materials
AT521546B1 (en) * 2018-08-10 2020-07-15 Miba Sinter Austria Gmbh Process for making a connection between two metallic components
US20200232071A1 (en) * 2019-01-18 2020-07-23 Divergent Technologies, Inc. Aluminum alloys
US20220220587A1 (en) * 2020-12-21 2022-07-14 Divergent Technologies, Inc. Aluminum alloys and structures

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5648120A (en) * 1993-06-07 1997-07-15 European Gas Turbines Sa Method of aluminizing, in particular for aluminizing elongate metal cavities
EP1013794A2 (en) * 1998-12-22 2000-06-28 GE Aviation Services Operation (Pte) Ltd. Vapor phase process for making aluminide
JP2000303162A (en) * 1999-04-15 2000-10-31 Ricchisutoon:Kk Production of aluminum-infiltrated nickel member

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3084042A (en) * 1960-02-23 1963-04-02 Du Pont Metal production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5648120A (en) * 1993-06-07 1997-07-15 European Gas Turbines Sa Method of aluminizing, in particular for aluminizing elongate metal cavities
EP1013794A2 (en) * 1998-12-22 2000-06-28 GE Aviation Services Operation (Pte) Ltd. Vapor phase process for making aluminide
JP2000303162A (en) * 1999-04-15 2000-10-31 Ricchisutoon:Kk Production of aluminum-infiltrated nickel member

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 13 5 February 2001 (2001-02-05) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009200179A (en) * 2008-02-20 2009-09-03 Ulvac Japan Ltd Manufacturing method of sintered compact
DE102011011200A1 (en) * 2011-02-14 2012-08-16 Dechema Gesellschaft Für Chemische Technik Und Biotechnologie E.V. Producing a metal edge zone of a metal component enriched with at least one additional element comprises inward diffusion of the additional elements from a metal film in the metallic substrate, surrounding the component

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