WO2010139615A1 - Verfahren zur verarbeitung von metallpulver - Google Patents

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
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    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/10—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying using centrifugal force

Definitions

  • the invention relates to a method for processing metal powder, which consists of a plurality of Metallpulverkü- gel.
  • the object of the invention is to provide a method for processing metal powder, which consists of a plurality of metal powder globules to indicate, by means of which metal powder can be made with reduced metal powder globules.
  • FIG. 1 is a flowchart for explaining a method for processing metal powder according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a flow chart for explaining a method for processing metal powder according to a second exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a flowchart for explaining a method for processing metal powder according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • the inventive method is provided as a starting material metal powder, which consists of a plurality of metal powder beads whose diameter is in the range of 100 microns to 500 microns.
  • metal powder can be produced, for example, by the above-mentioned method.
  • a first step S1 the metal powder pellets are heated to a temperature at which the metal powder pellets are in the liquid state.
  • This heating of the metal powder pellets can be carried out using an induction process, by application of radiant heat or in a hot inert gas stream.
  • the baffle may be a baffle that is at right angles or at some other angle to the metal powder bead stream.
  • This baffle plate may be formed propeller-shaped. Furthermore, it can be designed to be movable, for example rotate or swiveled constantly.
  • the reduced diameter metal powder pellets formed by collision with the baffle plate are cooled in accordance with a subsequent step S3.
  • This cooling already starts immediately after the formation of the metal powder beads of reduced diameter on the way to a collecting vessel, in which they are collected in a step S4.
  • the collected metal powder pellets are cooled down until they are in a solid state.
  • An alternative embodiment is to collide against each other the metal powder pellets in the liquid state in order to obtain metal powder pellets of reduced diameter.
  • the metal powder pellets obtained by the above-described method have a reduced diameter unlike the starting material. They can therefore be provided for applications requiring metal powders whose metal powder pellets are smaller in diameter than the metal powder pellets of the metal powder present as the starting material.
  • metal powder which consists of a plurality of such metal powder pellets with reduced diameters, is used to produce a drilling tool of, for example steel with internal, helical cooling channels, wherein the steel powder is kneaded with a binder, which with the steel kneaded powder is passed through a pressing tool to produce a strand with internal, rectilinear cooling channels, the strand leaving the pressing tool is cut to a desired length in each case, and the resultant blank is subjected to a rolling motion over its entire length, the speed of which varies linearly and steadily along the length of the body so that the blank is twisted, and wherein the twisted blank is sintered and then provided with helically extending flutes on its outer surface.
  • a drilling tool of,
  • a first step S1 the metal powder pellets are heated to a temperature at which the metal powder pellets are in the liquid state are located.
  • a subsequent step Sl / 2 the metal powder pellets in the liquid state are subjected to an acceleration.
  • This acceleration can be carried out by a magnetic field, by means of a spinning process or by means of a protective gas flow.
  • metal powder pellets are subjected to a collision with a heated impact body in a subsequent step S2 to break as well as in the explained with reference to FIG 1 method in metal powder pellets of reduced diameter.
  • the metal powder pellets of reduced diameter formed by the collision are cooled according to a subsequent step S3. This cooling already starts immediately after the formation of the metal powder pellets of reduced diameter on the way to a collecting vessel in which they are collected according to a step S4. There, the metal powder pellets of reduced diameter finally cool further in a step S5 until they are in a solid state.
  • the metal powder pellets of reduced diameter provided by step S3 may be used in the Collecting vessel in which they are collected in accordance with step S4, subjected to a different processing.
  • metal powder consisting of a plurality of metal powder pellets is processed to provide metal powder consisting of a plurality of metal powder pellets of reduced diameter.
  • a screening of the diameter of the metal powder pellets reduced by the collision takes place.
  • the aim of this sieving is to recharge metal powder pellets, the diameter of which is still larger than a desired maximum diameter, so that these metal powder pellets can be reheated and re-collapsed to provide reduced diameter metal powder pellets Diameter smaller or at most equal to the desired maximum diameter.
  • FIG. 3 An example of a method in which such a screening takes place is shown in FIG. According to this method shown in FIG. 3, the metal powder pellets of reduced diameter, which have already been cooled in step S3, are removed in one step
  • step S3 / 4 subjected to a sieving process.
  • Those metal powder pellets whose diameters are smaller than or equal to the desired maximum diameter pass through the sieve and are collected in a collecting container in step S4, in which they cool in step S5 until they are in a solid state.
  • Those metal powder pellets whose diameters are larger than the desired maximum diameter are sieved off and taken to the step
  • a screening can also be made in the sump. This is indicated in the figure 3 with dashed lines.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, mit folgenden Schritten: - Erhitzen der Metallpulverkügelchen, bis sie sich in einem flüssigen Zustand befinden, - Herbeiführen einer Kollision der verflüssigten Metallpulverkügelchen mit einem erhitzten Prallkörper, dessen Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt der Metallpulverkügelchen, zur Bildung von Metallpulverkügelchen mit verkleinerten Durchmessern, - Abkühlen der bei der Kollision gebildeten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers und - Sammeln der abgekühlten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers in einem Sammelgefäß.

Description

Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkü- gelchen besteht.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stahl- pulver bekannt, das aus einer Vielzahl von Stahlpulverkü- gelchen besteht. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Stahlschmelze erzeugt. Diese wird in einen Behälter überführt und dort mit N2~Gas beaufschlagt, um eine Atomisie- rung von erschmolzenem Stahl unter Verwendung von Stick- stoffgas durchzuführen. Mittels dieses bekannten Verfahrens, welches in einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird, wird Stahlpulver hergestellt, das aus einer Vielzahl von Stahlpulverkügelchen besteht, deren Durchmesser im Bereich zwischen 100 μm und 500 μm liegen.
Es hat sich gezeigt, dass es für bestimmte industrielle Anwendungen vorteilhaft oder gar notwendig ist, Metallpulver mit Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bearbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, anzugeben, mittels welchem Metallpulver mit verkleinerten Metallpulverkügel- chen hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Aus- gestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
Figur 1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verarbeitung von Metallpulver gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung,
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfah- rens zur Verarbeitung von Metallpulver gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung und
Figur 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfah- rens zur Verarbeitung von Metallpulver gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel für die Erfindung.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Ausgangsmaterial Metallpulver bereitgestellt, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, deren Durchmesser im Bereich von 100 μm bis 500 μm liegen. Derartiges Metallpulver kann beispielsweise mittels des oben genannten Verfahrens hergestellt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt - wie es aus der Figur 1 ersichtlich ist - in einem ersten Schritt Sl ein Erhitzen der Metallpulverkügelchen auf eine Temperatur, bei welcher sich die Metallpulverkügelchen im flüssigen Zustand befinden. Diese Erhitzung der Metallpulverkügelchen kann unter Verwendung eines Induktionsvorganges, durch eine Anwendung von Strahlungswärme oder in einem heißem Schutzgasstrom vorgenommen werden.
In einem darauffolgenden zweiten Schritt S2 wird eine
Kollision der sich im flüssigen Zustand befindlichen Metallpulverkügelchen mit einem erhitzten Prallkörper herbeigeführt, dessen Temperatur höher ist als der Schmelz- punkt der Metallpulverkügelchen . Durch diese Kollision zerspringen die Metallpulverkügelchen und es werden Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers gebildet. Durch die Erhitzung des Prallkörpers wird sichergestellt, dass die auf den Prallkörper auftreffenden Metallpulverkügelchen nicht mit dem Prallkörper verschweißt werden.
Bei dem Prallkörper kann es sich um eine Prallplatte handeln, die im rechten Winkel oder in einem anderen Winkel zum Metallpulverkügelchenstrom verläuft. Diese Prallplatte kann propellerförmig ausgebildet sein. Des Weiteren kann sie beweglich ausgebildet sein, beispielsweise rotieren oder ständig geschwenkt werden.
Die durch Kollision mit der Prallplatte gebildeten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers werden gemäß einem nachfolgenden Schritt S3 abgekühlt. Diese Abkühlung beginnt bereits unmittelbar nach der Bildung der Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers auf dem Weg in ein Sammelgefäß, in welchem sie in einem Schritt S4 gesammelt werden. Im Sammelgefäß erfolgt gemäß einem Schritt S5 ein Erkalten der gesammelten Metallpulverkügelchen, bis diese sich in einem festen Zustand befinden.
Eine alternative Ausgestaltung besteht darin, die sich im flüssigen Zustand befindlichen Metallpulverkügelchen gegeneinander zu kollidieren, um Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers zu erhalten.
Die durch das vorstehend beschriebene Verfahren erhaltenen Metallpulverkügelchen weisen im Unterschied zum Ausgangsmaterial einen verkleinerten Durchmesser auf. Sie können deshalb für Anwendungen bereitgestellt werden, die Metallpulver benötigen, dessen Metallpulverkügelchen ei- nen kleineren Durchmesser aufweisen als die Metallpulverkügelchen des Metallpulvers, das als Ausgangsmaterial vorliegt . Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn Metallpulver, das aus einer Vielzahl derartiger Metallpulverkügelchen mit verkleinerten Durchmessern besteht, zur Herstellung eines Bohrwerkzeuges aus beispielsweise Stahl mit innen- liegenden, wendeiförmig verlaufenden Kühlkanälen verwendet wird, wobei das Stahlpulver mit einem Bindemittel verknetet wird, das mit dem Bindemittel verknetete Stahlpulver durch ein Presswerkzeug geführt wird, um einen Strang mit innenliegenden, geradlinigen Kühlkanälen her- zustellen, der das Presswerkzeug verlassende Strang jeweils auf eine gewünschte Länge abgelängt wird, der dabei entstehende Rohling unter Abstützung über seine gesamte Länge einer Wälzbewegung unterworfen wird, deren Geschwindigkeit sich über die Länge des Körpers linear und stetig ändert, so dass der Rohling verdrillt wird, und wobei der verdrillte Rohling gesintert und dann an seinem Außenmantel mit spiralförmig verlaufenden Spannuten versehen wird. Bei derartigen Rohlingen bestehen sehr hohe Anforderungen in Bezug auf das Einhalten von vorgegebenen Bemaßungen.
Versuche haben ergeben, dass eine Herstellung derartiger Bohrwerkzeuge aus Stahl mit innenliegenden wendeiförmig verlaufenden Kühlkanälen unter Verwendung von Stahlpul- ver, wie es als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, und unter Verwendung des im vorherigen Absatz beschriebenen Verfahrens nicht möglich ist, da der hergestellte Rohling forminstabil ist. Wird hingegen das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Stahlpulver, welches Stahlpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers aufweist, mittels des im vorherigen Absatz beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Bohrwerkzeugen aus Stahl mit innenliegenden, wendeiförmig verlaufenden Kühlkanälen verwendet, dann können die gewünschten Endprodukte hergestellt werden, da der gebildete Rohling formstabil ist und mittels des Sintervorganges in gewünschter Weise weiterverarbeitet werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass im verdrillten Rohling die Stahlpulverkügelchen dichter gepackt sind, so dass die gewünschte Form des Rohlings beibehalten wird.
Ein verbessertes Verfahren zur Verarbeitung von Metall- pulver wird nachfolgend anhand des in der Figur 2 gezeigten Flussdiagrammes erläutert.
Auch bei diesem verbesserten Verfahren, bei welchem als Ausgangsmaterial dasselbe Metallpulver verwendet wird wie bei dem anhand der Figur 1 erläuterten Verfahren, erfolgt in einem ersten Schritt Sl ein Erhitzen der Metallpulver- kügelchen auf eine Temperatur, bei welcher sich die Me- tallpulverkügelchen im flüssigen Zustand befinden.
In einem darauffolgenden Schritt Sl/2 werden die sich im flüssigen Zustand befindlichen Metallpulverkügelchen einer Beschleunigung unterworfen. Diese Beschleunigung kann durch ein Magnetfeld, mittels eines Schleudervorganges oder mittels eines Schutzgasstromes vorgenommen werden.
Die beschleunigten, sich im flüssigen Zustand befindlichen Metallpulverkügelchen werden in einem nachfolgenden Schritt S2 einer Kollision mit einem erhitzten Prallkörper unterzogen, um ebenso wie bei dem anhand der Figur 1 erläuterten Verfahren in Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers zu zerspringen.
Die durch die Kollision gebildeten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers werden gemäß einem nachfolgen- den Schritt S3 abgekühlt. Diese Abkühlung beginnt bereits unmittelbar nach der Bildung der Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers auf dem Weg in ein Sammelgefäß, in welchem sie gemäß einem Schritt S4 gesammelt werden. Dort erkalten die Metallpulverkügelchen verkleiner- ten Durchmessers schließlich in einem Schritt S5 solange weiter, bis sie in einem festen Zustand vorliegen. Alternativ dazu können die vom Schritt S3 bereitgestellten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers in dem Sammelgefäß, in welchem sie gemäß dem Schritt S4 gesammelt werden, einer anderen Verarbeitung unterworfen werden .
Durch das beschriebene Beschleunigen der sich im flüssigen Zustand befindlichen Metallpulverkügelchen wird deren kinetische Energie vergrößert, so dass die Metallpulverkügelchen bei ihrem Aufprall auf den Prallkörper noch besser zerspringen als bei dem anhand der Figur 1 be- schriebenen Ausführungsbeispiel. Dies führt dazu, dass die Anzahl der beim Zerspringen gebildeten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers erhöht ist und die Durchmesser der beim Zerspringen gebildeten Metallpulverkügelchen weiter verkleinert sind. Dadurch wird die Form- Stabilität der beim obigen Verfahren gebildeten Rohlinge weiter verbessert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach alledem Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügel- chen besteht, derart verarbeitet, dass Metallpulver bereitgestellt wird, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers besteht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Verfahren erfolgt zwischen den Schritten S3 und S4 in einem Schritt S3/4 ein Sieben der durch die Kollision gebildeten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers. Ziel dieser Siebung ist es, Metallpulverkügelchen, deren Durchmesser nach wie vor größer ist als ein gewünschter Maximaldurchmesser, dem Verfahren erneut zuzuführen, so dass diese Metallpulverkügelchen erneut erhitzt und erneut einer Kollision unterworfen werden können, um Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers bereitzustellen, wobei diese ver- kleinerten Durchmesser kleiner oder höchstens gleich dem gewünschten Maximaldurchmesser sind. Ein Beispiel für ein Verfahren, bei welchem eine derartige Siebung erfolgt, ist in der Figur 3 dargestellt. Gemäß diesem in der Figur 3 dargestellten Verfahren werden die Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers, die im Schritt S3 bereits abgekühlt wurden, in einem Schritt
S3/4 einem Siebvorgang unterworfen. Diejenigen Metallpulverkügelchen, deren Durchmesser kleiner oder gleich dem gewünschten Maximaldurchmesser sind, durchlaufen das Sieb und werden im Schritt S4 in einem Sammelbehälter gesam- melt, in welchem sie im Schritt S5 erkalten, bis sie sich in einem festen Zustand befinden. Diejenigen Metallpulverkügelchen, deren Durchmesser größer als der gewünschte Maximaldurchmesser sind, werden abgesiebt und zum Schritt
51 zurückgeführt, um erneut erhitzt zu werden, danach im Schritt Sl/2 beschleunigt zu werden und dann im Schritt
52 einer Kollision mit dem erhitzten Prallkörper unterworfen zu werden.
Alternativ dazu kann eine Siebung auch im Sammelbehälter vorgenommen werden. Dies ist in der Figur 3 mit gestrichelten Linien angedeutet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, mit folgenden Schritten:
Sl: Erhitzen der Metallpulverkügelchen, bis sie sich in einem flüssigen Zustand befinden,
S2 : Herbeiführen einer Kollision der verflüssigten Me- tallpulverkügelchen mit einem erhitzten Prallkörper, dessen Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt der Metallpulverkügelchen, zur Bildung von Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers,
S3: Abkühlen der bei der Kollision gebildeten Metallpul- verkügelchen verkleinerten Durchmessers,
S4: Sammeln der abgekühlten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers in einem Sammelgefäß.
2 . Verfahren nach Anspruch 1 , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgenden weiteren Schritt :
S5: Erkalten der gesammelten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers, bis sie sich in einem festen Zustand befinden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Erhitzen der Metall¬ pulverkügelchen und dem Herbeiführen einer Kollision ein Beschleunigen der erhitzten Metallpulverkügelchen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen der Metallpulverkügelchen unter Verwendung eines Induktionsvorganges, durch Strahlungswärme oder in einem heißem Schutzgasstrom erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigen der Metallpul- verkügelchen durch ein Magnetfeld, mittels eines Schleudervorganges oder mittels eines Schutzgasstromes erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper eine Prallplatte ist
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzei chnet , dass die Prallplatte propellerf örmig ausge- bildet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzei chnet , dass die Prallplatte beweglich ausge¬ bildet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulver- kügelchen verkleinerten Durchmessers einem Siebvorgang unterworfen werden und diejenigen Metallpulverkügelchen, die das Sieb nicht durchlaufen, erneut erhitzt und einer Kollision unterworfen werden, und diejenigen Metallpulverkügelchen, die das Sieb durchlaufen, im Sammelgefäß gesammelt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herbeiführen der Kollision im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhitzten Metallpulverkügelchen gegeneinander zur Kollision gebracht werden .
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