Verfahren zur Herstellung warmfester und gleichzeitig korrosionsbeständiger Aluminiumsinterwerkstoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung warmfester und gleichzeitig korrosionsbeständi ger Aluminiumsinterwerkstoffe. Die Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit soll sich nicht aus- schliesslich, jedoch vorwiegend auf Wasser hoher Temperatur beziehen.
Die Entwicklung der Technik verlangt nach Werkstoffen, die neben guter Korrosionsbeständig keit, z. B. gegen Wasser verschiedener Temperatur und verschiedenen Aggregatzustandes, gegen Gase oder organische Flüssigkeiten, auch gute Warmfestig- keitseigenschaften, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 200 und 500 C, besitzen. Solche Materia lien sind bisher z.
B. auf dem Gebiet der legierten Stähle, der Nickellegierungen, der selteneren Metalle u. a. mehrfach bekannt geworden und werden in grösserem Umfange in der chemischen Technik, im Apparatebau, Turbinenbau, in der Kerntechnik sowie in anderen Industriezweigen eingesetzt. Grös stenteils sind solche Materialien auch bei noch höhe ren Temperaturen, als oben angegeben, einsetzbar. Im Gebiet der Leichtmetalle, z.
B. auf dem Alumini umsektor, ist es jedoch weit schwieriger, geeignete Werkstoffe zu finden bzw. herzustellen, die den ange gebenen Temperaturbereich von 200 C und darun ter bis 500 C und teils darüber bestreichen, sofern man Warmfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig verlangt. Es sind zwar Verfahren zur Herstellung von Aluminiumschmelzlegierungen mit relativ guter Korrosionsbeständigkeit, auch beispiels weise gegen Wasser hoher Temperatur, bekannt.
Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass in ihnen entweder, geringe Mengen von Eisen, Nickel oder Silizium, ein zeln oder gemeinsam, enthalten sind, vorzugsweise in. Mengen bis zu etwa 3 % Gesamtlegierungsgehalt, oder, dass grössere Mengen an Silizium, vorzugsweise 9 %,
einzeln. oder in Kombination mit kleineren, Mengen, vorzugsweise 1 %, Nickel oder Titan, ein- zeln oder getrennt, zulegiert werden.
Die Warmfestig- keitseigenschaften dieser Aluminiumschmelzlegierun- gen sind aber schlecht.
Weiterhin sind Verfahren: zur Herstellung von, Aluminiumsinterwerkstoffen bekannt, die gute Warmfestigkeitseigenschaften, auch bei den höchsten der oben :genannten Temperaturen besitzen.
Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass sie in ihrem Gefüge einen sehr feinverteilten Aluminiumoxydanteil von etwa 6-15 %, vorzugsweise 10-14 %, enthalten. Sie werden auf pulvermetallurgischem Wege durch Pres sen, Sintern und. Strang ,pressen, hergestellt.
Es sind auch Werkstoffe bekannt, bei denen neben dem Alu- miniumoxydanteil auch metallische Elemente zule- giert sind,
beispielsweise 1-2 % Nickel. Wenn auch durch diese Zusätze eine Verbesserung des Korro sionsverhaltens in Wasser oder Wasserdampf gegen über dem völlig unzureichenden des unlegierten Alu- miniumsinterwerkstoffes erreicht wird, so verhalten sich diese Werkstoffe :doch noch nicht befriedigend.
Diese bekannten Verfahren und Werkstoffe haben aber .den Nachteil, dass die Eigenschaften guter Warmfestigkeit und. guter Korrosionsbeständigkeit in einem Werkstoff nicht vereinigt werden können.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung eines geeigneten Aluminiumwerkstoffes gestattet, der beide Forderun gen, :die nach Warmfestigkeit und die nach Korro sionsbeständigkeit, gleichzeitig in genügendem Masse erfüllt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zunächst eine Aluminiumschmelzlegierung erzeugt wird, der korrosionshemmende Legierungsbestandteile zugege ben sind, danach die Aluminiumschmelzlegierung durch Verdüsen zu Pulver verarbeitet,
anschliessend durch Oxydation des Pulvers in einem Nassmahlver- fahren unter Zusatz von Luft auf der Oberfläche der Pulverteilchen eine Oxydschicht erzeugt und dass abschliessend das erhaltene oxydierte Pulver, welches nunmehr die für die Erzeugung der guten Korro sionsbeständigkeit und der hohen Warmfestigkeit notwendigen Bestandteile in feinstverteilter Form enthält, durch Pressen, Drucksintern:
und Strangpres- sen zu Aluminiumsinterwerkstoff verarbeitet wird.
In zweckmässiger Weise werden mehr als 5 %, vorzugsweise 8 bis 12 % Silicium als Legierungsbe- standteil zugegeben.
Auch ist es zweckmässig, neben Silicium auch Nickel und/oder Titan in geringen Mengen, vorzugs- weise bis etwa 3 % als Legierungsbestandteile zuzu- geben.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll das er findungsgemässe Verfahren näher erläutert werden. Entsprechend dem erfindungsgemässen Verfah ren, wird bei der Herstellung von Aluminiumsinter- werkstoffen für eine Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit bis zu Temperaturen von 500' C, vorzugsweise gegen Wasser verschiedener Aggregat zustände z. B. wie folgt verfahren.
Zunächst wird Reinst- oder Reinaluminium in geeigneten Anlagen, z. B. in einer Hochfrequenz- Schmelzanlage, zum Schmelzen gebracht und in das flüssige Aluminium bei etwa 700' C 9 GW 0% Sili- cium und 1 GW % Nickel in fester, zerkleinerter, metallischer Form eingetragen.
Dabei lösten sich diese Legierungsbestandteile in der Schmelze auf. Die vor handene Ballbewegung reicht aus, um eine innige Verteilung der Legierungszusätze in der Schmelze zu erzielen.
Diese Legierungsschmelze wird dann in einer bekannten Verdüsungsanlage mit Gegenluft- strömung zu Pulver mit einer 80 %igen Hauptkorn Fraktion mit Korndurchmesser von 0,06-0,
30 mm und 1-2 % Oxydanteil verdüst. Als nächste Verar- beitungsstufe folgt die Vermahlung zu Feinpulver mit gleichzeitiger Oxydation des verdüsten Pulvers in Schwingmühlen in einem Nassmahlverfahren unter Benzin,
wobei genügend Luft zugeführt wird, um die Oxydation bis zum gewünschten Grad gehen zu las sen. Nach Beendigung des Mahlvorganges wird im Vakuum von etwa 20 Torr bei 75' C getrocknet, ge siebt und 2 Stunden bei 320' C und 15 Torr geglüht, um letzte Benzinreste zu entfernen. Anschliessend wird aus dem so gewonnenen Feinpulver durch etwa 12-stündiges Mahlen in; einer Kugelmühle mit Por zellankugeln Schwerepulver hergestellt.
Dabei wird das Schüttgewicht des Schwerepulvers gegenüber dem des Feinpulvers auf das dreifache gesteigert. Dieses so gewonnene legierte und oxydhaltige Alumi- niumpulver wird anschliessend mit Pressdruck von 5 t/cm2 kaltgepresst.
Darauf folgt ein Drucksintern bei 550' C und 5 t/cm2. Schliesslich wird der Druck körper noch durch Strangpressen bei 550' C und 6 t/cm-' Pressdruck in die gewünschte Endform ge bracht, wobei noch eine weitere Verdichtung erfolgt.
Method for the production of heat-resistant and at the same time corrosion-resistant aluminum sintered materials The invention relates to a method for the production of heat-resistant and simultaneously corrosion-resistant aluminum sintered materials. The heat resistance and corrosion resistance should not relate exclusively, but primarily, to high-temperature water.
The development of technology calls for materials that, in addition to good corrosion resistance, such. B. against water of different temperatures and different physical states, against gases or organic liquids, also have good heat resistance properties, preferably at temperatures between 200 and 500 C. Such materia lien are z.
B. in the field of alloy steels, nickel alloys, the rarer metals and. a. have become known several times and are used on a larger scale in chemical engineering, apparatus engineering, turbine engineering, nuclear engineering and other branches of industry. For the most part, such materials can also be used at even higher temperatures than those specified above. In the field of light metals, e.g.
B. in the aluminum sector, however, it is far more difficult to find or produce suitable materials that coat the specified temperature range of 200 C and below ter to 500 C and sometimes above, provided that heat resistance and corrosion resistance are required at the same time. Although there are methods for the production of aluminum fused alloys with relatively good corrosion resistance, also example, against high temperature water, are known.
They are characterized in that they contain either small amounts of iron, nickel or silicon, individually or together, preferably in amounts of up to about 3% total alloy content, or that larger amounts of silicon, preferably 9%,
individually. or in combination with smaller quantities, preferably 1%, nickel or titanium, individually or separately, are added.
However, the heat resistance properties of these aluminum fused alloys are poor.
Furthermore, methods are known for the production of aluminum sintered materials which have good heat resistance properties, even at the highest of the temperatures mentioned above.
They are characterized by the fact that their structure contains a very finely divided aluminum oxide content of about 6-15%, preferably 10-14%. They are sen on powder metallurgy by pressing, sintering and. Strand, press, manufactured.
Materials are also known in which, in addition to the aluminum oxide content, metallic elements are also added,
for example 1-2% nickel. Even if these additives improve the corrosion behavior in water or steam compared to the completely inadequate unalloyed aluminum sintered material, these materials do not yet behave satisfactorily.
These known methods and materials have the disadvantage that the properties of good heat resistance and. good corrosion resistance cannot be combined in one material.
The object was therefore to create a method which allows the production of a suitable aluminum material that satisfies both requirements: the heat resistance and the corrosion resistance at the same time to a sufficient extent.
This object is achieved in that first an aluminum alloy is produced, to which corrosion-inhibiting alloy components are added, then the aluminum alloy is processed into powder by atomization,
Then, by oxidizing the powder in a wet grinding process with the addition of air, an oxide layer is generated on the surface of the powder particles, and finally the oxidized powder obtained, which now contains the components necessary for generating good corrosion resistance and high heat resistance in finely divided form , by pressing, pressure sintering:
and extrusion is processed into aluminum sintered material.
More than 5%, preferably 8 to 12%, silicon is expediently added as an alloy component.
It is also expedient to add small amounts of nickel and / or titanium in addition to silicon, preferably up to about 3%, as alloy components.
The method according to the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. According to the method according to the invention, in the production of aluminum sintered materials for corrosion resistance and heat resistance up to temperatures of 500 ° C., preferably against water of various aggregate states z. B. proceed as follows.
First of all, pure or pure aluminum is used in suitable systems, e.g. B. in a high frequency melting plant, brought to melt and entered into the liquid aluminum at about 700 ° C 9 GW 0% silicon and 1 GW% nickel in solid, crushed, metallic form.
These alloy components dissolved in the melt. The existing ball movement is sufficient to achieve an intimate distribution of the alloy additives in the melt.
This alloy melt is then in a known atomization system with counter air flow to powder with an 80% main grain fraction with a grain diameter of 0.06-0,
30 mm and 1-2% oxide content atomized. The next processing stage is the grinding to fine powder with simultaneous oxidation of the atomized powder in vibrating mills in a wet grinding process under gasoline,
with enough air being supplied to let the oxidation go to the desired level. After the end of the grinding process, drying is carried out in a vacuum of about 20 torr at 75.degree. C., sieved and annealed for 2 hours at 320.degree. C. and 15 torr in order to remove the last petrol residues. The fine powder obtained in this way is then milled for about 12 hours in; a ball mill with porcelain balls produced heavy powder.
The bulk density of the heavy powder is increased three times that of the fine powder. The alloyed and oxide-containing aluminum powder obtained in this way is then cold-pressed with a pressure of 5 t / cm2.
This is followed by pressure sintering at 550 ° C. and 5 t / cm2. Finally, the pressure body is brought into the desired final shape by extrusion at 550 ° C. and 6 t / cm- 'pressure, with further compression taking place.