DD202311A5 - POWDER METALLURGICAL MATERIAL AND TOOL PRODUCED THEREFROM - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Material zur Herstellung von Werkzeugen und Maschinenelementen mit hoher Korrosions- und Verschleissfestigkeit, insbesondere zur Herstellung von Depolarisationskoerpern fuer Trockenelemente. Durch d. Erfindung koennen teuere Importwerkstoffe abgeloest u. Depolarisationskoerper einschliesslich der dazugehoerigen Werkzeuge wirtschaftlich hergestellt werden. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass das pulvermetallurgische Material zu wenigstens 70 % aus Aluminiumoxyd besteht und die Gesamtmenge an Verunreinigungen hoechstens 0,4 % der Aluminiumoxydmenge betraegt, wobei d. Siliziumdioxydgehalt und der Eisenoxydgehalt hoechstens je 0,05 % des Aluminiumoxydgehaltes ausmachen und die Summe von Natriumoxyd- und Kaliumoxyd hoechstens 0,05 % des Aluminiumgehaltes ist. Gegebenenfalls werden neben dem Aluminiumoxyd noch weitere Zusaetze verwendet, die die physikalisch-mechanischen Eigenschaften in an sich bekannter Weise verbessern (zum Beispiel Titancarbid). D. durchschnittliche Teilchengroesse d. Presspulvers betraegt hoechstens 3 Mikron.The invention relates to a material for the production of tools and machine elements with high corrosion and wear resistance, in particular for the production of Depolarisationskoerpern for dry elements. By d. Invention can replace expensive import materials u. Depolarisationskoerper including the associated tools are produced economically. The essence of the invention is that the powder metallurgical material is at least 70% alumina and the total amount of impurities is at most 0.4% of the alumina amount, d. Content of silicon dioxide and the content of iron oxide is at most 0.05% of the aluminum oxide content and the sum of sodium oxide and potassium oxide is at most 0.05% of the aluminum content. Optionally, other additives are used in addition to the aluminum oxide, which improve the physical-mechanical properties in a conventional manner (for example, titanium carbide). D. average particle size d. Press powder is not more than 3 microns.

Description

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Pulverraetallurgisches Material und-daraus hergestelltes WerkzeugPowder metallurgical material and tool made therefrom

Anwendungsgebiet der Erfindung:Field of application of the invention:

Die Erfindung bezieht sich auf ein pulvermetallurgisches Material zur Herstellung von Werkzeugen oder Maschinenelementen mit hoher Korrosions- und Verschleißfestigkeit und auf ein aus diesem Material bestehendes Werkzeug zum Pressen von Oepolarisationskörpern für Trockenelemente.The invention relates to a powder metallurgical material for the production of tools or machine elements with high corrosion and wear resistance and to a existing of this material tool for pressing Oepolarisationskörpern for dry elements.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:Characteristic of the known technical solutions:

Trockenelemente bestehen aus einer Anode (im allgemeinen einem Kohlestab), aus einer äußeren Umhüllung des Elementes, die die Kathode bildet (im allgemeinen ein Zinkraantel) und einem dazwischen liegenden Depolarisator. Der Depolarisator ist ein Preßkörper, der aus einer Mangandioxyd (Braunstein) enthaltenden Masse hergestellt wird.Dry elements consist of an anode (generally a carbon rod), an outer covering of the element forming the cathode (generally a zinc shell) and a depolarizer therebetween. The depolarizer is a compact made from a mass containing manganese dioxide (manganese dioxide).

Die Bestandteile der Depolarisatormasse Braunstein, Lauge und sonstige Zusätze werden in einem Behälter miteinander vermischt und anschließend in ein Preßwerkzeug eingespeist. Mit Hilfe eines Pressensterapels wird die Masse zu einem Strang gepreßt. Das Werkzeug muß an allen Teilen, die mit der zu pressenden Masse in Berührung kommen, auf Grund in der Masse enthaltenen alkalischen Bestandteile korro-The components of the depolarizer mass manganese dioxide, lye and other additives are mixed together in a container and then fed into a press tool. With the help of a press stack, the mass is pressed into a strand. The tool shall have a corrosive effect on all parts which come into contact with the mass to be pressed due to alkaline constituents contained in the mass.

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sionsfest und auf Grund des beim Pressen auftretenden Abriebs hochgradig verschließfest sein.firm and due to the abrasion occurring during pressing to be highly resistant to closing.

Derartige hohe Anforderungen können durch die Verwendung spezieller Metalle bzw. entsprechender Metallegierungen erfüllt werden. In erster Linie wird das sog. Stellit verwendet, doch wurden auch schon Hartmetalle, Titan und titanhaltige Stoffe eingesetzt. Die erforderlichen Metalle (W, Co, Ni, Mo, Ti stb.) sind sehr teuer umd müssen in den meisten Fällen importiert werden»Such high requirements can be met by the use of special metals or corresponding metal alloys. The so-called stellite is used in the first place, but hard metals, titanium and titanium-containing substances have also been used. The required metals (W, Co, Ni, Mo, Ti stb.) Are very expensive and have to be imported in most cases »

Daher werden diese Metalle in erster Linie nur für Werkzeuge eingesetzt, bei denen-dies unumgänglich ist, beispielsweise Werkzeuge für eine plastische Umformung. Die Herstellung von Trockenelementen kann - zwar teurer und unter ungünstigeren Arbeitsbedingungen - auch anderweitig gelöst werden. Deshalb sind auf diesem Fachgebiet Legierungen aus den genannten Schwermetallen immer seltener anzutreffen. Die notwendigen Werkzeuge werden aus wärmeaushärtbaren Kunststoffen oder Pulverkeramik (Steatit) hergestellt. Jedoch ist die Lebensdauer dieser Werkzeuge niedrig und die Herstellung der Depolarisationskörper weniger wirtschaftlich.Therefore, these metals are used primarily only for tools in which this is essential, such as tools for plastic deformation. The production of dry elements can - although more expensive and under unfavorable working conditions - also be solved elsewhere. Therefore, alloys of these heavy metals are increasingly rare in this field. The necessary tools are made of thermosetting plastics or powdered ceramics (steatite). However, the life of these tools is low and the production of depolarization bodies is less economical.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Die Erfindung ermöglicht den Ersatz besserer Werkstoffe, wobei die Werkzeuge und Depolarisationskörper wirtschaftlich hergestellt werden können.The invention enables the replacement of better materials, wherein the tools and Depolarisationskörper can be produced economically.

Darlegung des Wesens der Erfindung;Explanation of the essence of the invention;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein pulvermetallurgisches Material der eingangs genannten Art zu entwickeln, das die Herstellung von Werkzeugen mit hoher Lebensdauer undThe invention has for its object to develop a powder metallurgical material of the type mentioned, the production of tools with a long service life and

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verbesserten Gebrauchseigenschaften gewährleistet.ensured improved performance characteristics.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die Anwendung von Keramik günstige Ergebnisse erreicht werden können, wenn man abweichend von den bisher bekannten Zusammensetzungen den Aluminiumoxydgehalt stark erhöht.According to the invention, the object is achieved in that favorable results can be achieved by the use of ceramic, if, unlike the previously known compositions, the aluminum oxide content is greatly increased.

Das erfindungsgemäße pulvermetallurgische Material enthält wenigstens 70 % Aluminiumoxyd. Dieser Anteil kann bis zu 99,99 % erhöht werden. Der Gasamtgehalt an Verunreinigungen darf nicht mehr als 0,4 % der Aluminiumoxydmenge betragen. Bevorzugt ist die Gesamtmenge der Verunreinigungen kleiner als 0,1 % des Algö^Gehaltes · Dabei soll der Gehalt an Siliziumdioxyd bzw. Eisenoxyd jeweils geringer als 0,05 %, vorzugsweise 0,002 % der Alp-Oj-Menge sein, während der Gehalt an Kaliumoxyd und Natriumoxyd zusammen nicht mehr als 0,05 %,. vorzugsweise 0,0025 % des Al^O^-Gehaltes beträgt. Die durch-, schnittliche Teilchengröße des Preßpulvers beträgt höchstens 3 Mikron, vorzugsweise höchstens 1 Mikron (unter durchschnittlicher Teilchengröße ist die Größe von wenigstens 67 % der Teilchen zu verstehen. Dieser Wert ist aus der Verteilung gemäß der Gauss-Kurve bestimmbar).The powder metallurgical material according to the invention contains at least 70 % aluminum oxide. This percentage can be increased up to 99.99 % . The content of impurities in the gas is not allowed to exceed 0.4 % of the aluminum oxide amount. Preferably, the total amount of impurities is less than 0.1 % of Algö ^ content. In this case, the content of silicon dioxide or iron oxide should be less than 0.05 %, preferably 0.002 % of Alp-Oj amount, while the content of potassium and sodium oxide together not more than 0.05 % ,. preferably 0.0025 % of Al ^ O ^ content. The average particle size of the compressed powder is at most 3 microns, preferably at most 1 micron (the average particle size is the size of at least 67 % of the particles.) This value can be determined from the distribution according to the Gauss curve).

Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen pulvermetallurgischen Materials ist demnach durch folgende Merkmale gekennzeichnet:The composition of the powder metallurgical material according to the invention is accordingly characterized by the following features:

- der Aluminiumoxydgehalt beträgt wenigstens 70 %, the aluminum oxide content is at least 70 %,

- die Gesaratmenge der Verunreinigungen beträgt weniger als 0,4 % der Al20-,-Menge ; davon ist der Anteil an Siliziumoxyd bzw. Eisenoxyd jeweils kleiner als 0,05 %, und die Summe an Kaliumoxyd- und Natriumoxydgehaltt geringer als 0,05 %, - the Gesaratmenge of the impurities is less than 0.4% of AL20 -, - quantity; of which the proportion of silicon oxide or iron oxide is in each case less than 0.05 %, and the sum of potassium oxide and sodium oxide content less than 0.05 %,

- die durchschnittliche Teilchengröße liegt unter 3 Mikron. - the average particle size is less than 3 microns.

Wenn das pulvermetallurgische Material ausschließlich aus Aluminiumoxyd besteht, so gibt das zulässige Verunreinigungsverhältnis die Verunreinigungen in Prozent der gesamten Menge an.If the powder metallurgical material consists solely of alumina, the permissible impurity ratio indicates the impurities as a percentage of the total amount.

Das pulvermetallurgische Material kann neben wenigstens 70 % Aluminiumoxyd noch andere Komponenten enthalten, zum Beispiel die Festigkeit erhöhende Komponenten (Titancarbid usw.) beziehungsweise - ja nach dem Anwendungsgebiet - Komponenten, die das Sintern beschleunigen, das Teilchenwachstum fördern, die Beständigkeit gegen Wärmestöße und sonstige physikalisch-mechanische Eigenschaften verbessern. In diesem Falle ist der zulässige Gehalt an Verunreinigungen als Prozent der Al₂0.,-Menge zu verstehen.The powder metallurgical material may contain, in addition to at least 70 % alumina, other components such as strength increasing components (titanium carbide, etc.) or, depending on the field of application, components that promote sintering, promote particle growth, thermal shock resistance, and other physical properties improve mechanical properties. In this case, the permissible content of impurities is to be understood as a percentage of the Al ₂ O. amount.

Wenn zum Beispiel der Aluminiumoxydgehalt 75 % beträgt, so muß die Gesamtmenge an Verunreinigungen unter 0,4 % von 75 %, d.h. unter 0,3 % der Gesamtmenge liegen. Dementsprechend beträgt der zulässige Siliziumdioxyd- und Eisenoxydgehalt ja 0,0375 %, vorzugsweise 0,0015 % und der Gehalt an Kalium- und Natriumoxyd zusammen höchstens 0,0375 %, vorzugsweise 0,001875 % der Gesamtmenge.For example, the alumina content is 75% if, as the total amount of impurities less than 0.4% of 75% has, ie below 0.3% of the total. Accordingly, the allowable silica and iron oxide content is yes 0.0375 %, preferably 0.0015 % and the content of potassium and sodium together together at most 0.0375 %, preferably 0.001875 % of the total amount.

Die aus dem erfindungsgemäßen Keraraikpulver hergestellten Gegenstände sind wesentlich korrosionsbeständiger. Unter 1200⁰C ist das Material praktisch korrosionsbeständig, selbst Kryolith greift es nur über 900⁰C an. Die Lebensdauer der aus dem erfindungsgemäßen Preßpulver angefertigten Werkzeuge übertrifft die Lebensdauer der Stellit-Werkzeuge um das Mehrfache.The articles made of the invention Keraraikpulver are much more corrosion resistant. Below 1200 ⁰ C, the material is virtually corrosion resistant, even cryolite attacks it only above 900 ⁰ C. The life of the tools made from the molding powder according to the invention exceeds the lifetime of the stellite tools by several times.

Zwei verschiedene Zusammensetzungen des erfindungsgemäßen Preßpulvers wurden bei der Fertigung von Depolarisatorkörpern von Trockenelementen erprobt.Two different compositions of the molding powder according to the invention were tested in the manufacture of depolarizer bodies of dry elements.

Die erste Zusammensetzung enthielt 99,99 % Alurainiurnoxyd , 0,0025 % Kaliumoxyd und Natriumoxyd, ferner je 0,002 % Siliziumdioxyd beziehungsweise Eisenoxyd. Die durchschnittliche Teilchengröße des Preßpulvers betrug 1 Mokron. Der aus diesem Preßpulver gefertigte Stempel hatte eine 6-7mal so lange Lebensdauer wie das gleiche Werkzeug aus Stellit (260-280 Schichten statt 40 Schichten).The first composition contained 99.99 % alurinary oxide, 0.0025 % potassium oxide and sodium oxide, and 0.002 % silicon dioxide and iron oxide, respectively. The average particle size of the molding powder was 1 mokron. The die made from this molding powder had a lifetime of 6-7 times that of the same tool made of stellite (260-280 layers instead of 40 layers).

Bei der zweiten Zusammensetzung betrug der Aluminiumoxydgehalt 99,6 %. Siliziumdioxyd bzw. Eisenoxyd waren in Mengen von je 0,05 % vertreten, und die Summe von Kaliumoxyd und Natriumoxyd betrug 0,05 %· Die durchschnittliche Teilchengröße lag bei 2 Mikron. Die Lebensdauer des aus diesem Preßpulver gefertigten Stempels beträgt das 4-4 ,.5f ache der Lebensdauer eines Stellitwerkzeuges (160-180 Schichten statt 40 Schichten).For the second composition, the alumina content was 99.6 %. Silica or iron oxide were present in amounts of 0.05 % each, and the sum of potassium oxide and sodium oxide was 0.05%. The average particle size was 2 microns. The life of the stamp made from this molding powder is 4-4.5 times the lifetime of an actuator tool (160-180 layers instead of 40 layers).

Wie bereits aus den bisher unternommenen Versuchen hervorgeht, ist das erfindungsgemäße Preßpulver allgemein zur Fertigung von Gegenständen geeignet, die korrosions- und verschließfest sein müssen.As already apparent from the attempts made so far, the molding powder according to the invention is generally suitable for the manufacture of articles which must be resistant to corrosion and closure.

Claims (2)

Erfindungsanspruchinvention claim ί 1.» Pulvermetallurgisches Material zur Herstellung von korrosions- und/oder verschleißfesten Gegenständen, insbesondere Preßwerkzeugen, gekennzeichnet dadurch, daß es wenig- '* stens 70 % Aluminiumoxyd enthält und die Gesamtmenge der Verunreinigungen höchstens 0,4 % vorzugsweise 0,1 %, der Aluminiumoxydmenge beträgt, wobei der Siliziumdioxydgehalt und der Eisenoxydgehalt höchstens je 0,05 %, vorzugsweise 0,002 %, des Aluminiumoxydgehaltes und die Summe an Natrium- { . oxyd und Kaliumoxyd höchstens 0,05 %, vorzugsweise 0,0025 % des Aluminiumoxydgehaltes beträgt; gegebenenfalls neben dem Aluminiumoxyd weitere die physikalisch-mechanischen Eigenschaften in an sich bekannter Weise verbessernde Zusätze enthalten sind, während die durchschnittliche Teilchengröße des Preßpulvers höchstens 3 Mikron, vorzugsweise höchstens 1 Mikron, beträgt»ί 1. "Powder metallurgical material for the production of corrosion and / or wear-resistant articles, particularly press tools, characterized in that it contains infrequent * least '70% alumina and the total amount of impurities not exceeding 0.4%, preferably 0.1%, the amount of alumina is, wherein the Siliziumdioxydgehalt and the Eisenoxydgehalt at most 0.05 %, preferably 0.002 %, of the Aluminiumoxydgehaltes and the sum of sodium {. oxide and potassium oxide is at most 0.05 %, preferably 0.0025 % of the aluminum oxide content; optionally in addition to the aluminum oxide further physical-mechanical properties in known manner improving additives are included, while the average particle size of the molding powder is at most 3 microns, preferably at most 1 micron » 2. Werkzeug, insbesondere Preßwerkzeug zur Herstellung von Depolarisatoren für Trockenelemente, mit einem in einer Form eine geradlinige Bewegung ausführenden Stempel, gekennzeichnet dadurch,. daß wenigstens der Stempel, vorzugsweise jedoch auch die Form und die mit dem zu pressenden Medium unmittelbar in Berührung kommenden sonstigen Teile, pulvermetallurgische Produkte sind, die wenigstens 70 % Aluminiumoxyd enthalten und in denen die Gesamtmenge der Verunreinigungen höchstens 0,4 %, vorzugsweise 0,1 % der __ Aluminiumoxydmenge beträgt, wobei der Siliziumdioxydgehalt und der Eisenoxydgehalt höchstens je 0,05 %, vorzugsweise 0,002 % des Aluminiumoxydgehaltes ausmachen, die Summe von Natriumoxyd- und·Kaliumoxydgehalt höchstens 0,05 %, vorzugsweise 0,0025 % des Aluminiumoxydgehaltes beträgt, und gegebenenfalls das Material des Sösnpels nebem dem Aluminiumoxyd noch die gewünschten physikalisch-mechanischen Eigenschaften in bekannter Weise verbessernde Zusätze enthält.2. Tool, in particular pressing tool for the production of depolarizers for dry elements, with a running in a form a rectilinear movement stamp, characterized characterized,. in that at least the stamp, but preferably also the mold and the other parts directly in contact with the medium to be pressed, are powder metallurgical products which contain at least 70 % of aluminum oxide and in which the total amount of the impurities is at most 0.4 %, preferably 0, 1 % of the amount of aluminum oxide, with the silicon dioxide content and the iron oxide content not exceeding 0.05 %, preferably 0.002 % of the aluminum oxide content, the sum of sodium oxide and potassium oxide content being at most 0.05 %, preferably 0.0025 % of the aluminum oxide content, and optionally the material of the Sösnpels and the aluminum oxide still contains the desired physico-mechanical properties in a known manner improving additives.