DE102004053222B3

DE102004053222B3 - Flüssigkeit, deren Verwendung zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis

Info

Publication number: DE102004053222B3
Application number: DE102004053222A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Quirmbach; Michael Dipl.-Ing. Hölzgen; Alfred Dipl.-Ing. Vuin
Original assignee: Zschimmer and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Zschimmer and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: ATE387515T1; EP1657320B1; DE502005002969D1; US20060090592A1; EP1657320A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit, deren Verwendung zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisenbasis sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisenbasis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit, deren Verwendung zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis.

In der Pulvermetallurgie werden Metall- und insbesondere auf Eisen oder Edelstahl basierende Pulvermischungen verwendet, um hieraus hoch beanspruchbare Teile herzustellen.

Hierzu werden zunächst geeignete Eisen- und Edelstahlpulver-Mischungen aufbereitet, zu einem Formteil gepresst und das dabei entstehende Formteil (der Grünling) zum fertigen Teil gesintert.

Aus DE 692 23 940 T2 und US 6,039,784 ist bekannt, Pulvermischungen auf Eisenbasis spezielle organische Gleitmittel zuzusetzen.

Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis für die Pulvermetallurgie sind regelmäßig zusammengesetzt aus einem Eisenpulver, einem Legierungspulver, wie beispielsweise einem Kupfer-, Graphit- oder Eisenphosphitpulver sowie einem weiteren Stoff, der als Presshilfsmittel wirkt.

Für den als Presshilfsmittel wirkenden Stoff werden üblicherweise Wachse oder Stearate, beispielsweise Zink-, Aluminium-, Blei- oder insbesondere Ethylen-bis-stearat (EBS) eingesetzt.

Pulvermischungen der vorgenannten Art neigen dazu, sich wieder zu entmischen. Am Ende des Aufbereitungsprozesses beziehungsweise des Mischvorgangs liegt dadurch regelmäßig keine optimal homogene Pulvermischung vor. Die aus entsprechend inhomogenen Pulvermischungen hergestellten Formkörper weisen häufig mangelhafte Eigenschaften auf.

Problematisch ist weiterhin, dass die Pulvermischungen, die wie vorstehend aufbereitet worden sind, nur eine mangelnde Grünfestigkeit aufweisen. Die Formgebung und anschließende Formerhaltung der Grünlinge ist dadurch sehr kompliziert. Die mangelnde Grünfestigkeit kann schließlich auch zu mangelhaften Eigenschaften des hieraus gesinterten Formkörpers führen.

Schließlich neigen die wie vorstehend aufbereiteten Pulvermischungen dazu, zu „stauben", da der Feinstkornanteil nicht ausreichend in die Pulvermischung eingebunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Pulvermischungen auf Eisen- und/oder Edelstahlbasis aufbereitet werden können, ohne dass die vorstehend beschriebenen Nachteile auftreten.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die zur Verfügungstellung einer Flüssigkeit zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis, die

– Wasser,
– Inhibitor,
- Stabilisator und
- gegebenenfalls weitere Stoffe

enthält.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebenen Nachteile bei der Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis verhindert werden können, wenn die Pulvermischungen nicht – wie bisher – trocken, sondern in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit aufbereitet also insbesondere hierin gemischt werden.

Dazu wird die Pulvermischung auf Eisen- oder Edelstahlbasis zunächst in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit gemischt und anschließend getrocknet.

Die Pulvermischung kann allein aus einem Eisen- und/oder Edelstahlpulver sowie einem Legierungspulver bestehen; auf die Zugabe eines Presshilfsmittels, wie beispielsweise eines pulverförmigen Stearates, kann verzichtet werden.

Um eine Reaktion des Wassers mit dem Eisen- oder Edelstahlpulver, also insbesondere beispielsweise dessen Hydrolyse, zu verhindern, weist die Flüssigkeit neben Wasser mindestens einen Inhibitor auf.

Inhibitoren haben die Aufgabe, die Komponenten der auf Eisen oder Edelstahl basierenden Pulvermischung zu ummanteln beziehungsweise die Sauerstoffanlagerung an die Teilchen der Pulvermischung derart zu regulieren, dass diese im Wasser nicht hydrolysieren beziehungsweise eine sonstige Reaktion mit dem Wasser eingehen.

Frühere Versuche, Pulvermischungen auf Eisenbasis in Wasser zu mischen scheiterten regelmäßig daran, dass eine Reaktion der Eisenpartikel mit dem Wasser nicht verhindert werden konnte. Durch einen Inhibitor, insbesondere durch einen oder mehrere der nachfolgend genannten Inhibitoren, kann diese Reaktion nunmehr vollständig oder zumindest weitgehend unterbunden werden.

Als Inhibitoren verwendet werden können beispielsweise Benzoate, ethanolaminische Borsäure, Phosphate und Phosphonate sowie Benzotriazole, Tolyltriazole, Natrium-Mercaptobenztriazole, Amino-Alkyl-Benzimidazole und Mischungen daraus. Alternativ oder kumulativ können als Inhibtor Molybdate, Nitrite, Sebazate, Silikate und Mischungen daraus eingesetzt werden.

Bisher war unbekannt, dass diese Substanzen als hervorragende Inhibitoren bei der flüssigen Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis beziehungsweise dem Mischen von eisen- und edelstahlbasierten Pulvermischungen in Wasser wirken.

Als weiteren Stoff kann die anmeldungsgemäße Flüssigkeit beispielsweise Presshilfsmittel enthalten.

Als Preßhilfsmittel können z.B. Wachsemulsionen eingesetzt werden. Die Wachsemulsion kann beispielsweise eine Wachsemulsion auf Basis von Paraffin, oxidiertem Paraffin, Polyethylen, Polypropylen, Stearate, Amidwachse wie zum Beispiel Ethylen-bis-stearylamid, Stearylamid oder Mischungen daraus sein.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Wachs beziehungsweise ein Stearat sowohl als Presshilfsmittel als auch als Inhibitor in einer Wasser basierenden Flüssigkeit, in der auf Eisen oder Edelstahl basierende Pulvermischungen gemischt werden sollen, wirkt. Das Wachs beziehungsweise Stearat kann jedoch nur dann eingesetzt werden kann, wenn dieses als Emulsion in der Flüssigkeit vorliegt. Die Zugabe von Wachs beziehungsweise einem Stearat in nicht-emulgierter Form würde zu keiner Verteilung des Wachses im Wasser führen. Entsprechend scheiterten frühere Versuche, Wasser als Flüssigkeit zur Aufbereitung von eisenbasierten Pulvermischungen zu verwenden, da sich die nicht-emulgierten Wachse beziehungsweise Stearate im Wasser nicht lösten beziehungsweise verteilten.

Durch den Stabilisator wird die Viskosität der Flüssigkeit reguliert. Insbesondere werden anmeldungsgemäß Stabilisatoren eingesetzt, die die Viskosität des Wassers erhöhen, so dass das Absinken der Komponenten der Pulvermischung in der Flüssigkeit erschwert wird und einer Entmischung dadurch entgegengetreten wird.

Als Stabilisatoren können beispielsweise Cellulosen eingesetzt werden, beispielsweise Celluloseether, beispielsweise Hydroxyethylcellulosen, Hydroxypropylcellulosen, Methylcellulosen, Methylethylhydroxycellulosen, Methylpropylhydroxycellulosen oder Mischungen daraus. Alternativ oder kumulativ können Alginate, Stärke, Stärkeether, Guar, Guarether, Xanthan oder Mischungen daraus als Stabilisatoren eingesetzt werden.

Wenigstens einer der weiteren Stoffe in der Flüssigkeit kann beispielsweise ein Dispergiermittel sein, beispielsweise Polyacrylsäuren.

Als weiterer Stoff kann aber auch ein temporärer Binder in der Flüssigkeit vorhanden sein, beispielsweise ein temporärer Binder auf Basis Polyacrylate, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole wie auch Cellulose- und Stärkederivate oder Mischungen daraus.

Durch die Verwendung der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit wird die Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis nicht nur stark verbessert, sondern auch die Eigenschaften der aus diesen Mischungen erstellten, gesinterten Formteile sind gegenüber den Formteilen nach dem Stand der Technik stark verbessert.

So kann durch die Verwendung der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit ein Stauben der Pulvermischungen praktisch vollständig verhindert werden. Auch kann die Grünfestigkeit der geformten Grünlinge stark erhöht werden.

Die aus den Pulvermischungen, die mit der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit aufbereitet worden sind, hergestellten (gesinterten) Formteile weisen sich durch hervorragende Eigenschaften, insbesondere eine hohe Homogenität und Festigkeit aus.

Zur Aufbereitung einer eisen- und/oder edelstahlbasierten Pulvermischung mit der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit wird die Pulvermischung zunächst in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit gemischt und anschließend getrocknet.

Die Homogenisierung der Pulvermischung in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit kann durch bekannte Mischaggregate vorgenommen werden, beispielsweise Attritoren.

Die Mischdauer in der Flüssigkeit kann beispielsweise 1 bis 3 Stunden betragen.

Nach der Mischung der Pulvermischung in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit wird die feuchte Pulvermischung einem Trocknungsaggregat, beispielsweise einer Sprühtrocknungsanlage, zugeführt.

In der Trocknungsanlage, beispielsweise einer Sprühtrocknungsanlage, wird die feuchte Mischung zu einem Granulat verdüst.

Dabei bildet eine in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit gemischte Pulvermischung ein charakteristisches Granulat aus, das sich neben Anteilen an Vollgranulat insbesondere auch durch einen Anteil an Hohlgranulat auszeichnet.

Aufgrund des regelmäßig gebildeten Anteils an Hohlgranulat kann das getrocknete Granulat in Formwerkzeugen, üblicherweise in Pressen, sehr effektiv zu Grünlingen geformt werden.

Eine Beschädigung des Formwerkzeugs, besonders der bewegten Teile eines ebensolchen, durch ein etwaiges Stauben des Granulats ist durch die Verwendung der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit verhindert.

Wie oben bereits ausgeführt, wurde erfindungsgemäß festgestellt, dass die Wachsemulsion, neben ihrer Eigenschaft als Presshilfsmittel, gleichzeitig auch als hervorragender Inhibitor agiert, wodurch die Homogenität und Gründichte beziehungsweise -festigkeit des gepressten Formteils bei gleichem Pressdruck (im Vergleich zum Pressdruck beziehungsweise den Eigenschaften eines Formteils, das nach dem Stand der Technik aufbereitet wurde) erhöht ist beziehungsweise nur einer geringerer Pressdruck erforderlich ist, um beim Formteil die gleichen Eigenschaften zu erhalten, die es ohne die Verwendung einer Wachsemulsion in der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit erhalten würde.

Der Grünling wird schließlich einer Wärmebehandlung unterzogen und dabei zum Eisen- oder Edelstahlprodukt gesintert.

Die anmeldungsgemäße Flüssigkeit kann beispielsweise wie folgt zusammengesetzt sein (die nachfolgenden Angaben in Gewischts-%, soweit nicht anders angegeben, bezogen auf das Gesamtgewicht der Flüssigkeit):

– Wasser: 25-99 Gew.-%, also beispielsweise auch 68-98 Gew.-% oder 82-93 Gew.-%;
– Inhibitor: 0,02-50 Gew.-%, also beispielsweise auch 1-7 Gew.-% oder 1-4 Gew.-%;
– Stabilisator: 0,005-7 Gew.-%, also beispielsweise auch 0,05-4 oder 0,1-1 Gew.-%;
– Weitere Stoffe: 0-20 Gew.-%.

Wachsemulsion kann beispielsweise in Anteilen von 0,5-35 Gew.-%, also beispielsweise auch in Anteilen von 1-15 Gew.- oder von 4-12 Gew.-% in der Flüssigkeit vorliegen.

Dispergiermittel kann beispielsweise in Anteilen von 0,01-33 Gew.-%, also beispielsweise auch in Anteilen von 0,05-6 Gew.-% oder von 0,1-3 Gew.-% in der Flüssigkeit vorliegen.

Die anmeldungsgemäße Flüssigkeit kann beispielsweise mit der 3- bis 7-fachen Menge an einer eisen- oder edelstahlbasierten Pulvermischung zur feuchten Mischung gemischt werden.

Nachfolgend werde zwei Beispiele für eine anmeldungsgemäße Flüssigkeit angegeben:
Beispiel 1:

– Wasser: 88,2 Gew.-%;
– Inhibitor in Form von Monoethanolaminborat: 2,2 Gew.-%;
– Stabilisator in Form von Methylcellulose: 0,4 Gew.-%;
– Wachsemulsion in Form einer 50%-igen Paraffinemulsion: 8,8 Gew.-%;
– Dispergiermittel in Form von Polyammoniumacrylat: 0,4 Gew.-%.

Beispiel 2:

– Wasser: 84,7 Gew.-%;
– Inhibitor in Form von Monoethanolaminphosphat: 2,8 Gew.-%;
– Stabilisator in Form von Methylhydroxypropylcellulose: 0,6 Gew.-%;
– Wachsemulsion in Form einer 50%-igen Polypropylenemulsion: 11,3 Gew.-%;
– Dispergiermittel in Form von Polyammoniumacrylat: 0,6 Gew.-%.

In der feuchten Pulvermischung aus der anmeldungsgemäßen Flüssigkeit und der Eisen/Edelstahl-Pulvermischung können neben 100 Gew.-% Eisen/Edelstahl-Partikeln beispielsweise zusätzlich die folgenden Teile an den Komponenten der Flüssigkeit vorliegen:

– 8-200 Gew.-% Wasser, also beispielsweise auch 12-70 oder 12-30 Gew.-% Wasser;
– 0,05-10 Gew.-% Inhibitor, also beispielsweise auch 0,2-2 Gew.-% Inhibitor;
– 0,01-5 Gew.-% Stabilisator, also beispielsweise auch 0,05-1 oder 0,05-0,5 Gew.-% Stabilisator.

Neben den 100 Gew.-% Eisen/Edelstahl-Partikeln können in der feuchten Mischung beispielsweise 1-5 Gew.-% Wachsemulsion, also beispielsweise auch 0,1-20 oder 0,5-4 Gew.-% Wachsemulsion und/oder 0,01-5 Gew.-% Dispergiermittel, also beispielsweise auch 0,05-1 Dispergiermittel vorliegen.

Claims

Flüssigkeit zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis, enthaltend a) Wasser; b) Inhibitor; c) Stabilisator.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der der Inhibitor wenigstens einer der nachfolgenden Stoffe ist: Benzoate, ethanolaminische Borsäure, Phosphate und Phosphonate sowie Benzotriazole, Tolyltriazole, Natrium-Mercaptobenztriazole, Amino-Alkyl-Benzimidazole, Molybdate, Natriumnitrit, Sebazate oder Silikate.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der der Stabilisator wenigstens einer der nachfolgenden Stoffe ist: Celluloseether, Alginat, Stärke, Stärkeether, Guar, Guarether oder Xanthan.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der wenigstens einer der weiteren Stoffe eine Wachsemulsion ist.
Flüssigkeit nach Anspruch 4 mit einer Wachsemulsion auf Basis von wenigstens einem der folgenden Stoffe: Paraffin, oxidiertes Paraffin, Polyethylen, Polypropylen oder Amidwachs wie beispielsweise Ethylen-bis-stearylamid, Stearylamid oder Stearat.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der wenigstens einer der weiteren Stoffe ein Dispergiermittel ist.
Flüssigkeit nach Anspruch 6, bei der das Dispergiermittel eine Polyacrylsäure ist.
Flüssigkeit nach Anspruch 1, bei der wenigstens einer der weiteren Stoffe ein temporärer Binder ist.
Verwendung einer Flüssigkeit nach Anspruch 1 zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis.
Verwendung einer Flüssigkeit nach Anspruch 9 als Mischflüssigkeit zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis.
Verfahren zur Aufbereitung von Pulvermischungen auf Eisen- oder Edelstahlbasis, bei dem eine Pulvermischung auf Eisen- oder Edelstahlbasis zunächst in einer Flüssigkeit gemäß Anspruch 1 gemischt und anschließend getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Trocknung in einer Sprühtrocknungsanlage erfolgt.