DE102009024119A1

DE102009024119A1 - Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver

Info

Publication number: DE102009024119A1
Application number: DE102009024119A
Authority: DE
Inventors: Arno Friedrichs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-06
Filing date: 2009-06-06
Publication date: 2010-12-09
Also published as: WO2010139615A1; US20120111147A1; EP2440350A1; JP2012529561A

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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht.
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Stahlpulver bekannt, das aus einer Vielzahl von Stahlpulverkügelchen besteht. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Stahlschmelze erzeugt. Diese wird in einen Behälter überführt und dort mit N₂-Gas beaufschlagt, um eine Atomisierung von erschmolzenem Stahl unter Verwendung von Stickstoffgas 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 Metallpulverkügelchen 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
1 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verarbeitung von Metallpulver gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung,
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Verarbeitung von Metallpulver gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfindung und
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens 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 1 ersichtlich ist – in einem ersten Schritt S1 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 einen 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 innenliegenden, wendelförmig 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 herzustellen, 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 wendelförmig verlaufenden Kühlkanälen unter Verwendung von Stahlpulver, 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, wendelförmig 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 Metallpulver wird nachfolgend anhand des in der 2 gezeigten Flussdiagrammes erläutert.
Auch bei diesem verbesserten Verfahren, bei welchem als Ausgangsmaterial dasselbe Metallpulver verwendet wird wie bei dem anhand der 1 erläuterten Verfahren, erfolgt in einem ersten Schritt S1 ein Erhitzen der Metallpulverkügelchen auf eine Temperatur, bei welcher sich die Metallpulverkügelchen im flüssigen Zustand befinden.
In einem darauffolgenden Schritt S1/2 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 1 erläuterten Verfahren in Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers zu zerspringen.
Die durch die Kollision 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 gemäß einem Schritt S4 gesammelt werden. Dort erkalten die Metallpulverkügelchen verkleinerten 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 1 beschriebenen 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 Formstabilität der beim obigen Verfahren gebildeten Rohlinge weiter verbessert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach alledem Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, derart verarbeitet, dass Metallpulver bereitgestellt wird, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers besteht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der anhand der 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 verkleinerten Durchmesser kleiner oder höchstens gleich dem gewünschten Maximaldurchmesser sind.
Ein Beispiel für ein Verfahren, bei welchem eine derartige Siebung erfolgt, ist in der 3 dargestellt. Gemäß diesem in der 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 gesammelt, 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 S1 zurückgeführt, um erneut erhitzt zu werden, danach im Schritt S1/2 beschleunigt zu werden und dann im Schritt S2 einer Kollision mit dem erhitzten Prallkörper unterworfen zu werden.
Alternativ dazu kann eine Siebung auch im Sammelbehälter vorgenommen werden. Dies ist in der 3 mit gestrichelten Linien angedeutet.

Claims

Verfahren zur Verarbeitung von Metallpulver, das aus einer Vielzahl von Metallpulverkügelchen besteht, mit folgenden Schritten: S1: Erhitzen der Metallpulverkügelchen, bis sie sich in einem flüssigen Zustand befinden, S2: Herbeiführen einer Kollision der verflüssigten Metallpulverkügelchen 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 Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers, S4: Sammeln der abgekühlten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers in einem Sammelgefäß.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Schritt: S5: Erkalten der gesammelten Metallpulverkügelchen verkleinerten Durchmessers, bis sie sich in einem festen Zustand befinden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Erhitzen der Metallpulverkügelchen und dem Herbeiführen einer Kollision ein Beschleunigen der erhitzten Metallpulverkügelchen erfolgt.
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.
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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper eine Prallplatte ist
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte propellerförmig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte beweglich ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpulverkügelchen 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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herbeiführen der Kollision im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhitzten Metallpulverkügelchen gegeneinander zur Kollision gebracht werden.