DE1101917B - Process for the production of aluminum heavy powder - Google Patents

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumschwerpulver.The invention relates to a method for producing heavy aluminum powder.

Es sind Verfahren bekannt, nach welchen Aluminiumschuppenpulver entweder durch Verwendung von Folienschnitzeln oder dadurch erzeugt wird, daß durch Zerstäuben aus dem flüssigen Zustand gewonnenes Pulver in bekannten Kugel- oder anderen Mühlen bzw, durch andere Verfahren hergestellt wird. Bekanntermaßen muß das zur Herstellung von Sinterkörpern verwendete Pulver von größter Feinheit sein. Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß man beim Mahlen in einer Metalltrommel Fett oder Fettsäuren zusetzt, um ein Zusammen- und Anschweißen der Pulverteilchen aneinander, an der Trommelwand und an den Kugeln zu verhindern. Das durch die obengenannten Mühlen bzw, Verfahren gewonnene Pulver oxydiert bisweilen während des Mahlvorganges derart heftig, daß Vorsichtsmaßnahmen zur Verhinderung von Entzündungen oder Explosionen getroffen werden müssen; vorzugsweise wird deshalb unter Schutzgasatmosphäre (90 % Stickstoff und 10% Luft) oder im Vakuum gemahlen.There are known methods according to which aluminum flake powder either by using Foil shredding or is produced by the fact that it is obtained from the liquid state by atomization Powder is produced in known ball or other mills or by other methods. Well known the powder used for the production of sintered bodies must be of the greatest fineness. This can be achieved, for example, by grinding fat or in a metal drum Fatty acids are added in order to weld the powder particles together on the drum wall and to prevent the balls. That obtained by the above mills or processes Powder sometimes oxidizes so vigorously during the grinding process that precautionary measures are taken to prevent it must be hit by ignition or explosion; is therefore preferred under Protective gas atmosphere (90% nitrogen and 10% air) or ground in a vacuum.

In der Literatur wird ein Oxydgehalt des Aluminiumpulvers zwischen 6 und 15%, vorzugsweise 10 bis 13%, als der günstigste zur Verwendung für Sinteraluminium erwähnt. Das geringe Schüttgewicht dieser Feinpulver zwischen 0,1 und 0,2 kg/dm³ macht eine Verarbeitung zu Sinterkörpern infolge der großen Füllhöhen und Entweichens des Feinpulvers zwischen Rezipienten und Preßstempel beim Verpressen technisch schwierig und ist unwirtschaftlich. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, sind durch bekannte Verfahren sogenannte »Schwerpulver« mit Schüttgewichten > 0,7 kg/dm³ hergestellt worden, die sich bei einem Oxydgehalt von 6 bis 15% besonders gut zur Herstellung von Sinterkörpern eignen. Die deutsche Patentschrift 939 537 offenbart dieses Verfahren. Nach ihm ist die Herstellung des Aluminiumschwerpulvers sehr zeitraubend. Um den Fettgehalt des weitgehend in Stampfwerken feingemahlenen Pulvers von insgesamt 0,8% bis auf etwa 0,35 bis 0,4% su senken, schließt sich eine trockene Lagerung des Pulvers von 4 bis 8 Wochen unter Luftzutritt an. Die Weiterverarbeitung des gelagerten Materials zu Schwerpulver erfolgt wieder unter sauerstoffhaltigem Schutzgas in einer Kugelmühle. Nach dem Absieben wird das Pulver nochmals etwa 2 bis 3 Monate gelagert, wobei der Fettgehalt weiter auf etwa 0,15 bis 0,20 % sinkt. Dieses bekannte Verfahren liefert ein gut geeignetes Ausgangsmaterial für die Herstellung von Leichtmetallsinterkörpern hoher Warmfestigkeit, deren Festigkeitseigenschaften auch nach wochenlangem Erwärmen bis auf beispielsweise 500° C nicht beeinträchtigt werden.In the literature, an oxide content of the aluminum powder between 6 and 15%, preferably 10 to 13%, is mentioned as the most favorable for use for sintered aluminum. The low bulk density of these fine powders between 0.1 and 0.2 kg / dm ³ makes processing into sintered bodies technically difficult and uneconomical due to the large filling heights and the escape of the fine powder between the recipient and the ram during pressing. In order to eliminate these difficulties, so-called " ^{heavy powders" with bulk weights> 0.7 kg / dm 3 have been} produced by known processes, which are particularly suitable for the production of sintered bodies with an oxide content of 6 to 15%. German patent specification 939 537 discloses this method. According to him, the production of the aluminum heavy powder is very time consuming. In order to reduce the fat content of the powder, which is largely finely ground in stamping mills, from a total of 0.8% to about 0.35 to 0.4%, the powder is then stored in a dry place for 4 to 8 weeks with access to air. The further processing of the stored material into heavy powder takes place again under an oxygen-containing protective gas in a ball mill. After sieving, the powder is stored for another 2 to 3 months, the fat content falling further to about 0.15 to 0.20%. This known method provides a well-suited starting material for the production of light metal sintered bodies with high heat resistance, the strength properties of which are not impaired even after weeks of heating up to 500 ° C., for example.

Verfahren zur Herstellung
von AluminiumschwerpulverMethod of manufacture
of aluminum heavy powder

Anmelder:Applicant:

ForschungsinstitutResearch institute

für metallische Spezialwerkstoffe,for metallic special materials,

Dresden -A 27, Helmholtzstr. 20Dresden -A 27, Helmholtzstr. 20th

Dr.-Ing, Friedrich Eisenkolb,Dr.-Ing, Friedrich Eisenkolb,

Dr.-Ing. Egon Strobel, Dresden,Dr.-Ing. Egon Strobel, Dresden,

und Richard Schmidt, Cossebaude,and Richard Schmidt, Cossebaude,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das sich über Monate erstreckende Herstellungsverfahren abzukürzen, dadurch wirtschaftlicher zu gestalten und eine Entzündungs- und Explosionsgefahr beim Mahlen des Aluminiumpulvers auszuschließen. Die guten Eigenschaften des Aluminiumschwerpulvers zur Herstellung von Sinterkörpern mit hoher Warmfestigkeit sind durch das erfindungsgemäße Verfahren somit auf kürzerem, billigerem und einfacherem Wege zu erreichen.The invention is based on the object of shortening the manufacturing process, which extends over months, to make it more economical and there is a risk of ignition and explosion when grinding exclude the aluminum powder. The good properties of the aluminum heavy powder for manufacturing of sintered bodies with high heat resistance are thus by the method according to the invention to be reached in a shorter, cheaper and easier way.

Bevorzugt wird als Ausgangsmaterial »verdüstes«, d. h. durch Zerstäuben einer Schmelze mit Preßluft gewonnenes Aluminiumpulver, beispielsweise der Körnung 0,06 bis 0,15 mm, das zu feinem Schuppenpulver gemahlen werden muß. Erfindungsgemäß wird eine Schwingmühle mit Stahltrommel und Stahlkugeln benutzt und das verdüste Aluminiumpulver im Naßverfahren mit fettfreien Lösungsmitteln vorzugsweise in Benzin, Benzol und Isoamylalkohol in einer Zeit von etwa 8 bis 20 Stunden je nach der Größe des Mahlbehälters und der Kugeln usw. gemahlen. Das Naßmahlen von Aluminiumpulver in fettfreien Lösungsmitteln hat den Vorteil, daß hierbei keinerlei Vorsichtsmaßnahmen getroffen zu werden brauchen, wie sie beim Trockenmahlen unter Zusatz von nur geringen Fettmengen infolge der großen Neigung von feinem Aluminiumpulver zur Selbstentzündung notwendig sind. Die Schwingmühle ist für den erfindungsgemäß geschilderten Mahlprozeß besonders geeignet, weil bei der Schwingmühle die Mahlbehälter sich nicht drehen, sondern nur geringe Schwingungen ausführen. Es ist daher technisch leicht möglich, während des Mahlprozesses eine zusätzliche Belüftung des Mahlbehälters zur Erreichung des notwendigenThe preferred starting material is "atomized", i.e. H. by atomizing a melt with compressed air aluminum powder obtained, for example with a grain size of 0.06 to 0.15 mm, the flake powder that is too fine must be ground. According to the invention, a vibratory mill with a steel drum and steel balls used and the atomized aluminum powder in the wet process with fat-free solvents preferably in gasoline, benzene and isoamyl alcohol in a time of about 8 to 20 hours depending on the size of the Milling container and balls, etc. ground. The wet grinding of aluminum powder in fat-free Solvents have the advantage that no precautionary measures need to be taken here, as in dry grinding with the addition of only small amounts of fat due to the great tendency of fine aluminum powder are necessary for spontaneous combustion. The vibrating mill is according to the invention for the The grinding process described is particularly suitable because the grinding container in the vibratory mill do not rotate but only vibrate slightly. It is therefore technically easily possible while the grinding process an additional ventilation of the grinding container to achieve the necessary

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Oxydgehaltes des Aluminiumpulvers durchzuführen. Dies geschieht am einfachsten durch dauernde Zuführung von Preßluft, wodurch das Luft-Benzin-Gemisch im Mahlbehälter weit unter der unteren Zündgrenze gehalten wird und gegebenenfalls eine Benzinrückgewinnung angeschlossen werden kann.Carry out oxide content of the aluminum powder. The easiest way to do this is by continuous feeding of compressed air, whereby the air-gasoline mixture in the grinding container is far below the lower one Ignition limit is maintained and, if necessary, a gasoline recovery can be connected.

Statt Luft kann auch ein sauerstoffhaltiges Schutzgas (vorzugsweise bis 8% O₂) hierbei Verwendung finden. Das Zusammenschweißen der Pulverteilchen untereinander und ihr Anschweißen an die Trommelwand und an die Kugeln wird durch den Flüssigkeitszusatz verhindert. Zwecks ausreichender Oxydation des Aluminiumpulvers erfolgt der geschilderte Zusatz eines fettfreien Lösungsmittels, vorzugsweise Benzin, Benzol oder Isoamylalkohol u. dgl. beim Naßmahlen des Aluminiumpulvers in der Weise, daß eine pastenförmige Konsistenz des Mahlgutes herbeigeführt wird. Hierdurch wird außerdem vermieden, daß sich einerseits Pulverteilchen an der Trommelwand und an den Kugeln ansetzen, und andererseits wird eine genügende Feinheit des Mahlgutes erzielt, die bei Zusatz von zuviel Flüssigkeit in Frage gestellt ist. Man erzielt durch diesen Vorgang ein Aluminiumfeinpulver mit einem Schüttgewicht von 0,1 bis 0,2 kg/dm³ und, je nach Mahldauer, einen Oxydgehalt von 8 bis 13⁰Zq, der etwa 2% unter dem des fertigen Schwerpulvers liegt.Instead of air, an oxygen-containing protective gas (preferably up to 8% O ₂ ) can also be used here. The welding together of the powder particles and their welding to the drum wall and to the balls is prevented by the addition of liquid. For the purpose of adequate oxidation of the aluminum powder, a fat-free solvent, preferably gasoline, benzene or isoamyl alcohol and the like, is added when the aluminum powder is wet-ground in such a way that a paste-like consistency of the ground material is brought about. This also prevents powder particles from adhering to the drum wall and the balls on the one hand, and a sufficient fineness of the ground material is achieved on the other hand, which is called into question if too much liquid is added. Is obtained by this process is an aluminum fine powder with a bulk density of 0.1 to 0.2 kg / dm ³ and, depending on the milling time, an oxide content 8-13 ⁰ Z q, which is about 2% below that of the finished powder is heavy.

An diesen Mahlvorgang schließt sich das Trocknen des Pulvers an, was aber zweckmäßigerweise durch Erhitzen in einem Vakuum von 10 bis 15 Torr geschieht. Um die Mahlflüssigkeit restlos zu entfernen und das beim Mahlen gebildete Aluminiumoxyd zu stabilisieren, wird am Ende des Trocknungsprozesses die Temperatur auf 200 bis 300° C erhöht. Man erhält also auf die beschriebene Art — wie schon oben erwähnt — ein völlig fettfreies Aluminiumpulver mit einem gewünschten Oxydgehalt von 8 bis 13%, welches sofort — ohne lange Lagerzeiten — zu Schwerpulver verarbeitet werden kann. Durch Weitermahien bis zu 15 Stunden in einer Kugelmühle mit Porzellantrommel und Hartporzellankugeln wird das Aluminiumfeinpulver zu einem geeigneten Schwerpulver agglomeriert.This grinding process is followed by the drying of the powder, which is, however, expediently done Heating is done in a vacuum of 10 to 15 torr. To completely remove the grinding liquid and to stabilize the aluminum oxide formed during grinding is at the end of the drying process the temperature increased to 200 to 300 ° C. So you get in the way described - as above mentioned - a completely fat-free aluminum powder with a desired oxide content of 8 to 13%, which can be processed into heavy powder immediately - without long storage times. By continuing to grind This will take up to 15 hours in a ball mill with a porcelain drum and hard porcelain balls Fine aluminum powder agglomerated into a suitable heavy powder.

Bekanntlich neigt fettfreies Aluminiumpulver beim Mahlen in Metall trommeln ohne jeden Zusatz zum Anschweißen an der Trommelwand und an den Kugeln, was bei Verwendung von Porzellankugelmühlen nicht der Fall ist. Um bei der Herstellung des Schwerpulvers das Zusammenschweißen der Pulverteilchen zu begünstigen, ist es zweckmäßig, im Vakuum oder einem sauerstofffreien Schutzgas zu mahlen, wodurch ein höheres Schüttgewicht erreicht wird. Durch das Ein-und Ausbringen des Aluminiumpulvers aus der Porzellantrommel steigt der Oxydgehalt des Aluminiumpulvers um etwa 2%. Die Herstellung eines solchen zur Erzeugung von Sinteraluminium geeigneten Aluminiumpulvers erfordert also nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Zeitaufwand von etwa 35 Stunden, während das bekannte Verfahren 12 bis 20 Wochen erfordert. Das so hergestellte, zur Erzeugung von Sinteraluminium mit hoher Warmfestigkeit geeignete Schwerpulver weist einen Oxydgehalt von vorzugsweise 11 bis 15% auf, hat ein Schüttgewicht von 0,8 bis 1,2 kg/dm³ und ist völlig fettfrei. Außerdem ist das Pulver lagerfähig, da bei wochenlanger Lagerung der Oxydgehalt sich praktisch nicht verändert.It is well known that when grinding in metal, fat-free aluminum powder tends to be welded to the drum wall and to the balls without any additive, which is not the case when using porcelain ball mills. In order to promote the welding together of the powder particles during the production of the heavy powder, it is expedient to grind in a vacuum or an oxygen-free protective gas, whereby a higher bulk density is achieved. As the aluminum powder is brought in and out of the porcelain drum, the oxide content of the aluminum powder increases by about 2%. The production of such an aluminum powder suitable for the production of sintered aluminum thus requires an expenditure of time of about 35 hours according to the method according to the invention, while the known method requires 12 to 20 weeks. The heavy powder produced in this way, suitable for producing sintered aluminum with high heat resistance, has an oxide content of preferably 11 to 15%, has a bulk density of 0.8 to 1.2 kg / dm ³ and is completely free of grease. In addition, the powder can be stored, as the oxide content remains virtually unchanged after weeks of storage.

Ein Beispiel soll die Erfindung veranschaulichen: Ausgangsmaterial zur Herstellung des Aluminiumschwerpulvers ist verdüstes Aluminiumpulver, bei-'■ spielsweise der Körnung 0,06 bis 0,15 mm, mit einem Oxydgehalt von 1 bis 2%. Dieses wird in einem stählernen Mahlbehälter mit stählernen Mahlkugeln,An example is intended to illustrate the invention: Starting material for the production of the aluminum heavy powder is atomized aluminum powder, for example with a grain size of 0.06 to 0.15 mm, with a Oxide content of 1 to 2%. This is in a steel grinding container with steel grinding balls,

- .-z. B. in eine Schwingmühle unter Zugabe von fettfreiem Lösungsmittel, wie z.B. Benzin, eingesetzt und etwa 8 bis :20 Stunden — je nach Größe des Mahlbehälters, der Anzahl der Mahlkugeln und des eingesetzten Mahlgewichtes sowie des gewünschten Oxydgehaltes — gemahlen. Es werden beispielsweise-.-z. B. in a vibrating mill with the addition of fat-free Solvents, such as gasoline, are used and about 8 to: 20 hours - depending on the size of the Grinding container, the number of grinding balls and the grinding weight used as well as the desired Oxide content - ground. For example

ίο 125 g verdüstes Aluminiumpulver mit 250 cm³ Benzin vermischt. Dies ergibt eine pastenförmige Konsistenz. Während des Mahlens wird der Mahlbehälter z. B. mittels Preßluft belüftet, wodurch die Oxydation des Aluminiumpulvers und die gewünschte Feinheit erzielt wird. Nach Beendigung des Mahlvorganges wird das gemahlene nasse Aluminiumfeinpulver bei etwa 40° C und einem mittleren Vakuum von 10 bis 15 Torr getrocknet und schließlich auf 200 bis 300° C erhitzt. Der hierbei erzielte Oxydgehalt des Feinpulvers liegt etwa 2% unter dem Oxydgehalt des fertigen Schwerpulvers, also bei etwa 8 bis 13%, je nach Mahldauer. Da beim Mahlen des Feinpulvers durch Belüftung des Mahlbehälters eine Oxydation der Pulverteilchen stattfand, sind Vorsichtsmaßnahmen beim Ausbringen aus dem Vakuum nicht erforderlich. Das so erhaltene völlig fettfreie Feinpulver mit einem Schüttgewicht von 0,1 bis 0,2 kg/dm³ wird anschließend in einer Porzellankugelmühle mit Porzellankugeln unter Vakuum bis zu 15 Stunden weitergemahlen. Man erhält hierdurch ein Schwerpulver mit einem Schüttgewicht von 0,8 bis 1,2 kg/dm³ und einem Oxydgehalt von 10 bis 15 %, vorzugsweise 12 bis 14%, welches außerdem völlig fettfrei ist. Das auf die erfindungsgemäße Art hergestellte Schwerpulver kann sofort ohne weitere Lagerung verarbeitet werden; andererseits zeigt es aber auch bei wochen- und monatelanger Lagerung keine Veränderungen seiner Eigenschaften, insbesondere des Oxydgehaltes und seines Schüttgewichtes. Es ist daher zur Herstellung von Aluminiumsinterkörpern gleichmäßiger Güte bestens geeignet. Der Herstellungsprozeß des Aluminiumschwerpulvers hat also etwa nur 35 Stunden in Anspruch genommen.ίο 125 g of atomized aluminum powder ^{mixed with 250 cm 3 of} gasoline. This gives a paste-like consistency. During grinding, the grinding container is z. B. ventilated by means of compressed air, whereby the oxidation of the aluminum powder and the desired fineness is achieved. After the grinding process has ended, the ground, wet fine aluminum powder is dried at around 40 ° C and a medium vacuum of 10 to 15 Torr and finally heated to 200 to 300 ° C. The oxide content of the fine powder achieved here is about 2% below the oxide content of the finished heavy powder, i.e. about 8 to 13%, depending on the grinding time. Since the powder particles were oxidized during the grinding of the fine powder by venting the grinding container, no precautionary measures are required when removing the powder from the vacuum. The completely fat-free fine powder obtained in this way with a bulk density of 0.1 to 0.2 kg / dm ³ is then further ground in a porcelain ball mill with porcelain balls under vacuum for up to 15 hours. This gives a heavy powder with a bulk density of 0.8 to 1.2 kg / dm ³ and an oxide content of 10 to 15%, preferably 12 to 14%, which is also completely free of fat. The heavy powder produced in the manner according to the invention can be processed immediately without further storage; on the other hand, even after weeks or months of storage, it does not show any changes in its properties, in particular in the oxide content and its bulk density. It is therefore ideally suited for the production of sintered aluminum bodies of uniform quality. The manufacturing process of the aluminum heavy powder thus only took about 35 hours.

In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß in Abhängigkeit von dem Oxydgehalt die Aluminiumsinterkörper verschiedene Eigenschaften aufweisen. Will man S inter aluminium erzeugen, welches sich noch gut plastisch verformen läßt, so wählt man niedrigere Oxydgehalte, etwa 10 bis 11%. Bei Sinteraluminium hoher Festigkeit dagegen werden die Oxydgehalte auf etwa 14 bis 15% erhöht. Entsprechend den geforderten Materialeigenschaften des S inter aluminiums wird demzufolge die Mahldauer des Feinpulvers gewählt.In this context it should be pointed out that, depending on the oxide content, the Sintered aluminum bodies have different properties. If you want to produce aluminum, which can still be plastically deformed well, a lower oxide content is chosen, about 10 to 11%. In the case of high-strength sintered aluminum, on the other hand, the oxide content is increased to around 14 to 15%. Corresponding The required material properties of the aluminum are therefore the grinding time of the fine powder selected.

Claims (2)

^5 Patentansprüche:^ 5 claims: 1. Verfahren zur Herstellung von für die Erzeugung von S inter aluminium geeignetem Aluminiumschwerpulver mit einem Schüttgewicht von 0,8 bis 1,2 kg/dm³ und einem Gehalt an Aluminiumoxyd von vorzugsweise 12 bis 14%, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumfolie oder Aluminiumpulver in fettfreien Lösungsmitteln, insbesondere in· Benzin, Benzol und höheren Alkoholen, wie z. B. Isoamylalkohol, unter Zutritt von Luft oder sauerstoffhaltigem Schutzgas in beispielsweise einer an sich bekannten Schwingmühle zu fettfreiem Leichtpulver mit einer Wichte von etwa 0,2 kg/dm³ und einem Qxydgehalt,. der nur um etwa 2% niedriger liegt als der des Schwerpulvers,1. A process for the production of aluminum heavy powder suitable for the production of S inter aluminum with a bulk density of 0.8 to 1.2 kg / dm ³ and an aluminum oxide content of preferably 12 to 14%, characterized in that aluminum foil or aluminum powder in fat-free solvents, especially in · gasoline, benzene and higher alcohols, such as. B. isoamyl alcohol, with the admission of air or oxygen-containing protective gas in, for example, a vibration ^{mill known per se to fat-free light powder with a density of about 0.2 kg / dm 3} and an oxide content. which is only about 2% lower than that of heavy powder, 5 65 6 vermählen wird, und daß dieses Leichtpulver un- Oxydation und Feinheit des Aluminiumpulversis milled, and that this light powder is un- oxidation and fineness of the aluminum powder mittelbar nach einem Trocknen und Erhitzen im das Aluminiumausgangspulver und das fettfreieindirectly after drying and heating in the aluminum starting powder and the fat-free Vakuum — also ohne Zwischenlagerung — in Lösungsmittel in einer brei- oder pastenförmigenVacuum - i.e. without intermediate storage - in solvents in a paste or paste form einer Porzellankugelmühle vorzugsweise unter Konsistenz in die Schwingmühle eingesetzt wird.a porcelain ball mill is preferably inserted into the vibratory mill with consistency. Vakuum oder einem sauerstoff freien Schutzgas zu S Vacuum or an oxygen-free protective gas to S völlig fettfreiem Schwerpulver agglomeriert wird. In Betracht gezogene Druckschriften:completely fat-free heavy powder is agglomerated. Considered publications: 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Deutsche Patentschriften Nr. 375 504, 424 344,2. The method according to claim 1, characterized in that German patents no. 375 504, 424 344, zeichnet, daß zur Erzielung einer ausreichenden 704 223, 939 537.indicates that to achieve a sufficient 704 223, 939 537. © 109 529/410 2.61© 109 529/410 2.61