DE2413973C3 - Verfahren zur Herstellung von Metallteilchen in Pulverform durch Abschmelzen eines Drahtes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilchen in Pulverform aus einem sich verbrauchenden Metalldraht sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Feines Metallpulver wird in zunehmenden Maße zur Herstellung von Teilen mittels pulvermetallurgischer Verfahren verwendet. Es wurden bereits viele Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern vorgeschlagen. Zu diesen Verfahren gehört das Zerstäuben eines schmelzflüssigen Metalls durch Gasstrahlen (US-PS 28 718) oder durch unter hohem Druck stehendes Wasser (US-PS 33 25 277). Ein weiteres Verfahren beruht darin, schmelzflüssiges Metall in ein Vakuum einzusprühen, um hiermit einzelne Teilchen zu bilden (US-PS 35 10 546). Auch die Verdampfung von Metall in einem Vakuum und anschließende Kondensation (US-PS 30 49 421) gehört zu diesen Verfahren. Des weiteren ist es möglich, Metallpulver dadurch herzustellen, daß man Metall mittels eines Lichtbogens schmilzt und anschließend kondensierte Tröpfchen bildet, welche aus der Zone des Lichtbogens herausgebracht werden, was entweder mittels eines Gasstroms (US-PS 27 95 819 und (US-PS 11 33 508) oder mittels der Zentrifugalkraft allein (US-PS 30 21562 und US-PS 28 97 539) oder gemeinsam mit dem Einfluß der innewohnenden magnetischen Abstoßung (US-PS 19 97 577) bewirkt wird. Es ist schließlich auch möglich, zwecks Herstellung der Metallpulver eine schmelzflüssige Oberfläche auf einem Metallstab zu bilden und das schmelzflüssige Metall mit Ultraschallfrequenz in Bewegung zu setzen, die entweder von einem Ultraschallwandler erzeugt wird, oder die durch Verwendung eines elektrischen Hechfrequenzstromes hervorgerufen wird, der mit einem starken Gleichstrommagnetfeld gekoppelt ist (US-PS 32 75; 7).

Des weiteren ist es bekannt, Glasperlen dadurch zu erzeugen, daß man einen elektrischen Strom durch eine Strömung einer Galsschmelze hindurchleitet, so daß ein Lichtbogen entsteht, wobei man die Strömung im Bereich des Bogens der Wirkung eines Magnetfeldes aussetzt, das von einem Elektromagnet herstammt (US-PS 33 13 608). Bei diesem zuletzt genannten Verfahren erzeugt die Wechselwirkung der Magnetfelder, die zum einen von dem in dem Glas geleiteten Strom und zum anderen von dem Elektromagneten hervorgerufen werden, intermittierend einen Aufbau und einen Zusammenbruch des Lichtbogens, der seinerseits eine heftige Bewegung der Strömung hervorruft und damit zu der Bildung der Glasperlen führt.

Bei einigen dieser bekannten Vorrichtungen wird das Verfahren entweder in Anwesenheit eines inerten Gases (US-PS 27 95 819, US-PS 30 21 562 und US-PS 75 787) oder in einem Vakuum (US-PS 35 10 546, US-PS 30 49 421 und US-PS 28 97 539) durchgeführt.

Der Erfindung lieg', die Aufgabe zugrunde, feines Metallpulver aus einem Draht zu bilden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruches gelöst.

Mit der Erfindung gelingt somit die Schaffung eines

feinen Metallpulvers aus «inem Draht, indem Teilchen aus schmelzflüssigem Metall gebildet werden und diese Teilchen durch die Wechselwirkung von -zwei rechtwinklig zueinander wirkenden Magnetfeldern entfernt werden. Der Betrieb kann in einer Vahuumkammer oder in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, wodurch die Gefahr einer KontamirJerung, beispielsweise eine Bildung von Oxiden, vermieden wird.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Metallteilchen in Pulverform aus einem sich ig verbrauchenden Metalldraht geschaffen, bei welchem dieser Draht elektrisch geschmolzen wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Metalldraht kontinuierlich in ein erstes Magnetfeld eingeführt wird, in Richtung auf und in Berührung mit einer elektrischen leitenden drehbaren Scheibe, deren Randfläche im Inneren des Magnetfeldes rotiert, wobei während dieser Zufuhr kontinuierlich ein Gleichstrompotential zwischen dem Draht und der Scheibe angelegt wird, so daß das Fließen eines Gleichstroms in dem Draht hervorgerufen wird, welches dazu dien!, ein zweites Magnetfeld zu erzeugen, das wesentlich senkrecht zu dem ersten verläuft, und daß Schmelze:röpfchen infolge von (a) dem elektrischen Potential zwischen dem Draht und der Scheibe, (b) der Drahtzuführung mit einer vobestimmten Geschwindigkeit, und (c) der Drehung der Scheibe gebildet werden, und daß Metallteilchen nach einem Abkühlen der Schmelzetröpfchen gebildet werden, wenn diese aus der Berührungszone von Draht und Scheibe durch die Wechselwirkung des ersten und zweiten Magnetfeldes herausgedrängt werden.

Die Zeichnung einer speziellen Ausführungsform dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt

Fig. I eine Vordervertikalansicht von einem Gerät, teilweise im Schnitt, bei welchem Merkmale der Erfindung verwirklicht sind,

Fig. 2 einen Vertikalschnitl längs der Linie 2-2 von Fig. I, wobei die Kühlwasserrohre und elektrischen Anschlüsse weggelassen sind,

F i g. 3 einen Horizontalschnitt längs der Linie 3-J von F i g. I und

Fig.4 eine perspektivische Ansicht des Elektromagneten und der wassergekühlten Kupferanschlüsse, welche bei der Erfindung zur Verwendung kommen.

Eine mit einer tiefen Nut versehene Scheibe 10 ist in dem Spalt 12 eines Elektromagneten 14 angeordnet, der von einer Spule 16 erregt wird. Die Scheibe ist drehbar auf einer wassergekühlten Welle 18 gehaltert. Die Welle 18 wird über eine Riemenscheibe von einem Motor 20 angetrieben. Jedes Ende der Welle 18 ist mit in der Zeichnung nicht dargestellten vakuumdichten eine Drehung zulassenden Verbindungen versehen. Die Scheibe 10 wird von einer geeigneten Gleichstromquelle über einen Gleit- oder Kollektorring 22 Strom zugeführt. Der Kollektorring 22 ist auf der Welle 18 in Berührung mit einer Kohlebürste 24 gehaltert, welche ihrerseits über den Leiter 25 mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden ist.

Eine Drahtspule 26 ist drehbar in einem Rahmen 28 gehaltert. Ein Metalldraht 30, der eine chemische Zusammensetzung aufweist, die in dem fertigen Pulver erhalten werden soll, wird von der Drahtspule mittels eines herkömmlichen Drahtbeschickungsgerätes 32 abgezogen, welche von einem Regelmotor 34 angetrieben wird. Der Regelmotor 34 wird von einem elektronischen Regler 36 gesteuert, welcher über einen Knopf 37 eingestellt werden kann. Der Draht 30 wird nach unten durch ein Führungsrohr 38 geleitet, welches von dem Gehäuse 40 wassergekühlt wird. Der elektrische Strom wird dem Draht 30 von der Gleichstromquelle über das Führungsrohr 38 zugeführt, welches mittels eines Leiters 41 mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist

Wenn daher die Spitze 42 des Drahtes 30 die Scheibe 10 berührt, entsteht ein geschlossener Stromkreis von dem positiven Anschluß der Stromquelle über den Leiter 41, das Führungsrohr 38, den Draht 30, die Spitze 42, die Scheibe 10, die Welle 18, den Kollektorring 22 zu der Kohlebürste 24 und über den Leiter 25 zu dem negativen Pol der Stromquelle.

Wenn der Draht 30 die Scheibe 10 berührt, bewirkt der zwischen der vorrückenden Spitze 42 und der Scheibe 10 fließende Strom ein Schmelzen der Spitze 42. Die Schmelzwirkung und die Drehung der Scheibe 10 führt zu einer Unterbrechung des Kontaktes zwischen dem Draht 30 und der Scheibe 10, so daß es zur Bildung eines Lichtbogens kommt. Der Bogen erzeugt eine hohe Temperatur, welche einen zusätzlichen Teil des kontinuierlich fortschreitenden Drahtes schmilz!. Das Ende des kontinuierlich fortschreitenden Drahtes schmilzt. Das Ende des kontinuierlich fortschreitenden Drahtes berührt wiederum die drehende Scheibe, so daß der Bogen gelöscht wird. Die Spitze des Drahtes schmilzt und die kombinierte Wirkung aus dem Schmelzen und der Drehung der Scheibe 10 bewirkt abermals eine Kontaktunterbrechung sowie eine Neubildung des Bogens. Diese Erzeugung und Unterbrechung des Bogens mit der dazugehörigen Bildung der Schmelzetröpfchen 47 setzt sich mit eir.er relativ hohen Geschwindigkeit fort.

Das Fließen des elektrischen Stroms durch den Draht 30 erzeugt ein Magnetfeld rund um den Draht in Übereinstimmung mit den allgemein bekannten Prinzipien des Elektromagnetismus. Die Zuführungseinrichtung des Drahtes ist wesentlich senkrecht zur Drehachse der Scheibe 10 und des weiteren wesentlich senkrecht zu den in der Zeichnung nicht gezeigten magnetischen Kraftlinien in dem Spalt 12 zwischen Polstücken 44 und 46 des Elektromagneten 14.

Die erzeugten Schmelzetröpfchen 47 werden aus dem Berührungsbereich zwischen dem Metalldraht und der Scheibe aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern hinausgedrängt, welche zum einen von dem in dem Draht fließenden elektrischen Strom und zum anderen senkrecht hierzu von dem Elektromagnet erzeugt werden.

In F i g. 2 ist die Richtung, mit der die Schmelzetröpfchen 47 aufgrund der Wechselwirkung der beiden Magnetfelder ausgestoßen werden, durch die Richtungspfeile wiedergegeben, welche aus der Sicht der Zeichnung von rechts nach links und im allgemeinen senkrecht zur Drehachse der Scheibe 10 verlaufen. Bei der dargestellten Ausführungsform liefert das Polstück 44 den Nordpol und das Polstück 46 den Südpol des Magneten. Eine Umkehrung dieser Pole bewirkt, daß die schmelzflüssigen Teilchen von links nach rechts sowie allgemein senkrecht zur Drehachse der Scheibe 10 ausgetrieben werden. Hierdurch wird ersichtlich, daß die Richtung, mit der die schmelzflüssigen Teilchen ausgetrieben werden, von der Wechselwirkung der Magnetfelder und nicht von der Drehrichtung der ScIi jibe bestimmt wird.

Sobald die einzelnen Schmelzetröpfchen 47 den Berührungspunkt zwischen dem Draht 30 und der Scheibe 10 verlassen haben, besteht keine weitere Antriebskraft, welche sie beschleunigt, da keine Ströme

durch sie fließen, so daß keine magnetischen Kraftlinien um jedes von ihnen verlaufen, wie sie von dem durch den Draht fließenden Strom in obiger Weise erzeugt werden. Da die meisten der von der Berührungsstelle abgestoßenen Teilchen sich im schmelzflüssigen Zustand befinden und damit über ihrem Curie-Punkt, sind sie darüber hinaus nicht magnetisch, so daß sie auch von den Polstücken 44 und 46 des Elektromagneten 14 nicht angezogen werden.

Es gibt jedoch einige Teilchen, welche sich rasch abkühlen. Diese Teilchen werden von den Polstücken 44 und 46 des Elektromagneten 14 angezogen und sammeln sich an diesem. Falls nicht irgendwelche Maßnahmen ergriffen werden, um diese Teilchen zu entfernen, überbrücken sie rasch den Spalt 12, so daß sie die Bewegungsbahn der anderen wegfliegenden Teilchen unterbrechen. Zur Überwindung dieses Problems ist es möglich, die eine oder die andere oder beide von zwei der im folgenden beschriebenen Vorrichtungen zu verwenden. Die erste Vorrichtung besteht in der Anordnung von zwei wassergekühlten Kupferanschlüssen 48 und 50 an den oberen Flächen der Polstücke 44 und 46, welche mittels eines Kittes 52 in ihrer Lage gehalten werden, der gegenüber einer hohen Temperatur beständig ist. An diese Anschlüsse wird eine 110 V Wechselspannung angelegt. Die Anschlüsse dienen dazu, irgendeine Brücke von agglomerierten Pulverteilchen herauszubrennen, welche sich quer über den Spalt 12 bilden könnte.

Eine zweite Vorrichtung, deren Wirkung darin besteht, den Spalt 12 frei von erstarrten Metallteilchen zu halten, welche die Pole 44 und 46 überbrücken könnten, besteht aus einer mit einer tiefen Ausnehmung versehenen Kupferscheibe 54, welche drehbar im Inneren des Spalts 12 des Elektromagneten 14 sowie in enger Nachbarschaft zu der Scheibe 10 angeordnet ist. Die Drehachse der Scheibe 54 verläuft parallel zu derjenigen der Scheibe 10. Die Drehrichtung der Scheibe 54 verläuft jedoch umgekehrt zu derjenigen der Scheibe 10, wie dies von den Richtungspfeilen 55 und 57 dargestellt ist. Die benachbarten Randflächen der beiden Scheiben bewegen sich allgemein in die gleiche Richtung, d. h. in der F i g. 2 von rechts nach links. Die Scheibe 54 wird über eine Riemenscheibe 56 in Umdrehung gesetzt, welche von dem Motor 20 angetrieben wird. Für den Antrieb der Scheibe 54 in bezüglich der Scheibe 10 entgegengesetzte Richtung wird eine Anordnung mit einem sich kreuzenden Transmissionsriemen verwendet.

Die Scheibe 54 ist auf einer wassergekühlten Welle 58 befestigt. Eine Rotation zulassende Verbindungen 60 und 62 dienen sowohl als Stützlager als auch als Einrichtung zur Einbringung von Kühlwasser durch das Innere der mit einer Bohrung versehenen Welle 58. Die Scheibe 54 kann aus Kupfer bestehen, da dieses ein hervorragendes Wärmeleitvermögen aufweist und auf diese Weise von dem durch die Welle 58 strömenden Kühlwasser gekühlt gehalten werden kann. Eine Abstreifflamme 64 ist in nächster Nähe zu der Innenfläche der Ausnehmung in der Kupferscheibe 54 angebracht, um zu verhindern, daß sich Metallpulverteilchen dort festsetzen.

Die Schmelzetröpfchen 47, die von dem Berührungsgebiet zwischen dem kontinuierlich fortschreitenden Draht 30 und der sich drehenden Scheibe !0 ausgestoßen werden, erstarren rasch in einer allgemein kugeligen Gestalt, wobei ihre Größe von annähernd 0,0254 mm bis 0,127 mm Durchmesser variieren. Diese Teilchen stoßen gegen eine schräg verlaufende Wand 68 und werden in einem Behälter 70 gesammelt, von wo sie periodisch entfernt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Scheibe 10 aus Graphit. Es wäre jedoch auch möglich sie aus Metall der gleichen chemischen Zusammensetzung wie das endgültige pulverförmige Produki herzustellen.

Die gesamte Vorrichtung kann in einer Vakuumkam mer 66 angebracht sein, die mit einem Vakuumauslaß 67 verbunden ist. Die Kammer kann aus einem herkömmlichen Stahlbehälter bestehen, welcher mit Scharnierer versehene und abdichtbare Türen 72 an jedem Ende aufweist. An verschiedenen Stellen können Betrachlungsfenster 74 angebracht sein sowie vakuumdichte Elektro- und Kühlwasseranschlüsse 76.

Bei der normalen Ausführungsform liegt das zi pulverisierende Material in Form eines Metalldrahte! vor. Es wäre jedoch auch möglich, einen Walzdraht mil wesentlich größerem Durchmesser unter Verwendung eines geeignet abgeänderten Zuführungsmechanismu! kontinuierlich in Richtung auf die sich drehende Scheibe 10 zuzuführen, wobei diese ebenfalls zur Aufnahmt eines derartigen Stabes mit größerem Durchmessei entsprechend abgewandelt wäre. Es versteht sich daher daß unter der Bezeichnung »Draht«, wie sie vorstehenc verwendet wurde, nicht lediglich Metall in flexiblei Drahtform zu verstehen ist, sondern auch Metall ir Form von festen Stäben mit Durchmessern, die eir mehrfaches von 2,54 cm betragen können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Metallteilchen in Pulverform aus einem sich verbrauchenden Metalldraht durch elektrisches Schmelzen dieses Drahtes. gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zufuhr des Metalldrahtes in ein erstes Magnetfeld in Richtung auf und in Berührung mit einer elektrisch leitenden drehbaren Scheibe, deren Randfläche sich im Inneren des Magnetfeldes dreht, durch ein gleichzeitig während dieser Zuführung-erfolgendes kontinuierliches Anlegen eines Gleichstrompotentials zwischen dem Draht und der Scheibe, so daß ein Gleichstrom in dem Draht zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes, das wesentlich senkrecht zu dem ersten verläuft, fließt, durch Erzeugung von Schmelzetröpfchen infolge (a) des elektrischen Potentials zwischen dem Draht und der Scheibe, (b) einei Drahtzuführung mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit und (c) einer Drehung der Scheibe, sowie durch Bildung von Mefallteilchen durch Kühlung der Schnielzetröpfchen, während diese aus der Draht-Scheiben-Kontaktzone aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetfeld ausgestoßen und danach in einem Behälter gesammelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Vakuum gearbeitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine regulierbare Metalldrahtzuführung (26, 34, 36, 37) einen Drahtvorrat trägt zwecks Einführung desselben in ein erstes Magnetfeld in Richtung auf und in Berührung mit einer elektrisch leitenden drehbaren Scheibe (10), deren -Randfläche sich durch das Magnetfeld dreht, daß eine Einrichtung zur Erzeugung von Schmelzetröpfchen aus dem Draht, ein Gleichstrompotential zwischen dem Draht und der Scheibe mit einem zweiten, im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Magnetfeld verlaufenden Magnetfeld anlegt und Mittel (19, 20) für die Drehung der Scheibe (iO) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (14, 16) zur Hervorrufung einer magnetomotorischen Kraft für die Erzeugung des ersten Magnetfeldes quer zu einem Spalt in einer senkrecht zur Drahtzuführungseinrichtung verlaufenden Richtung, wobei die Scheibe (10) mit ihrem Rand in diesem Spalt um eine Achse drehbar gehaltert ist, welche wesentlich parallel zu den Kraftlinien des ersten Magnetfeldes verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einrichtung (48, 50) zur Entfernung von Teilchen, welche magnetisch an die Spaltbegrenzungsflächen der die magnetomotorische Kraft erzeugenden Einrichtung angezogen werden, mit einem ersten und einem zweiten Kupieranschluß, welche an diesen Flächen befestigt und mit Wechselstromanschlüssen versehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Entfernung von Teilchen, die magnetisch an die Spaltbegrenzungsflächen der die magnetomotorische Kraft erzeugenden Einrichtung angezogen werden, mit einer zweiten Scheibe (54), die drehbar in dem ersten Magnetfeld achsparallel und in einem geringen Abstand von der ersten Scheibe (10) gehaltert und in entgegengesetzter Richtung zur Scheibe (10) drehbar ist.