DE2703564A1 - Verfahren zur erzeugung von metallbaendern - Google Patents

Description

Patentanwälte O i ρ I.-1 η g. C u rt Wa I lach

Dipl.-Ing. Günther Koch

2 7 0 3 5 6 A Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum. 28. Januar 1977

• U * Unser Zeichen: 15 773 -

British Steel Corporation

33 Grosvenor Place, London, S.W.I., England

Verfahren zur Erzeugung von Metallbändern

Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Metallbändern aus Metallpulver und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf die Herstellung von Eändern aus Eisen oder Eisenlegierungen.

Die GB-PS 1 212 681 und 1 257 032 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung eines Metallbandes aus Metallpulver, wobei die Metallpartikel in einem geeigneten flüchtigen Binder dispergiert sind, um einen Schlamm zu bilden der als kohärenter Film auf einem inerten Träger abgelagert werden kann. Während der kohärente Film auf dem Träger befindlich ist wird der Film erhitzt, wobei der Binder zunächst zu einem Gel wird und anschließend der Schlamm entwässert wird und ein metallisches Band verbleibt, welches in idealer Weise flexibel und selbsttragend ist. Danach wird das Band verdichtet, um einen Bandrohling zu erzeugen, der dann einer Folge von Verdichtungsund Sinterungsvorgängen unterworfen wird, die bekannt sind um das fertige Band mit den erforderlichen Charakteristiken zu erzeugen.

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Gemäß einem abgewandelten Verfahren zur Erzeugung eines Metallstreifens werden die Partikel in trockener Form kontinuierlich von einem genau zumessenden Spender in den Einlauf eines Walzenpaares abgelagert, die direkt die anfängliche Verdichtung zu einem Rohband bewirken, das dann einer weiteren Verdichtung und einem weiteren Sintervorgang unterworfen wird, um das angestrebte Endergebnis zu erreichen.

Obgleich die mechanischen Eigenschaften des Bandrohlings unterschiedlich sind, je nachdem ob dieser nach dem Verfahren mit nassem Schlamm oder durch das Trocken-Verdichtungsverfahren hergestellt ist, besteht das gemeinsame Merkmal einer extrem niedrigen Flexibilität und mechanischen Festigkeit und das Rohband ist demgemäß extrem anfällig, im Hinblick auf einen Bruch, wenn es mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird.

Es sind Vorschläge gemacht worden, um die schlecht-mechanischen Festigkeitseigerischaften des Rohbandes bei der Herstellung des Bandes aus Pulver allgemein und insbesondere während des ersten Sintervorganges su verbessern. Unter diesen Vorschlägen besteht einer darin, einen Schwebeofen zu benutzen, von dem das Rohband auf einem Gaskissen getragen wird, statt mechanisch abgestützt zu werden, und es sind dabei Mittel vorgesehen die gewährleisten, daß das Band durch den Ofen geführt wird, ohne daß irgendwelche Beanspruchungen oder Kräfte auftreten, die zu einem Bruch, zu einer Rissebildung oder zu einer Verschlechterung der Eigenschaften führen könnten.

Das Problem der Einfädelung des Vorlaufendes des Rohstreifens u.a. in einen Schwebeofen oder einen anderen Sinterofen bleibt jedoch vorhanden und herkömmliche Lösungen haben sich als unbefriedigend erwiesen. Es ist beispielsweise versucht worden Techniken anzuwenden, die bekannt sind um konventionelle heiß- oder kaltgewalzte Bänder durch einen Ofen einzuführen, bei-

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spielsweise in einen kontinuierlich arbeitenden Glühofen, indem das nicht aufgespulte Vorlaufende des Bandes mit dem Ende eines Vorlaufstreifens verbunden wird, der seinerseits bereits durch den Ofen in einem vorhergehenden Arbeitsschritt hindurchgeführt ist. Der Vorlaufabschnitt wird in herkömmlicher Weise an dem gewalzten Band durch Verschweißen oder durch Vernietung festgelegt. Diese Lösung erweist sich ebenso wie andere mechanische Äquivalente als unbefriedigend bei Rohbändern, und zwar insbesondere deshalb weil eine Spannungseinführung in das rohe Band' nicht vermieden werden kann. Eine weitere Forderung besteht darin, daß die Befestigung durchgeführt werden muß während das Band in der Produktionsgeschwindigkeit vorgeschoben wird, so daß der Vorlaufabschnitt dieser Bandgeschwindigkeit im wesentlichen angepaßt werden muß.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Befestigung eines aus Metallpulver hergestellten Metallbandes an einer Vorrichtung, durch die das Band längs eines vorgewählten Pfades bev;egt und geführt werden kann, in der Weise durchgeführt, daß zwischen überlappenden Bereichen eines Trägers und des Bandendes eine wässrige Zusammensetzung dazwischengefügt wird, die einen Wassergehalt besitzt, der durch das Band bis zu einem Ausmaß absorbiert werden kann, das ausreicht um es der Zusammensetzung zu ermöglichen, eine adäquate Adhäsion zum Tragen und/oder zum Führen zu liefern.

Wenn das poröse Band durch einen Heizofen beispielsweise durch einen Schv.-ebeofen hindurchgeführt werden muß, um eine Sinterung zu bewirken, dann ist die wässrige Zusammensetzung nicht flüchtig, so daß abgesehen von einem weiteren Wasserverlust keine Entmischung stattfinden kann, die zu einem Fehlen der Adhäsion führen könnte.

Gemäß einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird als

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nicht flüchtige wässrige Zusammensetzung ein Alkalimetall-Silikat benutzt« das schnell zwischen das Vorlaufende des Rohbandes und das benachbarte Hinterende eines geeigneten Führungsabschnitts gefügt werden kann, welches eine Führung des Bandes durch den Sinterofen bewirkt. Zweckmäßigerweise wird das Silikat oder eine andere Verbindung der Oberseite des Endabschnitts des Führungsteils zugeführt« so daß ein zusätzlicher Träger für das Vorlaufende des Rohbandes geschaffen wird.

Zweckmäßigerweise wird als Alkalimetall-Silikat Natrium-Silikat benutzt. Wässriges Natrium-Silikat besitzt im Unterschied zu normalen organischen Klebemitteln keine anfängliche Haftkraft die ausreicht, um die erforderliche Befestigung zwischen dem Führungsabschnitt und dem Rohband herzustellen. Es wird Jedoch angenommen, daß die fortschreitende Klebewirkung des Silikates,das nach der Berührung mit dem Rohband versetzt wird, eine Folge der Wasserabsorption durch das Band infolge seiner überraschenden Porosität ist. Man nimmt an, daß dies der vorherrschende Mechanismus ist, da eine ausreichende Verbindung durch die Benutzung des Silikats auf dem Rohband erhalten werden kann, das nach dem Trockenverfahren hergestellt ist. Man nimmt jedoch weiter an, daß wenigstens ein weiterer Sekundärmechanismus vorhanden ist, wenn ein Rohband durch das Naßverfahren bzw. das Schlammverfahren erzeugt wurde.

Gemäß einem weiteren Vorschlag wird Methyl-Zellulose als Flüchtigkeitsbinder benutzt, dessen pH-Wert so eingestellt ist, daß die Rate erhöht wird, mit der sich die Viskosität des Schlamms stabilisiert. Der pH-Wert des so erzeugten Rohbandes liegt bei etwa 8,2 und man nimmt an, daß hierdurch eine Ausfällung von hydriertem Silicium-Gel aus dem Silikat veranlaßt wird, wodurch der Absorptionseffekt des porösen Rohbandes verfollständigt wird. Eine Erhöhung der Rate mit

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der das Silikat Klebeeigenschaften entwickelt, kann demgemäß dadurch gesteuert werden, daß der pH-Wert des Rohbandes so eingestellt wird, daß eine Ausfällung erzeugt wird. Der Beginn der Klebewirkung kann weiter dadurch verbessert werden, daß eine Geleebildung des Silikates beispielsweise durch Einführung eines Additivs, z.B. Polyhydric-Alkohol erhöht wird.

Geeignete nicht-flüchtige Verbindungen enthalten einen Füllkörper oder andere wässrige Klebemittel, die eine gewisse Flexibilität der Verbindung zwischen dem Rohband und dem Führungsabschnitt bewirken können, wenn eine Erhitzung beim Durchlaufen des Sinterofens erfolgt. Sowohl bei Verwendung eines trockengefertigten als auch bei Verwendung eines naßgefertigten Rohbandes erfolgt die Sinterung bei einer Temperatur von etwa 1150⁰C. Natrium-Silikat wird beispielsweise bei dieser Temperatur in ein Glas übergehen und es wird spröde, und zwar bis zu einem Ausmaß,daß ein Brechen der Verbindung .wahrscheinlich wird. Ein geeigneter Füllkörper, z.B. ein anorganisches Ton-Silikat, welches in Konzentrationen bis herauf zu 50 Gewichtsprozent benutzt wird, kann die Sprödigkeit soweit vermindern, daß die Gefahr eines Bruchs vermieden wird.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform kann die Wirkung des Klebemittels dadurch vervollkommnet werden, daß eine geeignete Lötmischung zwischen die potentiell übergehenden Bereiche von Rohband und Führungsabschnitt gefügt wird. Zweckmäßigerweise wird die Lötmischung in Teilchenform aufgebracht, und zwar vorzugsweise vorgemischt mit einem Flußmittel, welches aus einer Kupfer/Nickellegierung oder einer Kupfer/Eisenlegierung oder einer geeigneten Silberlegierung bestehen kann, die schmilzt und eine wirksame Verbindung bei der benutzten Sintertemperatur ergibt.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung veranschaulicht schematisch mehrere Stationen der Anlage zur Erzeugung eines Eisenbandes aus Pulver.

Die Anlage weist eine Station 2 auf, an der ein Schlamm 4, bestehend aus Eisenpulver und Methylzellulosebinder in einem geeigneten Gefäß bereitgehalten wird, um auf einer inerten Unterlage abgelagert zu werden. Der Schlamm kann zweckmäßigerweise aus jeweils Vielfachem von 300g Methylzellulose bestehen, die mit Glyoxal als Löslichkeitshemmer behandelt ist, zusammen mit 12 Liter V/asser, die ein spezifisches Schlarambildungs- und Benetzungsmittel enthält.

An der Station 2 wird der Schlamm 4 über Transportrollen 6 und 8 auf eine Überzugswalze 10 übertragen, die so angeordnet ist, daß gleichförmig der Schlamm in vorbestimmter Dicke und Ereite in Bereich 12 eines endlosen Pörderriemens 14 aus inertem Metall, z.B. rostfreiem Stahl aufgebracht wird, der um die Walzen 16 und 18 herumgeführt ist. Wenigstens eine der Walzen wird angetrieben, um den aus rostfreiem Stahl bestehenden Riemen durch einen Trockenofen 20 zu fördern. Der Trockenofen bewirkt eine anfängliche Gelbildung und danach wird das Wasser aus dem Schlamm ausgetrieben. Der Schlamm tritt aus dem Ofen alc flexibles und selbsttragendes Band aus, das kontinuierlich von der vorbehendelten und polierten Oberfläche des Förderriemens 14 abgehoben werden kann.

An der Station 22 wird das Metallband in den Einlauf eines Walzenpaares 24, 26 geführt, welches die erste Verdichtungsstufe des Rohbandes durchführt, das aus dem Walzenpaar mit Arbeitsgeschwindigkeit austritt. Um das Rohband durch den

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Sinterofen j5O zu führen, der als Schwebeofen ausgebildet ist, wird ein Vorlaufabschnitt, bestehend aus einem konventionell kaltgewalztem Band, anfänglich derart eingefädelt, daß sich dieses Vorlaufband bis zu einer Stelle benachbart zu den Walzen 24, 26 erstreckt. Ein Spender 36, welcher so getragen wird daß er diskrete in Längsrichtung verlaufende Streifen, eines Klebemittels aufträgt, ist so angeordnet, daß eine abgemessene Menge wässrigen Natriumsilikats auf jenen Bereich der Oberfläche des Vorlaufabschnitts abgelagert wird, die unter dem Vorderende des aus den Walzen 24 und 26 austretenden Rohbandes liegt. Das Silikat ist so gewählt, daß es der Forosität des Rohbandes angepaßt ist und gewährleistet, daß eine ausreichende Adhäsion so schnell als möglich erlangt wird.

An der Stelle der Überlappung ist der Vcrlaufabschnitt durch zwei Antriebswalzenpaare 32 bzw. 34 beschleunigt, die an entgegengesetzten Enden des Ofens 30 angeordnet sind, so daß eine Geschwindigkeitsanpassung erreicht wird, so daß die Einführung von Beanspruchungen in den Rohstreifen verhindert werden, wenn dieser durch Verklebung am Vorlaufabschnitt mittels des Silikates befestigt wird.

Nach der anfänglichen Berührung bringt das Walzenpaar 32 das Hinterende des Vorlaufbandabschnitts in innige Berührung mit dem Vorderende des Rohbandes und es wird sowohl die Fläche, über die die Verbindung durchgeführt wird vergrößert, als auch die Fläche über der das Wasser aus dem Natrium-Silikat absorbiert wird, welches vom Spender 36 geliefert wird.

Es ist schwierig, die Porosität bei irgend einem speziellen Rohband zu definieren, welches aus einer speziellen Schlammzusammensetzung erhalten wurde und daher ist es auch schwierig, den Wassergehalt des Silikates festzulegen, jedoch hat es sich

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gezeigt, daß Natrium-Silikat mit einem Anteil von 62 Gewichtsprozent Wasser eine genügende Adhäsion innerhalb der Zeitperiode liefern kann, in der das Rohband mit einer Vorlaufgeschwindigkeit von etwa 30 m/min fortschreitet.

Innerhalb des Sinterofens 30 verliert das Silikat schnell weiteres V/asser und bildet ein Glas, welches wirksam die Verbindung zwischen dem 3and und dem Vor lauf abschnitt aufrechterhält. Die relativ geringe Dicke der Silikat-Glasschicht, welche durch Verdichtung am Walzenpaar 32 erzeugt wurde, reicht in den meisten Fällen aus, um eine Störung zu verhindern, wenn die Verbindung in den Einlauf des Antriebswalzenpaares 34 eintritt. Die Gefahr einer Störung kann jedoch dadurch vermindert werden, daß zusätzlich ein Füllstoff benutzt wird, oder indem die vorbeschriebene Löttechnik Anwendung findet.

Die Erfindung wurde vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf Natrium-Silikat. Es kann jedoch irgend ein Alkalimetall-Silikat benutzt werden, oder auch eine wässrige nicht-flüchtige Zusammensetzung, die in der Lage ist Klebeeigenschaften bei Wasserverlust zu erzeugen. Ebenso wurde die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einem Schwebesinterofen beschrieben, jedoch kann auch ein Ofen herkömmlicher Bauart benutzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Durch die Erfindung wird es überflüssig, das Rohband mechanisch mit einem Vorlaufabschnitt zu verbinden, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt und infolgedessen werden die Beanspruchungen vermindert, die durch die bisher vorgeschlagenen mechanischen Befestigungsverfahren zwangsläufig eingeführt wurden. Als Vorlaufbandabschnitt wurde vorstehend ein kaltgewalztes Band erwähnt, jedoch können auch alle anderen geeigneten starren Körper benutzt werden, um das Metall-

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band abzustützen und zu führen.

Die Erfindung wurde vorstehend allgemein unter Bezugnahme auf einen Spender beschrieben, der abgemessene Mengen von Silikat zu Klebzwecken aufträgt, Jedoch können auch andere Verfahren zum Auftragen eines Klebemittels benutzt werden. Beispielsweise kann eine luftfreie Sprühtechnik angewandt werden, die sich speziell als nützlioh erwiesen hat bei der Überwindung von Schwierigkeiten, die von der Aufbringung des Klebemittels herrühren und' eine solche Anordnung ist speziell nützlich bei relativ großen Anlagen.

Patentansprüche t

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Claims (14)

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Festlegung eines aus Metallpulver hergestellten Metallbandes an einer Vorrichtung, durch die das Bandende zur Führung längs eines vorgewählten Pfades geführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen überlappende Bereiche der Transportvorrichtung und des Bandendes eine wässrige Zusammensetzung gefügt wird, welche einen Wassergehalt besitzt, der durch das Band in einem Maße absorbiert werden kann, das ausreicht um der Zusammensetzung eine ausreichende Adhäsion zum Abstützen und/oder Führen des Rohbandes zu verleihen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband zur Führung durch einen Erhitzungsofen getragen wird, und daß die wässrige Zusammensetzung bei den im Ofen herrschenden Temperaturen nicht flüchtig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Zusammensetzung ein Material aufweist, welches der Verbindung zwischen dem Band und dem Träger eine Flexibilität verleiht.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Zusammensetzung ein Alkalimetall-Silikat ist.

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5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Silikat ein Additiv enthält, welches die Geleebildung verbessert.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall-Silikat Natrium-Silikat ist.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikat einen Polyhydric-Alkohol enthält.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikat ein anorganisches Tonsilikat ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Tonsilikat in Konzentrationen bis herauf zu 50 Gewichtsprozent der wässrigen Zusammensetzung eingefügt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Silikates so eingestellt wird, daß die Gelbildung verbessert wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Zusammensetzung auf der nach oben weisenden Oberfläche des Trägers aufgebracht wird.

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12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lötmischung zwischen die Enden des Metallbandes und des Trägers gefügt wird, um eine zusätzliche Verbindung während der Erhitzung herzustellen.

13* Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Band und der Träger sich mit aufeinander angepaßten Geschwindigkeiten bewegen, während die Verbindung durch die wässrige Zusammensetzung erfolgt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus Eisen oder aus einer Eisenlegierung besteht.

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