DE3826030C1 - Process for producing powder alloys - Google Patents

Abstract

The invention discloses a process for producing pulverulent alloy particles from components which are not miscible with one another in the liquid phase. For this purpose, a wire bundle is produced from a number of individual wires of the alloy components and caused to explode in a noble gas under elevated pressure by applying a high voltage. The process produces powder alloy particles of a structure similar to onion skins, a core of the higher-melting material being present in a shell of the low-melting material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pulverlegierungen gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a method for producing Powder alloys according to the preamble of the main claim.

Um bei Mehrkomponentensystemen Gefüge hoher Homo­ genität auszubilden, muß im allgemeinen zunächst einmal eine Schmelze hergestellt werden. In dieser Schmelze sollen die Komponenten homogen verteilt werden. Die Schmelze wird an­ schließend mit hoher Abkühlgeschwindigkeit zu Teil­ chen abgeschreckt, was durch verschiedene bekannte Verfahren geschehen kann. Dieser Weg über die schmelzflüssige Phase ist dann nicht gangbar, wenn die Komponenten im schmelzflüssigen Zustand untereinander nicht mischbar sind. Für manche Anwendungen aber, wie z. B. die Herstellung von Gleit- oder Kontaktwerkstoffen, sind Legierungen aus in schmelzflüssigem Zustand miteinander nicht mischbaren Komponenten von großer Bedeutung.In order to achieve a high degree of homo structure in multi-component systems training genetics must generally first of all Melt are produced. In this melt they should Components are distributed homogeneously. The melt is on partly with high cooling rate chen quenched by various known methods can happen. This is via the molten phase not feasible if the components in the molten state are not miscible with each other. For some applications, such as B. the production of Sliding or contact materials are alloys from immiscible in the molten state Components of great importance.

Aus der DE-OS 29 14 618 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus ineinander in festem Zustand nicht lösli­ chen Komponenten bekannt. Dies bedeutet, daß diese Komponen­ ten in flüssigem Zustand normalerweise ineinander löslich sind. Erst während des Erstarrungsvorganges wird die eine Phase aus der anderen ausgeschieden, so daß im festen Zu­ stand beide Komponenten nebeneinander vorliegen. Bei dem in dieser DE-OS gebrachten Beispiel sieht dies so aus, daß in der Matrix der Beschichtung, einer Al-Pb-Legierung sich in einem Al-Korn feinverteilte Pb-Teilchen befinden und die aufgrund des Drahtexplosionsspritzverfahrens bzw. Kathoden­ zerstäubungsverfahrens in die Matrix eingebrachten Pb-Teil­ chen in dieser verteilt sind. Weitere Zusatzstoffe be­ finden sich dann als weitere Teilchen in der Al-Pb-Legie­ rungsmatrix.DE-OS 29 14 618 describes a process for the production a layer of each other in the solid state not soluble Chen components known. This means that these components Normally soluble in one another in the liquid state are. Only during the solidification process is one Phase excreted from the other, so that in the solid Zu both components stood side by side. At the in this DE-OS example shows that in  the matrix of the coating, an Al-Pb alloy an Al grain there are finely divided Pb particles and the due to the wire explosion spraying process or cathodes atomization process Pb part introduced into the matrix Chen are distributed in this. Other additives be are then found as further particles in the Al-Pb alloy ration matrix.

Das Verfahren gemäß der DE-OS 29 14 618 bezieht sich außer­ dem ausschließlich auf Beschichtung von Oberflächen bzw. Herstellung von Schichtwerkstoffen.The method according to DE-OS 29 14 618 relates except exclusively on coating surfaces or Manufacture of layer materials.

Aufgabe der Erfindung ist es, Legierungen aus Komponenten herzustellen, die im schmelzflüssigen Zustand miteinander nicht mischbar sind.The object of the invention is alloys from components manufacture that in the molten state with each other are not miscible.

Die Lösung dieser Aufgabe gibt das im Hauptanspruch wieder­ gegebene Verfahren an. Im Unteranspruch ist weiterhin der Aufbau eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Legierungsteilchens angegeben.The solution to this task is reflected in the main claim given procedures. The subclaim continues to be the Structure of a herge according to the inventive method Alloy particles specified.

Das Drahtexplosionsspritzverfahren wurde bisher ausschließ­ lich zur Beschichtung von Oberflächen verwendet. Solche Be­ schichtungsvorgänge finden unter normalem Druck statt. Die Explosion unter normalem Druck ist notwen­ dig, damit die durch die Drahtexplosion entstehenden Teil­ chen sich an den Wandungen der zu beschichteten Oberfläche niederschlagen können. Sie müssen nämlich noch soviel kine­ matische Energie aufweisen, daß sie gegen die Wandug des zu beschichteten Werkstückes prallen, um sich dort niederzu­ schlagen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Gegen­ satz dazu wesentlich, daß den Teilchen die kinetische Ener­ gie entzogen wird, was durch die Anwendung erhöhten Druckes geschieht. Nur dann können Pulverteilchen entstehen. Die Teilchen müssen ihre kinetische Energie verlieren, bevor sie die Wandung des Behälters, in dem die Explosion stattfindet, erreichen. Um die Reinheit der Teilchen zu gewährleisten, findet die Explosion in einem Edelgas statt.The wire explosion spraying process has so far been excluded Lich used for coating surfaces. Such be Layering processes take place under normal pressure. The explosion under normal pressure is necessary dig so that the part resulting from the wire explosion Chen on the walls of the surface to be coated can knock down. You have to do so much kine have matical energy that they against the wall of the coated workpiece to bounce down there beat. In the method according to the invention is in the opposite essential to the fact that the particles have the kinetic energy gie is withdrawn, which is due to the application of increased pressure happens. Only then can powder particles arise. The Particles must lose their kinetic energy before they can  the wall of the container in which the explosion takes place, to reach. To ensure the purity of the particles, the explosion takes place in an inert gas.

Gemäß Anspruch 2 wird Hochspannung zwischen 16 und 20 kV an das zu explodierende Drahtbündel angelegt.According to claim 2, high voltage is between 16 and 20 kV applied to the wire bundle to be exploded.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden pulver­ förmigen Legierungsteilchen weisen einen zwiebelschalenar­ tigen Aufbau auf, derart, daß sich in einer Hülle der nie­ drigerschmelzenden Komponente ein Kern der höherschmelzenden Komponente befindet. Dieser Aufbau ist von großer Bedeutung für das Erreichen gewünschter Eigenschaften des Endproduk­ tes. So können z. B. gute mechanische Eigenschaften mit gleichzeitiger ausgezeichneten Leitfähigkeit kombiniert wer­ den.The powder produced in the process according to the invention shaped alloy particles have an onion skin term structure, such that there is never a shell in the drig melting component a core of the higher melting Component. This structure is very important for achieving the desired properties of the end product tes. So z. B. good mechanical properties who combines excellent conductivity at the same time the.

Im einzelnen wird das Verfahren so ausgeführt, daß zunächst ein Draht­ bündel mit der der genauen Legierungszusammen­ setzung entsprechenden Anzahl von Einzeldrähten der Legie­ rungskomponenten vorliegt. Die Einzeldrähte wurden zu einem Drahtbün­ del zusammengedreht. Dieses wird dann durch Anlegen einer Hochspannung von 16 bis 20 kV, die in diesem einen hohen Stromfluß be­ dingt, kurzzeitig zu einer stehenden Schmelzsäule aufge­ heizt. Der Vorgang findet bei erhöhtem Druck statt. In die­ ser Schmelzsäule erfolgt eine intensive Durchwirbelung der Legierungskomponenten, so daß eine Art feinster Tröpfchen­ suspension erzeugt wird. Nach wenigen Mikrosekunden fliegt diese schmelzflüssige Säule durch die hohen eingebrachten Ener­ gie explosionsartig auseinander, wobei die Säule sich in einzelne schmelzflüssige Tröpfchen zerlegt, welche die aus den einzelnen Legierungskomponenten bestehenden pulverförmi­ gen Legierungsteilchen bilden.In detail, the method is carried out in such a way that first a wire bundle with that of the exact alloy corresponding number of individual wires of the alloy components. The individual wires became a wire bundle del twisted together. This is then applied by applying a high voltage of 16 to 20 kV, which in this be a high current flow thing, briefly up to a standing melting column heats. The process takes place at increased pressure. In the This melting column causes an intensive swirling of the Alloy components, so that a kind of finest droplets suspension is generated. After a few microseconds it flies this molten column due to the high energy input exploded apart, with the column collapsing individual melted droplets disassembled, which made the the individual alloy components existing powder  form alloy particles.

Der zwiebelschalenartige Aufbau dieser pulverförmigen Legie­ rungsteilchen so, daß das höherschmelzende Material sich in einer Hülle des niedrigerschmelzenden Materials befindet, entsteht aufgrund der Anwendung von erhöhtem Druck, die be­ reits weiter oben erläutert wurde. Die Abmessungen der Teilchen liegen zwischen 10 nm und 10 µm. Jedes Legie­ rungsteilchen enthält alle Legierungskomponenten. Wird ein Drahtbündel aus Pb und Al zusammengestellt, mit einer Zusammensetzung von 50% Al und 50% Pb, so entstehen Legierungsteilchen, bei denen ein Aluminiumkern durch einen Bleimantel umgeben ist. Al-Pb-Legierungen haben bei günstigem Gewicht besonders gute Gleiteigenschaften. Zurückzuführen ist dies auf die Zusam­ mensetzung der Legierung aus Aluminium und Blei und vor al­ lem auch auf die Beschaffenheit der vorliegenden Legierungs­ teilchen. Das leichtere Material befindet sich im Innern, das schwerste mit guten Gleiteigenschaften bildet das äußere des Teilchens. Die Versuche haben ergeben, daß die Herstel­ lung der Ag-Pb-Legierung durch Anlegen einer Spannung von 18 kV in einer Ar-Atmosphäre bei Drücken von 6 bar am besten gelingt. Die Legie­ rungsteilchen besitzen dann einen Durchmesser von <1 µm.The onion skin-like structure of this powdery alloy tion particles so that the higher melting material in a shell of the lower melting material, arises due to the application of increased pressure, which be was already explained above. The dimensions the particles are between 10 nm and 10 µm. Every legie contains all alloy components. Become a bundle of wires composed of Pb and Al, with one composition of 50% Al and 50% Pb, alloy particles are formed at with an aluminum core surrounded by a lead jacket. Al-Pb alloys are particularly good at low weight Sliding properties. This is due to the together alloying of aluminum and lead and especially al lem also on the nature of the present alloy particles. The lighter material is inside the heaviest with good sliding properties is the outer of the particle. The tests have shown that the manufacturers the Ag-Pb alloy by applying a voltage of 18 kV in an Ar atmosphere works best at pressures of 6 bar. The Legie tion particles then have a diameter of <1 µm.

Beim Herstellen einer Ag-Ni-Legierung entstehen Legierungs­ teilchen mit einem Ni-Kern und einem Ag-Mantel. Durch den Silbermantel wird die gute Leitfähigkeit des Silbers ausge­ nutzt; der Nickelkern ergibt sehr gute mechanische Eigenschaften. Alloys are created when an Ag-Ni alloy is produced particles with a Ni core and an Ag shell. By the Silver coat is the good conductivity of the silver out uses; the nickel core results very good mechanical properties.  

Denkbar sind auch andere Legierungszusammensetzungen, wie z. B. Ag-Ni-Co-Legierung. Die Legierungsteilchen weisen dann eine Struktur auf, bei der der Ni-Co-Kern (diese Legierungskomponenten sind miteinander vollständig mischbar) vom Ag-Mantel umgeben ist.Other alloy compositions are also conceivable, such as e.g. B. Ag-Ni-Co alloy. The alloy particles then have a structure in which the Ni-Co core (this Alloy components are completely miscible with each other from Ag coat is surrounded.

Die durch das Drahtexplosionsspritzverfahren hergestellten Legierungspulverteilchen können anschließend durch Verdichten bekannter Art, wie Schockkompaktierung, Sin­ tern bei tiefen Temperaturen, Extrudieren usw. verarbeitet werden.Those made by the wire explosion spraying process Alloy powder particles can then be compacted known type, such as shock compaction, Sin ters at low temperatures, extrusion, etc. are processed.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung pulverförmiger Legierungs­ teilchen aus in der flüssigen Phase miteinander nicht mischbaren Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Anzahl von Einzeldrähten der Legierungskomponen­ ten ein Drahtbündel hergestellt wird, und dieses in einem Edelgas und unter erhöhtem Druck durch Anlegen einer Hochspannung zur Explosion gebracht wird.1. A process for producing powdery alloy particles from immiscible components in the liquid phase, characterized in that a wire bundle is produced from a number of individual wires of the alloy components, and this in an inert gas and under increased pressure by applying a high voltage to explode brought. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Hochspannung von 16 bis 20 kV angelegt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that High voltage of 16 to 20 kV is applied. 3. Pulverförmiges Legierungsteilchen, hergestellt im Ver­ fahren nach Anspruch 1, bestehend aus in der flüssigen Phase miteinander nicht mischbaren Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße zwischen 10 nm und 10 µm beträgt und das Teilchen einen zwiebelschalenar­ tigen Aufbau aufweist, derart, daß sich in einer Hülle der niedrigerschmelzenden Komponente ein Kern der hö­ herschmelzenden Komponente befindet.3. Powdery alloy particle made in ver drive according to claim 1, consisting of in the liquid Phase immiscible components, thereby characterized in that the particle size between 10 nm and Is 10 µm and the particle has an onion skin term structure, such that it is in a shell the lower melting component a core of the high melting component.