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Verfahren zur Herstellung von oxydationsempfindlichen Sinterkörpern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung oxydationsempfindlicher
Sinterkörper, die aus Metallen, Metalloiden oder Legierungen solcher Stoffe bestehen,
wobei im allgemeinen. ausgegangen wird von Formkörpern, die durch Pressen der pulverförmigen
Ausgangsstoffe hergestellt sind. Solche Körper können beispielsweise aus Legierungen
der Metalle Aluminium, Beryllium, Silicium, Titan, Zirkon, Hafnium, Chrom, Vanadin,
Niob und/oder Tantal und Metallen der Eisengruppe bestehen. Von ganz besonderer
Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Erzeugung von Dauermagnetlegierungen auf
der Basis Eisen Nickel-Aluminium und Eisen-Nickel-Titan, wobei gegebenenfalls noch
Zusätze anderer Metalle in den Legierungen vorhanden sein können, wie beispielsweise
Kobalt bzw. Aluminium. Da die Oxydationsempfindlichkeit derartiger Stoffe an sich
bekannt war, gehört es bereits zum Stand der Technik, solche Körper unter Schutzgas
zu sintern, und im allgemeinen wird hierzu Wasserstoff verwendet.
Es
lag auch schon die Erkenntnis vor, daß das Schutzgas gereinigt «erden müsse, und
es ist daher technisch reines Schutzgas verwendet worden, wie es durch eine besondere
Reinigung erzielt werden kann, bei der Verunreinigungen irgendwelcher Art durch
Hindurchleiten durch Waschflüssigkeiten beseitigt werden. Auch eine Trocknung des
verwendeten Schutzgases ist bereits vorg2sehen worden. Es hat sich gezeigt. daß
trotz der Verwendung eines technisch reinen und getrockneten Schutzgases eine Oxydation
und damit eine Verschlechterung der erzeugten Sinterkörp.°r nicht verhindert werden
kann. Dies ist ofenbar darauf zurückzuführen. daß das an sich gereinigte Gas sich
im Ofen wieder verunreinigt, z. B. durch Reaktion mit der Feuerresten Verlcleidung
des Ofens od. dgl. Die Anwendung des technisch reinen Schutzgases ist auch im allgemeinen
gebunden an einen nicht kontinuierlichen Betrieb, da die Verunreinigtingsgefalir
insbesondere durch Sauerstoff in hohem :Maße in den Augenblicken zunimmt, in denen
fertige Sinterkörper aus dem Ofen entnommen und unbehandelte eingeschoben -werden.
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Zweck der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, die ein unbedingt
sicheres Reinigen des Schutzgases gestatten, ehe dieses mit dem Sintergut in Berührung
tritt, wobei auch die Gefahren ausgeschaltet werden sollen, die aus einem kontinuierlichen
Ofenbetrieb herrühren. Dies gelingt dann, wenn dem Ofen ein in üblicher Weise gereinigtes,
also ziveckmäßig technisch reines Gas zugeführt wird und dieses in unmittelbarer
Nähe des Sintergutes durch Fangstoffe gereinigt wird. Fangstoffe oder Getter sind
bekannt im Zusammenhang mit der HersteIlung von elektrischen Entladungsgefäßen und
Glühlampen. Sie dienen dort dem Zweck, letzte Reste uneriv üns clitLr Gase aus vollkommen
abgedichteten Röhren oder Lampenkörpern zu entfernen. Als Getterl.;gierungen verwendet
man in der Röhrenindustrie Legierungen, die Gehalte an Aluminium. Calcium. Strontium.
Barium und/ oder Magnesium aufweisen. Bemerkenswerterv-eise gelingt es nun bei Anwendung
geeigneter Substanzgin, die im Vergleich zu den beim Gehern in der Röhrenindustrie
aufgenommenen Gasresten außerordentlich großen Gasverunreinigungen aus dem ständig
nachgelieferten Gas abzufangen. Gemäß der Erfindung werden als Fangstoffe Substanzen,
die dem Sintergut ähnlich oder gleich sind, zv-ecl,:mäßigeriveise in gepulvertem
Zustand, verwendet. Der Schmelzpunkt dieser Fangstoffe muß höher liegen als die
Sintertemperatur des zu behandelnden Gutes.
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\Venn beispielsweise die Aufgabe gestellt ist, eine Eisen---\-iclel-Aluminium-Dauerinagnetlegierung
oder eine Dauerinagnetlegierung auf der Basis Eisen--Nickel-Titan herzustellen,
so wird der Fangstoff zweckmäßigerweise aus zerkleinertem Schrott solcher Magnete
bestehen. Es ist dabei gleichgültig, ob der Fangstoff genau die gleiche Zusammensetzung
besitzt wie die btreffenden Sinterkörper, ob also beispielsweise in dem einen Fall
Zusätze an weiteren Elementen vorliegen und im anderen nicht. Es ist auch möglich,
beispielsweise eine Dauerniagnetlegierung vom einen Typ mit einer Dauermagnetlegierung
des anderen Typs als Fangstoff zu behandeln. Diese Feststellung gilt sinngemäß für
die Herstellung aller oxydationsempfindlicher Sinterkörper.
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Damit der Fangstoff wirksam bl:ibt, ist es zweckmäßig, ein Zusammenbacken
des pulverförmigen Stoffes zu verhindern. Dies kann dadurch geschehen, daß dem pulverförmigen
Fangstoff ZTetallozyde beigemischt «-erden, die in an sich bekannter Weise sinterhemmend
wirken. Geeignet für diesen Zii-eck ist beispielsweise das Zirkonolyd oder auch
das Aluminiumoxvd.
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Zur Ausübung des Verfahrens wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
Kästen aus F lußstahl oder reinem Eisen zur Aufnahme des Sintergutes und des Fangstoffes
vorzuselien. Diese Kästen «-erden ziveckmäßigerweise lose verschlossen. wobei es
insbesondere vorteilhaft ist, einen Kasten zu benutzen, der schachtelförmig ist.
d. h. also. es soll ein hasten benutzt werden, dessen Bodenteil und Deckelteil gleiche
Form mit aufragenden Rändern besitzen, wobei der Deckel mit einem geringen Zwischenraum
in das Bodenteil hineinpaßt. Der Zwischenraum zwischen den Rändern von Deckel und
Boden wird mit dem pulverförmigen Fangstoff angefüllt. Um zu verhindern, daß der
pulcerförinige Fangstoff beim Handhaben der Kästen verstreut wird, können die ineinandergeschachtelten
Teile des Kastens durch einen zusätzlichen Deckel, ebenfalls lose, verschlossen
werden. Der Schutzgasstrom. der durch den Ofen hindurchgeleitet wird, tritt durch
die Fugen des lose aufgelegten Deckels und ist gezwungen. die Fangstoffschicht zu
durchfließen. ehe er zu den zu sinternden Proben gelangt. Es hat sich gezeigt, daß
bei dieser Anordnung die Reinigung des Schutzgases durch den Fangstoff eine derart
starke ist. daß es sich erübrigt. das Schutzgas überhaupt zu reinigen, obwohl natürlich
die Verwendung technisch reinen Gases den Vorteil einer längeren Wirksamerhaltung
des Fangstoffes mit sich bringt.
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Es hat sich bei dem Einsatz des SintergLItes in diie Sinterkästen
als zweckmäßig er-Wiesen. den Raum innerhalb des Kastens
möglichst
weitgehend mit den zu sinternden Körpern anzufüllen, so daß im Innenraum des Kastens
ein möglichst geringes Luftvolumen vorhanden ist. Im Innenraum des Kastens können
außerdem noch gewisse Mengen des Fangstoffes vorgesehen werden., beispielsweise
um den durch die eingesetzten Körper nicht ausgenutzten Raum auszufüllen od. dgl.
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Im nachfolgenden werden einige Ergebnisse bei der Herstellung von
gesinterten Körpern unter Anwendung der Maßnahmen: gemäß der Erfindung in Vergleich
gestellt zu Ergebnissen, die unter Anwendung bekannter Mittel erzielt werden: Beispiel
i Eisen-Nickel-Aluminium-Magnete der Zusammensetzung 13,5% Aluminium, 27,5% Nickel,
Rest Eisen im gegossenen und gesinterten Zustand (Sinterung 2 Stunden bei 130o°)
werden an einer Reihe von Proben miteinander verglichen. Die Sinterung der Proben
geschah einmal gemäß der Erfindung, zum anderen Mal unter gereinigtem Wasserstoff
gemäß dem Stand der Technik. Die Mittelwert.: der festgestellten magnetischen Eigenschaften
gehen aus nachstehender Aufstellung hervor:
| Kurvenfüll- |
| Rema- Koerzitiv- Energiewert beiwerk il Spezifisches |
| nenz kraft BHmax BHmax Gewicht |
| Mittelwert $r ` H toi Gauß #r X Ioo |
| c |
| Gauß örsted X Örsted % g;`Cm3 |
| der gemäß Erfindung |
| gesinterten Legierung 620o 520 1,z8 37 6,78 |
| der gegossenen |
| Legierung . . . . . . . . . 650o 520 1,25 38 6,9 |
| der unter gereinigtem |
| Wasserstoff gemäß |
| dem Stand derTech- |
| nik gesinterten Le- |
| gierung .......... ¢80o 512 o,76 32,3 6,58 |
Als Fangstoff wurde eine gepulverte Eisen-Aluminium-Legierung mit i5%. Aluminium
benutzt. Die Überlegenheit der Maßnahmen gemäß der Erfindung ist ersichtlich. Die
erzielten Werte entsprechen praktisch denjenigen, die gegossenem Werkstoff eigen
sind. Beispiele Für Sonderzwecke empfiehlt es sich, Heizleiterlegierungen ohne Schwefel-,
Mangan-, Kohlenstoff-, Phosphor- und Silicium-Verunreinigungen herzustellen. Solche
Legierungen lassen sich bequem durch Sinterung eines Gemenges aus Karbonyl-Eisen-Pulver
und Elektrolyt-Chrom-Pulver herstellen. Unter normal gereinigtem Wasserstoff weisen
solche Sinterlegierungen grünliche, feinverteilte Oxydeinlagerungen auf. Nachdem
erfindungsgemäßen Verfahren ließen sich vollkommen sauerstofffreie Legierungen durch
4stündige Sinterung bei 1275° herstellen und zu Feinstdraht herunterziehen. Als.
Fangstoff wurde eine Eisen-Aluminium-Legierung mit lo% Aluminium verwendet, Beispiel
3 Niobhaltige Legierungen lassen sich gewöhnlich nur im Vakuum in gewünschter Reinheit,
insbesondere frei von Oxyden, Karbiden und Nitriden, herstellen. Als hochwarmfeste
Legierungen haben sich Legierungen der Zusammensetzung 35 % Wolfram, 35 % Niob,
30% Kobalt bzw. Nickel bewährt. Die Sinterung solcher Legierungen konnte einwandfrei
bei Temperaturen von i4oo° durchgeführt werden, wenn die Maßnahmen gemäß der Erfindung
zur Anwendung gelangten. Als Fangstoff wurde eine Eisen-Niob-Legierung mit 9o %
Eisen und i o % Niob verwendet.