EP0203311A1 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften - Google Patents

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EP0203311A1
EP0203311A1 EP86104368A EP86104368A EP0203311A1 EP 0203311 A1 EP0203311 A1 EP 0203311A1 EP 86104368 A EP86104368 A EP 86104368A EP 86104368 A EP86104368 A EP 86104368A EP 0203311 A1 EP0203311 A1 EP 0203311A1
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EP
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powder
metals
powders
pressed
moldings
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EP86104368A
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English (en)
French (fr)
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Constantin Dr. Politis
William Prof. Dr. Johnson
Wolfgang Pflumm
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/006—Amorphous articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/002—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
    • B22F9/004—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline by diffusion, e.g. solid state reaction
    • B22F9/005—Transformation into amorphous state by milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of moldings with improved, isotropic properties, high resistance to oxidation and corrosion, high hardness and strength, good machinability and high abrasion resistance from elemental metals or from combinations of at least two metals or from combinations of one or more metals with one or more semimetals and / or one or more non-metals, in which the starting materials in metallic form or in the form of hard materials or mixtures thereof are ground to fine powders in a high-energy ball mill, the powders are then pressed, sintered at elevated temperature or hot pressed and be processed into moldings.
  • a ball mill is also understood here: agitator mill, agitator ball mill (attritor), centrifugal ball mill, centrifugal planetary ball mill, vibrating disc mill.
  • Particularly suitable metals for this purpose are: Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, V and W.
  • Particularly useful semi-metals or non-metals are C, N, B, Ge, Si, S and P.
  • Amorphous alloy ribbons were obtained by rapidly quenching molten alloys.
  • Amorphous NiZr wires were made from stacked 1 pm element layers that were wrapped around each other according to the rolling technique, by repeated pulling and hammering in a steel sheath that was subsequently removed.
  • the mechanical deformation of the wound nickel and zirconium foils and a subsequent heat treatment at 573 K in an argon atmosphere (1 to 250 hours) resulted in the transition from the crystalline state to the amorphous state through rapid diffusion of the nickel (L. Schulz "Amorphous Metals and Nonequilibrium Processing ", June 5th to 8th, 1984, France).
  • the invention is therefore based on the object of providing a process for the production of moldings with improved, isotropic properties, high resistance to oxidation and corrosion, high hardness and strength, good mechanical workability and high abrasion resistance, which provides products which have practically no macroscopic or have open porosity and can be produced with relatively little equipment and costs.
  • the process is intended to produce high density molded articles, i.e. H. with a density of almost 100% TD.
  • the transformation of the crystalline state of the materials into the amorphous state should be practically complete.
  • the object is achieved in that the dry fine grinding of the powders under dry, purified protective gas is continued until the crystal properties are practically completely lost, as demonstrated by X-ray diffractometry, and the and / or during the milling process, during pressing and during sintering and / or or the temperature used is kept below the temperature at which crystallization begins, with the exception of moldings made of NiTi, of Nb3 Sn, of stoichiometric binary, intermetallic yttrium-cobalt compounds and gadolinium-cobalt compounds and of Ni 60 Nb 4 0 '
  • the weight ratio "sum of the balls in the ball mill” to "powder” is in the range between 3: 1 and 10: 1.
  • the volume of the powder to be ground plus the volume of the balls is preferably 5 vol. -% to 15 vol .-% of the volume of the grinding chamber in the ball mill.
  • the Process temperature during fine grinding, pressing, sintering and further processing is a maximum of 0.2 to 0.6 times the melting temperature.
  • Titanium and copper powders are ground in an atomic ratio of 5% to 95% Cu, the rest Ti advantageously below 600 - 650 K, pressed, sintered, hot pressed, isostatically hot pressed, hot extruded or compressed by shock waves or shock waves or impact presses and further processed.
  • Nb and Ge powder or Nb and Ge and Al powder or Nb, Ge, Al and Si powder or Nb and Si powder are ground below 570 K, pressed, sintered and further processed.
  • the finely ground amorphous powder is additionally mixed with polycrystalline or microcrystalline hard material powder or ceramic powder or powder of intermetallic compounds and homogeneously distributed in the amorphous powder before processing into the shaped body, and the amorphous powder is used as a matrix and / or the added powder as a dispersant .
  • Ni and Nb powders or Y or Co powders or Gd and Co powders or Nb and Sn powders or Ni and Ti powders in a high-energy ball mill has already been used binary intermetallic compounds or binary alloys obtained in amorphous powder form, for example Ni 60 Nb 40 or yttrium-cobalt compounds or gadolinium-cobalt compounds or Nb 3 Sn (Appl. Phys. Lett., Vol.
  • Ni 60 Nb 40 was, for example, in the presence of air milled for 14 hours, after which a low, broad exothermic crystallization peak was determined on the product material compared to the corresponding peaks on Ni60Nb40 materials, which were otherwise produced in amorphous form. The production of moldings with improved isotropic properties was not addressed in these publications.
  • the inventive method can also be used for powders that are very soft and plastic and / or have low melting temperatures, such as. B. Pb-Sn, Pb-In, Ga-In-Pb, if one cools the grinding container during the comminution and amorphization process.
  • a coolant such as air, water or liquid gases, such as. B. nitrogen can be used. Good results have been achieved with liquid nitrogen in the amorphization of Pd and Cuvers Ti alloys.
  • the interior of the container and the balls in the ball mill must be clean, degreased and dry.
  • Helium, argon, nitrogen or hydrogen can advantageously be used as protective gases.
  • the powder mixtures listed in the following table were ground in a high-energy ball mill, the grinding container of which had a rounding in the interior to avoid a dead space between the bottom and the side wall and whose radius was greater than or equal to the radius of the largest grinding ball.
  • Such grinding containers can consist of steel or tungsten carbide.
  • Balls of different radii and materials for example highly hardened steels, hard materials or hard metals, such as. B. WC / 6% Co can be used.
  • the ball diameters can be between 2 mm and 12 mm, depending on the diameter of the interior of the grinding container (for example 25 mm to 50 mm diameter; 50 to 80 mm height).
  • Shaped bodies which have been produced by pressing, sintering, hot pressing and hot isostatic pressing (HIP) of such amorphous powders have a lower outlay in terms of manufacturing energy or apparatus, compared to moldings produced in a conventional manner, from the same, but crystalline materials Density, almost 100% TD, a higher abrasion resistance, better electrical and magnetic properties and as far as superconducting properties are to be expected, better processability and better superconducting properties.
  • FIG. 1 shows an example of the effective particle size in nm of Ti 1-x Cu x powder as a function of the grinding time as a function of the composition of the alloys in atomic percentages.
  • FIG. 3 shows the development of the amorphization process of the Ti 57 Cu 43 alloy.
  • FIG. 4 shows X-ray diffractograms of the alloy Ti 57 Cu 43 , namely of the amorphous powder, produced by the process according to the invention (a), in comparison with the diagram of an amorphous splat of the same chemical composition produced by quenching from the melt (b).
  • FIG. 5 shows the DTA curve belonging to the alloy in FIG. 4.
  • FIG. 6 shows some further examples of DTA curves in comparison to one another (Ti 57 Cu 43 ; Ti 45 Cu 55 ; Ti 30 Cu 70 ).
  • FIG. 7 shows diffractometer images of a sintered shaped body made of Fe 40 Ni 40 B 20 after 10 or 12 hours of comminution (before sintering) and
  • FIG. 9 shows an example of a shaped body which was produced by hot pressing, the composition Pd 34 Ti 66 after 20 hours of milling, then hot-pressed (c) in comparison with the untreated starting mixture of the pure components Pd and Ti (a) and in comparison with the mixture after a 3-hour comminution (b). It can be seen that the molded body is still amorphous even after hot pressing.
  • amorphous powders by mechanical alloying by using this technique and by using conventional compression practices such as pressing, sintering, hot isostatic pressing, rolling, extrusion and compression using explosion processes, compact, Amorphous and / or microcrystalline moldings can be produced if the temperature used is below the crystallization temperature.
  • conventional compression practices such as pressing, sintering, hot isostatic pressing, rolling, extrusion and compression using explosion processes
  • compact, Amorphous and / or microcrystalline moldings can be produced if the temperature used is below the crystallization temperature.
  • RSR technology partly amorphous powders

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften, hoher Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, hoher Härte und Festigkeit, guter mechanischer Bearbeitbarkeit und hoher Abriebfestigkeit aus elementaren Metallen oder aus Kombinationen mindestens zweier Metalle oder aus Kombinationen eines oder mehrerer Metalle mit einem oder mehreren Halbmetallen und/oder einem oder mehreren Nichtmetallen, bei welchem die Ausgangsmaterialien in metallischer Form oder in Form von Hartstoffen bzw. Gemischen hiervon in einer Hochenergie-Kugelmühle zu feinen Pulvern gemahlen werden, die Pulver danach gepreßt, bei erhöhter Temperatur gesintert oder heißgepreßt und zu Formkörpern verarbeitet werden. Mit der Erfindung soll ein solches Verfahren bereit gestellt werden, welches Produkte liefert, die praktisch keine makroskopische bzw. offene Porosität aufweisen, und mit welchem mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Apparaturen und Kosten Formkörper hoher Dichte, d. h. mit einer Dichte von nahezu 100% TD, hergestellt werden können. Außerdem soll die Umwandlung des kristallinen Zustandes der Materialien in den amorphen Zustand praktisch vollständig sein. Dies wird dadurch erreicht, daß das trockene Feinmahlen der Pulver unter trockenem, gereinigtem Schutzgas bis zum praktisch vollständigen Verlust ihrer Kristalleigenschaften, nachgewiesen durch Röntgen-Diffraktometrie, fortgesetzt wird und die während des Mahlvorganges, während des Pressens und während des Sinterns entstandene und/oder verwendete Temperatur unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der erstmalig die Kristallisation einsetzt, ausgenommen Formkörper aus NiTi, aus Nb3Sn, aus stöchiometrischen binären, intermetallischen Yttrium-Cobalt-Verbindungen und Gadolinium-Cobalt-Verbindungen und aus Ni60Nb40.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften, hoher Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, hoher Härte und Festigkeit, guter mechanischer Bearbeitbarkeit und hoher Abriebfestigkeit aus elementaren Metallen oder aus Kombinationen mindestens zweier Metalle oder aus Kombinationen eines oder mehrerer Metalle mit einem oder mehreren Halbmetallen und/oder einem oder mehreren Nichtmetallen, bei welchem die Ausgangsmaterialien in metallischer Form oder in Form von Hartstoffen bzw. Gemischen hiervon in einer Hochenergie-Kugelmühle zu feinen Pulvern gemahlen werden, die Pulver danach gepreßt, bei erhöhter Temperatur gesintert oder heißgepreßt und zu Formkörpern verarbeitet werden. Als Kugelmühle wird hier auch verstanden: Rührwerksmühle, Rührwerkskugelmühle (Attritor),Zentrifugal-Kugelmühle, Zentrifugal-Planetarkugelmühle, Scheiben-Schwingmühle.
  • Unter Formkörpern sollen im folgenden beispielsweise verstanden werden:
    • - Formkörper zur Werkzeugherstellung,
    • - rotationssymmetrische Formkörper für ballistische Anwendungen,
    • - Zahnräder,
    • - Achsen,
    • - zylindrische Formkörper, z. B. zur Prüfung von Eigenschaften, wie z. B. Pellets, Scheiben, Ringe,
    • - Formkörper für Ringmagnete,
    • - Kugeln, z. B. für Hochleistungskugellager,
    • - supraleitende Formkörper, wie Stäbe, Drähte, Bleche, Spulen, und Folien,
    • - Turbinenschaufeln und Turbinenräder.
  • Als für diesen Zweck besonders geeignete Metalle sind zu nennen: Al, Ti, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, V und W.
  • Besonders brauchbare Halbmetalle bzw. Nichtmetalle sind C, N, B, Ge, Si, S und P.
  • Bänder aus amorphen Legierungen wurden durch schnelles Abschrecken von schmelzflüssigen Legierungen erhalten. Drähte aus amorphem NiZr wurden aus übereinander geschichteten 1 pm dicken Elementschichten, welche umeinander gewickelt worden sind, gemäß der Rolltechnik, durch wiederholtes Ziehen und Hämmern in einer Stahlumhüllung, die anschließend wieder entfernt wurde, hergestellt. Durch die mechanische Deformierung der gewickelten Nickel- und Zirkonium-Folien und einer anschließenden Wärmebehandlung bei 573 K in einer Argonatmosphäre (1 bis 250 Stunden) erfolgte der Übergang aus dem kristallinen Zustand in den amorphen Zustand durch rasche Diffusion des Nickels (L. Schulz "Amorphous Metals and Nonequilibrium Processing", June 5th to 8th, 1984, Strasbourg, Frankreich).
  • Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus amorphen Materialien weisen den Nachteil auf, daß die Umwandlung vom kristallinen Zustand in den amorphen Zustand der verwendeten Materialien oft nicht vollständig oder, wenn überhaupt, nur durch sehr aufwendige Verfahrensweise zu erreichen ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften, hoher Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, hoher Härte und Festigkeit, guter mechanischer Bearbeitbarkeit und hoher Abriebfestigkeit zu schaffen, welches Produkte liefert, die praktisch keine makroskopische bzw. offene Porosität aufweisen und mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Apparaturen und Kosten hergestellt werden können. Mit dem Verfahren sollen Formkörper hoher Dichte, d. h. mit einer Dichte von nahezu 100 % TD, hergestellt werden können. Außerdem soll die Umwandlung des kristallinen Zustandes der Materialien in den amorphen Zustand praktisch vollständig sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das trockene Feinmahlen der Pulver unter trockenem, gereinigtem Schutzgas bis zum praktisch vollständigen Verlust ihrer Kristalleigenschaften, nachgewiesen durch Röntgen-Diffraktometrie, fortgesetzt wird und die während des Mahlvorganges, während des Pressens und während des Sinterns entstandene und/oder verwendete Temperatur unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der erstmalig die Kristallisation einsetzt, ausgenommen Formkörper aus NiTi, aus Nb3 Sn, aus stöchiometrischen binären, intermetallischen Yttrium-Cobalt-Verbindungen und Gadolinium-Cobalt-Verbindungen und aus Ni60 Nb 40'
  • In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung liegt das Gewichts-Verhältnis "Summe der Kugeln in der Kugelmühle" zu "Pulver" im Bereich zwischen 3 : 1 und 10 : 1. Vorzugsweise beträgt das Volumen des zu mahlenden Pulvers plus dem Volumen der Kugeln 5 Vol.-% bis 15 Vol.-% des Volumens des Mahlraumes in der Kugelmühle. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Verfahrenstemperatur während des Feinmahlens, Pressens, Sinterns und Weiterverarbeitens maximal im Bereich des 0,2- bis 0,6-fachen der Schmelztemperatur liegt. Titan- und Kupfer-Pulver werden im Atomverhältnis 5 % bis 95 % Cu, Rest Ti vorteilhafterweise unterhalb 600 - 650 K gemahlen, gepreßt, gesintert, heißgepreßt, isostatisch-heißgepreßt, warm stranggepreßt oder durch Stoßwellen bzw. Schockwellen oder Schlagpressen verdichtet und weiterverarbeitet. Nb- und Ge-Pulver oder Nb- und Ge- und Al-Pulver oder Nb-, Ge-, Al- und Si-Pulver oder Nb- und Si-Pulver werden unterhalb 570 K gemahlen, gepreßt, gesintert und weiterverarbeitet.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird dem feingemahlenen amorphen Pulver vor der Verarbeitung zum Formkörper zusätzlich polykristallines oder mikrokristallines Hartstoffpulver oder keramische Pulver oder Pulver intermetallischer Verbindungen zugemischt und im amorphen Pulver homogen verteilt und werden das amorphe Pulver als Matrix und/oder die zugesetzten Pulver als Dispergenten verwendet.
  • Zwar wurden durch langes Mahlen von Ni- und Nb-Pulvern oder Y- oder Co-Pulvern oder Gd- und Co-Pulvern oder Nb- und Sn-Pulvern oder Ni- und Ti-Pulvern in einer Hochenergie-Kugelmühle (Mechanical Alloying) bereits binäre intermetallische Verbindungen bzw. binäre Legierungen in amorpher Pulverform erhalten, beispielsweise Ni60Nb40 oder Yttrium-Cobalt-Verbindungen oder Gadolinium-Cobalt-Verbindungen oder Nb3Sn (Appl. Phys. Lett., Vol. 43 (11), vom 1.12.1983, Seiten 1017 - 1019) oder NiTi (R. B. Schwarz; Fifth International Conference on Rapidly Quenched Metals; Abstracts; Würzburg, 3.-7. September 1984, Seite K 71), doch wurde die Bildung amorpher Legierungspulver nur in den genannten wenigen Fällen beobachtet. Ni60Nb40 wurde beispielsweise in Gegenwart von Luft 14 Stunden lang gemahlen, wonach am Produktmaterial ein niederer, breiter exothermer Kristallisationspeak ermittelt wurde gegenüber den entsprechenden Peaks an Ni60Nb40-Materialien, die auf andere Weise in amorpher Form hergestellt worden sind. Die Herstellung von Formkörpern mit verbesserten isotropen Eigenschaften wurde in diesen Druckschriften,nicht angesprochen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch angewendet werden bei Pulvern, die sehr weich und plastisch sind und/oder tiefe Schmelztemperaturen besitzen, wie z. B. Pb-Sn, Pb-In, Ga-In-Pb, wenn man während des Zerkleinerungs- und Amorphisierungsprozesses den Mahlbehälter kühlt. Als Kühlmittel kann z. B. Luft, Wasser oder flüssige Gase, wie z. B. Stickstoff verwendet werden. Es wurden mit flüssigem Stickstoff gute Ergebnisse erreicht beim Amorphisieren von Pd- und Cureichen Ti-Legierungen.
  • Der Innenraum des Behälters und die Kugeln der Kugelmühle müssen sauber, entfettet und trocken sein. Als Schutzgase können vorteilhaft verwendet werden Helium, Argon, Stickstoff oder Wasserstoff.
  • In einer Hochenergie-Kugelmühle, deren Mahlbehälter im Innenraum zur Vermeidung eines Totraumes zwischen Boden und Seitenwandung eine Abrundung aufwies, deren Radius größer oder gleich dem Radius der größten Mahlkugel war, wurden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Pulvermischungen gemahlen. Solche Mahlbehälter können aus Gerätestahl oder aus Wolframcarbid bestehen. Es können Kugeln verschiedener Radien und Werkstoffe, beispielsweise hochgehärtete Stähle, Hartstoffe oder Hartmetalle, wie z. B. WC/6% Co, verwendet werden. Die Kugeldurchmesser können zwischen 2 mm und 12 mm liegen, je nach dem Durchmesser des Innenraumes des Mahlbehälters (beispielsweise 25 mm bis 50 mm Durchmesser; 50 bis 80 mm Höhe). Als Werkstoffe für die Kugeln und Behälter können aber auch gehärtete Cu-Be-Legierungen oder derselbe Werkstoff wie das zu mahlende Pulver, jedoch zuvor in geeigneter Weise gehärtet, verwendet werden. Im vorliegenden Falle der nachstehend genannten Pulvermischungen erwiesen sich Kugeln von 8 und 10 mm Durchmesser am geeignetsten. Das Gewichts-Verhältnis Kugeln zu Pulver lag bei den einzelnen Versuchen immer im Bereich zwischen 3 zu 1 und 10 zu 1. Als Schutzgas wurde Argon mit einer Reinheit größer als 99,999 % verwendet.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
  • Formkörper, die durch Pressen, Sintern, Heißpressen und isostatisches Heißpressen (HIP) solcher amorpher Pulver hergestellt worden sind, weisen gegenüber auf konventionelle Weise hergestellten Formkörpern aus den gleichen, jedoch kristallinen Materialien einen geringeren Aufwand an Herstellungs-Energie bzw. Apparaturen auf, eine höhere Dichte, nahezu 100 % TD, eine höhere Abriebfestigkeit, bessere elektrische und magnetische Eigenschaften und soweit Supraleitereigenschaften zu erwarten sind, bessere Verarbeitbarkeit und bessere supraleitenden Eigenschaften auf.
  • Figur 1 zeigt beispielhaft die effektive Partikelgröße in nm von Ti1-xCux-Pulver als Funktion der Mahldauer in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Legierungen in Atomprozenten.
  • In Fig. 2 sind 6 Röntgendiffraktogramme (Cu Kα-Strahlung) von Ti1-xCux-Legierungen aufgeführt. Die Kurven zeigen, daß mit ansteigender Cu-Konzentration die Peaks zu höheren 2-Theta-Werten verschoben werden. Aus der Form der Kurven, bzw. der Form der Peaks, geht hervor, daß die Legierungspulver den amorphen Zustand erreicht haben.
  • Figur 3 zeigt die Entwicklung des Amorphisierungsprozesses der Legierung Ti57Cu43.
  • Figur 4 zeigt Röntgendiffraktogramme der Legierung Ti57Cu43 und zwar vom amorphen Pulver, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,hergestellt (a), im Vergleich zu dem Diagramm eines durch Abschreckung aus der Schmelze hergestellten amorphen Splats gleicher chemischer Zusammensetzung (b).
  • Figur 5 zeigt die zur Legierung in Fig. 4 gehörige DTA-Kurve.
  • Figur 6 zeigt einige weitere Beispiele für DTA-Kurven im Vergleich zueinander (Ti57Cu43; Ti45Cu55; Ti30Cu70).
  • Figur 7 zeigt Diffraktometer-Aufnahmen eines gesinterten Formkörpers aus Fe40Ni40B20 nach 10 bzw. 12 Stunden Zerkleinerungsdauer (vor dem Sintern) und
  • Figur 8 die entsprechenden Kurven eines gesinterten Formkör- pers aus Ni40Ti40Si20 nach 0, 2 und 20 Stunden.
  • Figur 9 zeigt ein Beispiel für einen Formkörper, welcher durch Heißpressen hergestellt wurde, der Zusammensetzung Pd34Ti66 nach 20 Stunden Mahldauer, danach heißgepreßt (c) im Vergleich mit der unbehandelten Ausgangsmischung der reinen Komponenten Pd und Ti (a) und im Vergleich mit der Mischung nach einer 3-stündigen Zerkleinerung (b). Man erkennt, daß auch nach dem Heißpressen der Formkörper noch amorph ist.
  • Untersuchungen mit Differential-Thermo-Analyse (DTA) und Differential-Scanning-Calorimetrie (DSC) zeigen, daß bei gleicher chemischer Zusammensetzung die Kristallisationstemperaturen von solchen amorphen Pulvern sehr nahe an den Kristallisationstemperaturen von amorphen splats oder ribbons (Bänder) liegen, die durch extremes Abschrecken der Schmelze hergestellt wurden.
  • Die wesentlichen Vorteile bei der Herstellung von amorphen Pulvern durch mechanisches Legieren liegen darin, daß durch Anwendung dieser Technik und durch Verwendung von herkömmlichen Verdichtungs-Praktiken wie Pressen, Sintern, isostatisches Heißpressen, Walzen, Strangpressen und Verdichten durch Anwendung von Explosions-Verfahren, kompakte, amorphe und/oder mikrokristalline Formkörper sich herstellen lassen, wenn die verwendete Temperatur unterhalb der Kristallisationstemperatur liegt. Durch die bekannten Schmelztechniken lassen sich nur amorphe Bänder, Splats, dünne Filme oder zum Teil amorphe Pulver (RSR-Technologie) herstellen, keinesfalls aber 100 % amorphe Körper wie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften, hoher Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, hoher Härte und Festigkeit, guter mechanischer Bearbeitbarkeit und hoher Abriebfestigkeit aus elementaren Metallen, oder aus Kombinationen mindestens zweier Metalle oder aus Kombinationen eines oder mehrerer Metalle mit einem oder mehreren Halbmetallen und/oder einem oder mehreren Nichtmetallen, bei welchem die Ausgangsmaterialien in metallischer Form oder in Form von Hartstoffen bzw. Gemischen hiervon in einer Hochenergie-Kugelmühle zu feinen Pulvern gemahlen werden, die Pulver danach gepreßt, bei erhöhter Temperatur gesintert oder heißgepreßt zu Formkörpern verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
das trockene Feinmahlen der Pulver unter trockenem, gereinigtem Schutzgas bis zum praktisch vollständigen Verlust ihrer Kristalleigenschaften, nachgewiesen durch Röntgen-Diffraktometrie, fortgesetzt wird und die während des Mahlvorganges, während des Pressens und während des Sinterns entstandene und/oder verwendete Temperatur unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der erstmalig die Kristallisation einsetzt, ausgenommen Formkörper aus NiTi, aus Nb3Sn, aus stöchiometrischen binären, intermetallischen Yttrium-Cobalt-Verbindungen und Gadolinium-Cobalt-Verbindungen und aus Ni60Nb40.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichts-Verhältnis "Summe der Kugeln in der Kugelmühle" zu "Pulver" im Bereich zwischen 3 : 1 und 10 : 1 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zu mahlenden Pulvers plus dem Volumen der Kugeln 5 Vol.-% bis 15 Vol.-% des Volumens des Mahlraumes in der Kugelmühle beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrenstemperatur während des Feinmahlens, Pressens, Sinterns und Weiterverarbeitens maximal im Bereich des 0,2- bis 0,6-fachen der Schmelztemperatur liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'Ti- und Cu-Pulver im Atomverhältnis 5 % bis 95 % Cu, Rest Ti unterhalb 600 - 650 K gemahlen, gepreßt, gesintert, heißgepreßt, isostatisch-heißgepreßt, warm stranggepreßt oder durch Stoßwellen bzw. Schockwellen oder Schlagpressen verdichtet und weiterverarbeitet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nb- und Ge-Pulver oder Nb- und Ge- und Al-Pulver oder Nb-Ge-, Al- und Si-Pulver oder Nb- und Si-Pulver unterhalb 570 K gemahlen, gepreßt, gesintert und weiterverarbeitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem feingemahlenen amorphen Pulver vor der Verarbeitung zum Formkörper zusätzlich polykristallines oder mikrokristallines Hartstoffpulver oder keramische Pulver oder Pulver intermetallischer Verbindungen zumgemischt wird und im amorphen Pulver homogen verteilt wird, und daß das amorphe Pulver als Matrix und/oder die zugesetzten Pulver als Dispergenten verwendet werden.
EP86104368A 1985-05-24 1986-03-29 Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit verbesserten, isotropen Eigenschaften Withdrawn EP0203311A1 (de)

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DE19853518706 DE3518706A1 (de) 1985-05-24 1985-05-24 Verfahren zur herstellung von formkoerpern mit verbesserten, isotropen eigenschaften

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