EP2376245A1 - Vorprodukt für die herstellung gesinterter metallischer bauteile, ein verfahren zur herstellung des vorprodukts sowie die herstellung der bauteile - Google Patents

Vorprodukt für die herstellung gesinterter metallischer bauteile, ein verfahren zur herstellung des vorprodukts sowie die herstellung der bauteile

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EP2376245A1
EP2376245A1 EP09763903A EP09763903A EP2376245A1 EP 2376245 A1 EP2376245 A1 EP 2376245A1 EP 09763903 A EP09763903 A EP 09763903A EP 09763903 A EP09763903 A EP 09763903A EP 2376245 A1 EP2376245 A1 EP 2376245A1
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EP
European Patent Office
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powder
precursor
metal
cladding layer
particles
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09763903A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulf Waag
Peter Leute
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HC Starck GmbH
Original Assignee
HC Starck GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by HC Starck GmbH filed Critical HC Starck GmbH
Publication of EP2376245A1 publication Critical patent/EP2376245A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • 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
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B22F1/052—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles characterised by a mixture of particles of different sizes or by the particle size distribution
    • 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
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    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
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    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
    • Y10T428/2991—Coated

Definitions

  • Precursor for the production of sintered metallic components a process for the production of the precursor and the manufacture of the components
  • the invention relates to a precursor for the production of sintered metallic components, a method for producing the precursor and the production of the components.
  • Powders are used for the production of sintered metallic components; these are usually formed from the respective metal and, as a rule, from the metal alloy with which a component is to be produced.
  • a significant influence can be achieved by the choice or pretreatment of the starting powder, which determine the properties of the component.
  • the particle size of the powder used has a strong influence on the achievable physical density of the component material and the shrinkage during sintering.
  • the sintering activity could be improved, in particular, by a high-energy milling carried out in advance, and thus also the properties of the component.
  • high-alloyed metallic powders can not be processed into sintered components by simple powder metallurgical technologies, such as pressing and sintering.
  • simple powder metallurgical technologies such as pressing and sintering.
  • Such powders are e.g. compressible.
  • worse technological parameters such as low filling density, poor flow behavior and high shrinkage during sintering, must be accepted. Because of these disadvantageous properties, it is not possible to produce high-density components without significant mechanical finishing.
  • Conventionally manufactured sintered components achieve physical densities that are at max. 95% of the theoretical density and have a shrinkage of at least 10%.
  • this object is achieved with a precursor having the features of claim 1. It can be produced by a method according to claim 7.
  • the claim 11 relates to the production of sintered metallic components.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention can be achieved with features described in the subordinate claims.
  • the invention is directed to advantageous ways of producing sintered metallic components. In this case, a powdery precursor is used, which is subjected to shaping and sintering instead of the metal powders previously used.
  • the precursor consists of cores, which are enclosed by a coating layer.
  • a first and a second powder are used, which differ at least in their particle size.
  • the particles of the first powder, which form cores are larger and have a particle size dgo of at least 50 ⁇ m, preferably at least 80 ⁇ m. It is a metal or a metal alloy.
  • the particles of the second powder are smaller and have a particle size dgo of less than 25 ⁇ m, preferably less than 20 ⁇ m, and very particularly preferably less than 10 ⁇ m.
  • the binder layer additionally contains a binder. This may preferably be organic. It can e.g. Polyvinyl alcohol (PVA) can be used as a binder.
  • the second powder may be a metal, a metal alloy or a metal oxide. But it can also be a mixture with at least two of these components. In addition, carbon may be contained in the form of graphite.
  • the particles of the first and the second powder may be formed from the same metal or the same metal alloy.
  • the coating layer fulfills a function which is to be evaluated analogously to that of pressing aids.
  • the individual particles of the precursor should have been prepared so that the shell layer has a mass fraction that is at most as large as the mass fraction of a core.
  • the proportion of binder in the shell layer can be disregarded or neglected.
  • the mass fraction of the cores should preferably be larger than that of cladding layers.
  • Coating layers should also have the same layer thicknesses, which should apply to the individual and also all particles of the precursor.
  • the precursors of the invention can be prepared by spraying the particles of the first powder with a suspension.
  • the suspension contains particles of the second powder and the binder.
  • An aqueous suspension can be used.
  • spraying the particles of the first powder are moves.
  • a fluidized bed rotor can be used.
  • the particles of the precursor After reaching a predetermined layer thickness of the cladding layers, on the cores forming particles of the first powder, the particles of the precursor can be dried.
  • a high filling density of about 40% of the theoretical density and a good flowability can be achieved, which can be less than 30 s, which is determined with a Hall Flow funnel.
  • a pre-sintering of the precursor can be made.
  • the filling density can be increased and the flowability can be improved.
  • the latter can be reduced, for example, from 40 s to 30 s, if a pre-sintering with a temperature of at least 800 0 C is performed. It can be determined using the Hall Flow funnel.
  • the physical density of the finished sintered component can thus also be increased and the shrinkage can also be reduced below 5%.
  • the precursor can then be subjected to shaping. This press forces, which lead to a compression.
  • the green bodies thus obtained achieve an increased green density and green strength.
  • substantially the components contained in the cladding layer are deformed.
  • the cores usually remain undeformed. Due to the deformation of the cladding layer increased compaction can be achieved, which leads to a reduction of shrinkage during sintering. This can be smaller 8% are kept. It is also possible to reduce to 5% and below.
  • the physical density of a finished sintered component can reach at least 92% and up to more than 95% of the theoretical density.
  • an alloy formation or an altered alloy composition may occur during sintering.
  • the longest diffusion path is 0.5 times the precursor particle diameter.
  • the time required for diffusion can be significantly reduced compared to conventional production methods.
  • only a very small proportion of alloying elements, which is in the range of 0.1 to 2%, can be achieved. With the invention can be obtained in comparison, but much higher alloyed component materials.
  • the consistency of an alloy which can be produced by sintering using the invention can be adjusted very precisely and reproducibly compared with the known technical solutions.
  • the component material is a 5.8W 5.0Mo 4.2Cr 4.1V 0.3Mn 0.3Si 1.3C iron alloy.
  • an iron-base alloy with 8, IW 6.7 Mo 5.9 Cr 0.4 Mn 0.4Si was used for the first powder forming the cores of the precursor.
  • the particle size d 9 o was 95 microns.
  • a second powder which represents a mixture of 31.0% by mass of carbonyl iron powder and 1.3% by mass of teilamorphem graphite, each having a particle size dgo of less than 10 microns. This resulted in a mass fraction for the cores of 67.7% by mass and 32.3% of Masseis coating layer without binder.
  • the carbonyl iron was reduced, but it can also be used unreduced.
  • the first powder was given as a template in a fluidized bed rotor and thereby moved.
  • a suspension which had been formed with water, PVA and the powder mixture for the cladding layer, sprayed.
  • the structure of the cladding layer around the cores should be as slow as possible.
  • the composition of the suspension was 38% by mass of water, 58% by mass of carbonylate powder, 2.4% by mass of graphite-based graphite and 1.8% by mass of binder (PVA).
  • the powdery precursor had a particle size dgo at 125 microns.
  • Green body performed.
  • the usual shaping methods can be used, such as, for example, die pressing in tools, injection molding or extrusion. It could be a green density of 6.9 g / cm 3 and a green strength of 10.3 MPa can be achieved.
  • the green body was sintered under forming gas (10 vol.% H 2 and 90 vol.% N 2 ).
  • the heat treatment was carried out in stages at 250 ° C., 350 ° C. and 600 ° C., each with a holding time of 0.5 h.
  • the maximum temperature of 1200 0 C was maintained for 2 h.
  • the final sintered component had a physical density of 7.95 g / cm 3 and the shrinkage after sintering was 4.6%.
  • the theoretical density of this material is 7.97 g / cm 3 .
  • variant 1 unreduced carbonyl iron powder particle size dgo 9 microns
  • variant 2 ice powder which has been obtained from reduced iron oxide (particle size dgo 5 ⁇ m).
  • the mass fraction was 66.7% and for the second powder at 33.3% by mass.
  • the first powder was given as a template in a fluidized bed rotor and thereby moved.
  • a suspension which had been formed with water, PVA and the powder mixture for the cladding layer, sprayed.
  • the structure of the cladding layer around the cores should be as slow as possible.
  • the suspension had a composition of 49% by mass of water, 49% by mass of the second powder and 2% by mass of binder (PVA).
  • the precursor according to variant 1 had a filling density of 2.2 g / cm 3 with a flow time of 36 s determined by means of a Hall Flow funnel.
  • a filling density of 2.4 g / cm 3 was achieved and a flow time of 33 s was determined.
  • a shaping to a compression for the compaction and the formation of a green body was followed by a shaping to a compression for the compaction and the formation of a green body.
  • the usual shaping methods can be used, such as, for example, die pressing in tools, injection molding or extrusion.
  • a green body according to variant 1 achieved a green density of 5.3 g / cm 3 and a green strength of 3.8 MPa and for variant a green density of 5.4 g / cm 3 and a green strength of 5.0 MPa could be achieved.
  • the green body in all two variants was subjected to forming gas (10% by volume of H 2 and 90% by volume of N 2 ). tert. In this case, a stepped temperature regime of each 0.5 h holding time at the temperatures 250 0 C, 350 0 C and 600 0 C was maintained. Subsequently, sintering was completed at 1250 ° C. in a period of 2 h.
  • the finished sintered component had a physical density of 7.1 g / cm 3 for variant 1, and the shrinkage after sintering was 7.6% and for variant 2 a physical density of 6.9 g / cm 3 and one occurred Shrinkage of 6.3%.
  • the theoretical density of this material is 7.35 g / cm 3 .
  • the first powder was given as a template in a fluidized bed rotor and thereby moved.
  • a suspension which had been formed with water, PVA and the powder mixture for the cladding layer, was sprayed by a two-substance nozzle arranged tangentially to the direction of rotation of the rotor.
  • the structure of the cladding layer around the cores should be as slow as possible.
  • the powdery preliminary sample had has a particle size dgo of 130 ⁇ m.
  • the filling density was 3.0 g / cm 3 and a flow time of 29 s with Hall Flow funnels could be determined.
  • a shaping was carried out by pressing for the compaction and the formation of a green body.
  • the usual shaping methods can be used, such as, for example, die pressing in tools, injection molding or extrusion.
  • a green density of 6.4 g / cm 3 was achieved.
  • the final sintered member had a physical density of 8.7 g / cm 3 and the shrinkage after sintering was 10.2%%.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorprodukt für die Herstellung gesinterter metallischer Bauteile, ein Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts sowie die Herstellung der Bauteile. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten anzugeben, um gesinterte metallische Bauteile herstellen zu können, die eine erhöhte physikalisch Dichte und eine reduzierte Schwindung am fertig gesinterten Bauteil ermöglichen. Bei einem erfindungsgemäßen Vorprodukt für die Herstellung gesinterter metallischer Bauteile, ist auf einem Kern, der aus jeweils einem Partikel eines ersten metallischen Pulvers gebildet ist, eine Hüllschicht ausgebildet. Die Hüllschicht ist mit einem zweiten Pulver und einem Binder gebildet. Dabei weist das erste Pulver eine Partikelgröße d90 von mindestens 50 μm und das zweite Pulver eine Partikelgröße d90 kleiner 25 μm auf. Das Vorprodukt ist pulverförmig.

Description

Vorprodukt für die Herstellung gesinterter metalli- scher Bauteile, ein Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts sowie die Herstellung der Bauteile
Die Erfindung betrifft ein Vorprodukt für die Herstellung gesinterter metallischer Bauteile, ein Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts sowie die Herstellung der Bauteile.
Für die Herstellung gesinterter metallischer Bauteile werden Pulver eingesetzt, diese sind üblicherweise aus dem jeweiligen Metall und in der Regel aus der Metalllegierung gebildet, mit der ein Bauteil hergestellt werden soll. Für die Herstellung der Bauteile kann ein wesentlicher Einfluss durch die Wahl bzw. Vorbehandlung des Ausgangspulvers erreicht werden, die die Eigenschaften des Bauteils bestimmen. So hat die Partikelgröße des eingesetzten Pulvers starken Einfluss auf die erreichbare physikalische Dichte des Bauteilwerkstoffs und der Schwindung beim Sintern.
In der Vergangenheit konnten die Sinteraktivität insbesondere durch ein vorab durchgeführtes Hochenergiemahlen und dadurch auch die Eigenschaften des Bau- teilwerkstoffs verbessert werden.
An die eingesetzten Metallpulver werden auch noch andere Ansprüche gestellt. Für eine Verarbeitung bei der Herstellung von Grünkörpern sind eine gute Fließ- fähigkeit der Pulver, eine erhöhte Gründichte und Grünfestigkeit der Grünkörper vor dem Sintern gewünscht. Werden bei der Formgebung durch Pressen höhere Gründichten der Grünkörper erreicht, reduziert sich das auftretende Schwindmaß am fertig gesinterten Bauteil. Ein sehr kleines Schwindmaß ist aber gewünscht um auch stark konturierte Bauteile herstellen zu können und dabei auch keine Nachbearbeitung vornehmen zu müssen.
Hochlegierte metallische Pulver können wegen der vor- handenen Härte nicht durch einfache pulvermetallurgische Technologien, wie Pressen und Sintern zu gesinterten Bauteilen verarbeitet werden. Durch ein Hochenergiemahlen derartiger Legierungspulver und nachfolgender Agglomeration sind solche Pulver z.B. verpressbar. Jedoch müssen mit der erhöhten Sinteraktivität schlechtere technologische Parameter, wie geringe Fülldichte, schlechtes Fließverhalten und eine hohe Schwindung beim Sintern in Kauf genommen werden, Wegen dieser nachteiligen Eigenschaften ist es nicht möglich, hochdichte Bauteile ohne erhebliche mechanische Nachbearbeitung herzustellen.
Auf herkömmliche Art und Weise hergestellte gesinterte Bauteile erreichen physikalische Dichten, die bei max . 95 % der theoretischen Dichte liegen und eine Schwindung von mindestens 10 % aufweisen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten anzugeben, um gesinterte metallische Bauteile herstel- len zu können, die eine erhöhte physikalisch Dichte und eine reduzierte Schwindung am fertig gesinterten Bauteil ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Vorpro- dukt, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Es kann mit einem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt werden. Der Anspruch 11 betrifft die Herstellung von gesinterten metallischen Bauteilen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er- findung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden. Die Erfindung ist auf vorteilhafte Möglichkeiten zur Herstellung gesinterter metallischer Bauteile gerichtet. Dabei wird ein pulverförmiges Vorprodukt einge- setzt, das an Stelle der bisher eingesetzten Metallpulver einer Formgebung und Sinterung unterzogen wird.
Das Vorprodukt besteht aus Kernen, die mit einer Hüllschicht umschlossen sind. Für die Herstellung werden ein erstes und eine zweites Pulver eingesetzt, die sich zumindest in ihrer Partikelgröße unterscheiden. So sind die Partikel des ersten Pulvers, die Kerne bilden, größer und weisen eine Partikelgröße dgo von mindestens 50 μm, bevorzugt mindestens 80 μm auf. Es ist ein Metall oder eine Metalllegierung.
Die Partikel des zweiten Pulvers sind kleiner und weisen eine Partikelgröße dgo kleiner 25 μm, bevor- zugt kleiner 20 μm, auf und ganz besonders bevorzugt sind sie kleiner als 10 μm. In der Hüllschicht ist zusätzlich ein Binder enthalten. Dieser kann bevorzugt organisch sein. Es kann z.B. Polyvenylalkohol (PVA) als Binder eingesetzt werden. Das zweite Pulver kann ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Metalloxid sein. Es kann aber auch eine Mischung mit mindestens zwei dieser Komponenten sein. Zusätzlich kann Kohlenstoff in Form von Graphit enthalten sein.
Im einfachsten Fall können die Partikel des ersten und des zweiten Pulvers aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung gebildet sein. Vorteilhaft ist es jedoch für die beiden Pulver unterschiedliche Metalle, Metalllegierungen oder auch für das zweite Pulver ein Metalloxid einzusetzen. Dadurch besteht die Möglichkeit beim Sintern, das zur Herstel- lung eines fertigen Bauteils durchgeführt wird auch gleichzeitig eine Legierungsbildung oder durch einen Konzentrationsausgleich von Legierungsbestandteilen eine veränderte Legierungszusammensetzung am fertigen Bauteilwerkstoff zu erreichen.
Es ist günstig für die Weiterverarbeitung bei der Herstellung von Grünkörpern und den fertigen Bauteilen, wenn das zweite Pulver duktiler als das erste Pulver ist. Dadurch kann beim Verpressen für die Herstellung von Grünkörpern mit einem Formgebungsverfahren eine höherer Gründichte erreicht werden, was letztendlich auch zu einer höheren physikalischen Dichte des Bauteils nach dem Sintern und zu einer ge- ringeren Schwindung führt. Die Hüllschicht erfüllt dabei eine Funktion, die analog zu der von Presshilfsmitteln zu werten ist.
Bei einem Vorprodukt sollten die einzelnen Partikel des Vorprodukts so hergestellt worden sein, dass die Hüllschicht einen Masseanteil aufweist, der maximal so groß, wie der Masseanteil eines Kernes ist. Der Anteil an Binder in der Hüllschicht kann dabei unberücksichtigt bleiben oder vernachlässigt werden. Der Masseanteil der Kerne sollte bevorzugt aber größer, als der von Hüllschichten sein. Hüllschichten sollten auch gleiche Schichtdicken aufweisen, was auf die einzelnen und auch alle Partikel des Vorproduktes zu treffen soll.
Die erfindungsgemäßen Vorprodukte können durch Besprühen der Partikel des ersten Pulvers mit einer Suspension hergestellt werden. Die Suspension enthält dabei Partikel des zweiten Pulvers und den Binder. Es kann eine wässrige Suspension eingesetzt werden. Beim Besprühen werden die Partikel des ersten Pulvers be- wegt . Hierfür kann beispielsweise ein Wirbelbett- Rotor eingesetzt werden.
Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Schichtdicke der Hüllschichten, auf den Kerne bildenden Partikeln des ersten Pulvers, können die Partikel des Vorproduktes getrocknet werden. Es kann so eine hohe Fülldichte von ca. 40 % der theoretischen Dichte und eine gute Fließfähigkeit erreicht werden, die kleiner 30 s sein kann, die mit einem Hall Flow Trichterbestimmt wird.
Zusätzlich kann eine Vorsinterung des Vorproduktes vorgenommen werden. Dadurch kann weitergehender Ein- fluss auf die Eigenschaften des Vorproduktes, was seine Fülldichte und die Fließfähigkeit betrifft, genommen werden. Die Fülldichte kann dadurch erhöht und die Fließfähigkeit verbessert werden. Letztgenannte kann so z.B. von 40 s bis auf 30 s reduziert werden, wenn eine Vorsinterung mit einer Temperatur von mindestens 800 0C durchgeführt wird. Sie kann dabei mittels Hall Flow Trichter bestimmt werden. Auch die physikalische Dichte des fertig gesinterten Bauteils kann so erhöht und die Schwindung auch unter 5 % re- duziert werden.
Das Vorprodukt kann dann einer Formgebung unterzogen werden. Dabei wirken Presskräfte, die zu einer Verdichtung führen. Die dabei erhaltenen Grünkörper er- reichen eine erhöhte Gründichte und Grünfestigkeit. Während des Pressens werden im Wesentlichen die in der Hüllschicht enthaltenen Komponenten verformt. Die Kerne bleiben dabei in der Regel unverformt. Durch die Verformung der Hüllschicht kann eine erhöhte Ver- dichtung erreicht werden, was zu einer Reduzierung der Schwindung beim Sintern führt. Diese kann kleiner 8 % gehalten werden. Es ist auch eine Reduzierung auf 5 % und darunter möglich. Die physikalische Dichte eines fertig gesinterten Bauteils kann mindestens 92 % und bis zu bzw. über 95 % der theoretischen Dichte erreichen.
Wie bereits angesprochen, kann es beim Sintern zu einer Legierungsbildung oder zu einer veränderten Legierungszusammensetzung kommen. Dabei findet ein Kon- zentrationsausgleich zwischen den beiden für die Kerne und die Hüllschicht eingesetzten Pulvern statt, wenn diese eine voneinander abweichende Konsistenz bzw. Zusammensetzung aufweisen. Es können Diffusionsprozesse ausgenutzt werden. Der Längste Diffusionsweg liegt dabei bei dem 0,5-fachen des Vorproduktpartikeldurchmessers. Die für eine Diffusion erforderliche Zeit kann gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren deutlich reduziert werden. Dies trifft auch auf im Vergleich zu dem bekannten Einsatz diffusionsge- bundener Pulver, bei denen an Partikel aus reinem Eisen z.B. Partikel von Nickel oder Molybdän angesintert werden. Dadurch kann aber lediglich ein sehr kleiner Anteil an Legierungselementen, der im Bereich 0,1 bis 2 % liegt, erreicht werden. Mit der Erfindung können im Vergleich dazu, aber sehr viel höher legierte Bauteilwerkstoffe erhalten werden. Die Konsistenz einer unter Einsatz der Erfindung durch Sinterung herstellbaren Legierung kann gegenüber den bekannten technischen Lösungen sehr genau eingestellt und reproduzierbar hergestellt werden.
So können unterschiedliche Eisen-, Cobalt- und auch Nickelbasislegierungen hergestellt werden. Der Anteil des jeweiligen Basismetalls liegt dabei zumindest bei 50 Masse-%. Nachfolgend soll die Erfindung an Beispielen näher erläutert werden.
Beispiel 1
Es soll dabei ein Bauteil hergestellt werden, bei der der Bauteilwerkstoff eine 5,8W 5,0Mo 4,2Cr 4,1V 0,3Mn 0,3Si 1,3C Eisenlegierung ist.
Für das die Kerne vom Vorprodukt bildende erste Pulver wurde eine Eisenbasis-Legierung mit 8, IW 6,7 Mo 5,9 Cr 0,4 Mn 0,4Si eingesetzt. Die Partikelgröße d9o lag bei 95 μm.
Für die Hüllschicht wurde ein zweites Pulver eingesetzt, das ein Gemisch aus 31,0 Masse-% Carbonylei- senpulver und 1,3 Masse-% teilamorphem Graphit mit jeweils einer Partikelgröße dgo von kleiner 10 μm darstellt, eingesetzt. Es ergaben sich so ein Masse- anteil für die Kerne von 67,7 Masse-% und 32,3 Masseis Hüllschicht ohne Binder.
Das Carbonyleisen war reduziert es kann aber auch unreduziert eingesetzt sein.
Das erste Pulver wurde als Vorlage in einen Wirbelbett-Rotor gegeben und dabei bewegt. Durch eine tangential zur Drehrichtung des Rotors angeordnete Zweistoffdüse wurde eine Suspension, die mit Wasser, PVA und dem Pulvergemisch für die Hüllschicht gebildet worden war, besprüht. Der Aufbau der Hüllschicht um die Kerne sollte möglichst langsam erfolgen. Zusammensetzung der Suspension war 38 Masse-% Wasser, 58 Masse-% Carbonyleiesenpulver, 2,4 Masse-% tei- lamprpher Graphit und 1,8 Masse-% Binder (PVA) . Nach einer Trocknung hatte das pulverförmige Vorprodukt eine Partikelgröße dgo bei 125 μm.
Anschließend erfolgte eine Formgebung um ein Verpres- sen für die Verdichtung und die Ausbildung eines
Grünkörpers durchgeführt. Hierfür können die üblichen Formgebungsverfahren eingesetzt werden, wie dies beispielsweise ein Matrizenpressen in Werkzeugen, Spritzgießen oder Extrudieren sind. Es konnte eine Gründichte von 6,9 g/cm3 und eine Grünfestigkeit von 10,3 MPa erreicht werden.
Danach wurde der Grünkörper unter Formiergas (10 Vol.% H2 und 90 Vol.% N2) gesintert. Die Wärmebehand- lung erfolgte in Stufen bei 250 0C, 350 0C und 600 0C mit jeweils 0,5 h Haltezeit. Die maximale Temperatur von 1200 0C wurde über 2 h gehalten.
Das fertig gesinterte Bauteil wies eine physikalische Dichte von 7,95 g/cm3 auf und die Schwindung nach dem Sintern betrug 4,6 %. Die theoretische Dichte dieses Werkstoffs liegt bei 7,97 g/cm3.
Beispiel 2
Für die Herstellung eines Bauteils aus einer Eisenbasislegierung 34,0Cr 2,1 Mo 2,0Si 1,3C Rest Eisen wurde ein erstes Pulver für die Kerne mit einer Legie- rung 51,5 Cr 3, 6Mo 2,7 Si 0,68Mn 1,9C Rest Eisen mit einer Partikelgröße dgo 82 μm eingesetzt.
Für das zweite Pulver wurde einmal als Variante 1 unreduziertes Carbonyleisenpulver (Partikelgröße dgo 9 μm) und als Variante 2 Eisnepulver, das aus reduziertem Eisenoxid erhalten worden ist (Partikelgröße dgo 5 μm) eingesetzt.
Für das erste Pulver lag der Masseanteil bei 66.7 % und für das zweite Pulver bei jeweils 33,3 Masse-%.
Das erste Pulver wurde als Vorlage in einen Wirbelbett-Rotor gegeben und dabei bewegt. Durch eine tangential zur Drehrichtung des Rotors angeordnete Zweistoffdüse wurde eine Suspension, die mit Wasser, PVA und dem Pulvergemisch für die Hüllschicht gebildet worden war, besprüht. Der Aufbau der Hüllschicht um die Kerne sollte möglichst langsam erfolgen. Die Suspension hatte eine Zusammensetzung 49 Masse-% Wasser, 49 Masse-% des zweiten Pulvers und 2 Masse-% Binder (PVA) .
Das Vorprodukt nach Variante 1 hatte eine Fülldichte 2,2 g/cm3 mit einer mittels Hall Flow Trichter ermittelten Fließzeit von 36 s. Für das Vorprodukt nach Variante 2 konnte eine Fülldichte von 2,4 g/cm3 erreicht und eine Fließzeit von 33 s ermittelt werden.
Anschließend erfolgte eine Formgebung um ein Verpres- sen für die Verdichtung und die Ausbildung eines Grünkörpers. Hierfür können die üblichen Formgebungsverfahren eingesetzt werden, wie dies beispielsweise ein Matrizenpressen in Werkzeugen, Spritzgießen oder Extrudieren sind.
Ein Grünkörper gemäß Variante 1 erreichte eine Gründichte 5,3 g/cm3 und eine Grünfestigkeit von 3,8 MPa und für Variante konnte eine Gründichte von 5,4 g/cm3 und eine Grünfestigkeit von 5,0 MPa erreicht werden.
Danach wurde der Grünkörper bei allen zwei Varianten unter Formiergas (10 Vol.% H2 und 90 Vol.% N2) gesin- tert. Dabei wurde ein gestuftes Temperaturregime von jeweils 0,5 h Haltezeit bei den Temperaturen 250 0C, 350 0C und 600 0C eingehalten. Im Anschluss wurde bei 1250 °C in einem Zeitraum von 2 h fertig gesintert.
Das fertig gesinterte Bauteil wies für Variante 1 eine physikalische Dichte von 7,1 g/cm3 auf und die Schwindung nach dem Sintern betrug 7,6% und für Variante 2 eine physikalische Dichte von 6, 9 g/cm3 und es trat eine Schwindung von 6,3 % auf. Die theoretische Dichte dieses Werkstoffs liegt bei 7,35 g/cm3.
Beispiel 3
Für die Herstellung eines Bauteils mit einer Ziellegierung als Cobaltbasislegierung mit der Zusammensetzung 27,6Mo 8,9Cr 2,2Si Rest Cobalt wurden ein erstes wasserverdüstes Pulver einer Legierung 27,6 Mo 8,9Cr 2,2Si Rest Cobalt mit einer Partikelgröße dgo 53,6 μm und ein zweites Pulver einer Legierung 27,6Mo 8,9Cr 2,2Si Rest Cobalt mit einer Partikelgröße dgo 21 μm eingesetzt. Beide Pulver wurden für die Herstellung des Vorproduktes mit jeweils 50 Masse-% eingesetzt. Die Suspension hatte eine Zusammensetzung von 29 Mas- se-% Wasser, 69 Masse% des zweiten Pulvers, 1 Masse-% Parafin und 1,4 Masse-% Binder (PVA) .
Das erste Pulver wurde als Vorlage in einen Wirbelbett-Rotor gegeben und dabei bewegt. Durch eine tan- gential zur Drehrichtung des Rotors angeordnete Zweistoffdüse wurde eine Suspension, die mit Wasser, PVA und dem Pulvergemisch für die Hüllschicht gebildet worden war, besprüht. Der Aufbau der Hüllschicht um die Kerne sollte möglichst langsam erfolgen.
Nach einer Trocknung hatte das pulverförmige Vorpro- dukt eine Partikelgröße dgo von 130 μm. Die Fülldichte lag bei 3,0 g/cm3 und es konnte eine Fließzeit von 29 s mit Hall Flow Trichter ermittelt werden.
Anschließend erfolgte eine Formgebung um ein Verpres- sen für die Verdichtung und die Ausbildung eines Grünkörpers durchgeführt. Hierfür können die üblichen Formgebungsverfahren eingesetzt werden, wie dies beispielsweise ein Matrizenpressen in Werkzeugen, Spritzgießen oder Extrudieren sind. Es wurde eine Gründichte von 6,4 g/cm3 erreicht.
Danach wurde der Grünkörper mit folgenden Parametern in einer Wasserstoffatmosphäre gesintert:
Es wurde eine Wärmebehandlung in Stufen bei Temperaturen von 250 0C, 350 0C und 600 0C jeweils bei einer Haltezeit von 0,5 h und anschließend eine Erhöhung der Temperatur auf 1285 0C durchgeführt. Die maximale Temperatur wurde über 2 h gehalten.
Das fertig gesinterte Bauteil wies eine physikalische Dichte von 8,7 g/cm3 auf und die Schwindung nach dem Sintern betrug 10,2% %.

Claims

Patentansprüche
1. Vorprodukt für die Herstellung gesinterter metallischer Bauteile, bei dem auf einem Kern, der aus jeweils einem Partikel eines ersten metallischen Pulvers gebildet ist, eine Hüllschicht ausgebildet ist und dabei die Hüllschicht mit einem zweiten Pulver und einem Binder gebildet ist; dabei das erste Pulver eine Partikelgröße dgo von mindestens 50 μm und das zweite Pulver eine Partikelgröße dgo kleiner 25 μm aufweisen und das Vorprodukt pulverförmig ist.
2. Vorprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass der Kern aus einem Metall oder einer
Metalllegierung gebildet ist.
3. Vorprodukt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllschicht mit einem Metall, einer Metalllegierung und/oder einem Me- talloxid gebildet ist.
4. Vorprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanteil an Metall, Metalllegierung und/oder Metalloxid in der Hüllschicht ≤ dem Masseanteil des den jeweiligen Kern bildenden Partikels des ersten Pulvers gehalten ist.
5. Vorprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hüllschicht zusätzlich Kohlenstoff enthalten ist.
6. Vorprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pulver mit dem die Hüllschicht gebildet ist, duktiler als das erste Pulver ist, aus dem Kerne gebildet sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Vorproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein erstes metallisches Pulver mit einer Partikelgröße dgo von mindestens 50 μm mit einer Suspension, in der ein zweites Pulver mit einer Partikelgröße dgo kleiner 25 μm und ein Binder enthalten sind so beschichtet wird, dass auf Kerne bildenden Partikel des ersten Pulvers eine Hüllschicht mit dem Binder und Partikeln des zweiten Pulvers ausgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zweites Pulver ein Metall, eine Metalllegierung und/oder ein Metalloxid eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Pulver eingesetzt werden, die bei einer Sinte- rung eine Metalllegierung bilden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel des ersten Pulvers bewegt, dabei gleichzeitig mit der Binder und zweites Pulver enthaltenden Suspensi- on besprüht und nach erreichen einer vorgebbaren
Schichtdicke der Hüllschichten das Vorprodukt getrocknet wird.
11. Verfahren zur Herstellung gesinterter metallischer Bauteile unter Einsatz eines pulverförmi- gen Vorprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis
6, bei dem das getrocknete pulverförmige Vorprodukt einem Formgebungsverfahren bei dem eine Verdichtung erfolgt und ein Grünkörper erhalten wird, unterzogen wird und im Anschluss daran eine Sinterung zur Fertigstellung des Bauteils durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich- net, dass bei einem Vorprodukt, bei dem in der
Hüllschicht ein Metalloxid enthalten ist, das Sinterverfahren in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass mit den im ersten und zweiten
Pulver enthaltenen Komponenten beim Sinterverfahren eine Metalllegierung gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsbil- düng bei der Durchführung des Sinterverfahrens durch Diffusionsprozesse erreicht wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung von Partikeln des ersten Pulvers mit einer mit dem zweiten Pulver gebildeten Suspension, zur
Ausbildung der Hüllschichten auf den aus den Partikeln des ersten Pulvers gebildeten Kernen, das Formgebungsverfahren und das Sinterverfahren so durchgeführt werden, dass ein Schwindmaß nach der Sinterung < 8% und eine Dichte > als 92 % der theoretischen Dichte erreicht werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauteil, das mit einer Eisen-, Cobalt oder Nickelbasisle- gierung gebildet ist, hergestellt wird.
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