DE3106976C2 - - Google Patents

Description

Bei der pulvermetallurgischen Herstellung verschiedener Gegenstände werden oftmals Eisen- und Stahlpulver zusammen mit einem oder mehreren Legierungselementen, wie Kupfer oder Nickel, verwendet, um mechanische Eigenschaften zu erreichen, die mit Eisen- und Stahlpulver allein nicht erhalten werden können.

Für diese Zwecke werden im allgemeinen Pulvergemische oder vollständig vorlegierte Pulver verwendet. Pulvergemische werden hergestellt, indem man Eisen- oder Stahlpulver mit einem die erwünschten Legierungselemente in der elementaren Form oder als Grundlegierungen enthaltenden Pulver vermischt. Die vollständig vorlegierten Stahlpulver werden hergestellt, indem man bei­ spielsweise eine Stahlschmelze, die die erwünschten Legierungselemente enthält, zu einem Pulver atomatisiert.

Einer der Nachteile von Pulvergemischen beruht auf der Tatsache, daß solche Pulver aus Teilchen bestehen, die sich oftmals stark in der Größe, Form und Dichte unterscheiden und nicht mechanisch miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, daß ein solches Pulvergemisch anfällig für Entmischung während seines Trans­ portes und seiner Handhabung ist. Diese Entmischung führt zu einer variierenden Zusammensetzung der Preßkörper, die aus dem Pulver hergestellt werden, und somit zu variierenden Dimensions­ veränderungen während des Sinterns und zu variierenden mechanischen Eigenschaften in dem gesinterten Produkt. Ein anderer Nachteil von Pulvergemischen ist ihre Neigung zu stauben, besonders wenn das legierende Element in der Form sehr kleiner Teilchen vorliegt. Die kann zu schweren Umweltproblemen führen.

Im Falle vollständig vorlegierter Pulver gibt es keine Gefahr einer Entmischung, da jedes Pulverteilchen die gleiche Zusammensetzung hat. Auch ist die Gefahr eines Staubes vermindert, da kein legierendes Pulver mit kleiner Teilchengröße enthalten ist. Das vorliegende Pulver hat jedoch den großen Nachteil geringer Komprimierbarkeit, was ein Ergebnis des Härtungseffektes einer festen Lösung ist, den die legierenden Elemente auf jedes Pulverteilchen ausüben. Hohe Komprimierbarkeit ist wesentlich, wenn eine hohe Dichte eine Voraussetzung für das Erreichen guter mechanischer Eigenschaften ist.

Die Komprimierbarkeit eines Pulvergemisches andererseits ist im wesentlichen die gleiche wie die Komprimierbarkeit des darin enthaltenen Eisenpulvers. Diese Tatsache zusammen mit der Flexibilität bezüglich der Legierungszusammensetzung machten Pulvergemische zu dem am häufigsten verwendeten Rohmaterial bei der Herstellung niedrig legierter Sinterstähle. In solchen Pulvergemischen wird das bloße Eisenpulver als Grundmaterialpulver verwendet.

Die DE-OS 21 51 952 beschreibt ein Verfahren zur Vermeidung des Entmischens von Pulvermischungen unterschiedlicher Komponenten durch Überziehen der Pulverkörner mit 0,6 bis 6 Gew.-% Glycerin oder Ethylenglykol.

Die US-PS 39 88 524 betrifft eine Erleichterung des Verdichtens in der Pulvermetallurgie durch Zusätze von 2 bis 5% unter­ schiedlicher organischer Verbindungen. Solche Mengen aber führen zum Verlust der Fließfähigkeit des Pulvers.

Schließlich beschreibt die DE-OS 26 03 313 eine Methode, Aluminiumpulver nichtstaubend zu machen, indem man es befeuchtet und mit Polytetrafluorethylenteilchen vermischt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand nun darin, bei Pulvergemischen auf Eisenpulvergrundlage die Gefahr eines Entmischens und Staubens so gering wie möglich zu machen und gleichzeitig die physikalischen Pulvereigenschaften beizubehalten, besonders die scheinbare Dichte, die Fließfähigkeit, die Komprimierbarkeit und die Grünfestigkeit.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem man Polyethylenglykol, Polypropylengkylol oder Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,05 bis 0,2 Gew.-% als Bindemittel für Pulvergemische auf Eisengrundlage, die neben Eisen- oder Stahlpulver Pulver eines oder mehrerer Legierungselemente enthalten, verwendet.

Nach der Erfindung wird vorgeschlagen, Bindemittel zu verwenden, die einen klebrigen oder fettartigen Charakter haben und deren Eigenschaften derart sind, daß sie bei normalen Temperaturen nicht mit der Zeit verdampfen oder sich chemisch verändern. Es wurde nachgewiesen, daß Bindemittel dieser Natur den inneren Kräften widerstehen, die auftreten können, wenn das Pulver­ gemisch gehandhabt wird.

Das Bindemittel wird ausreichend lange mit dem Pulvergemisch vermengt, daß man ein homogenes Gemisch erhält. Wenn erwünscht, kann während des Mischens ein Schmiermittel zugesetzt werden, um das Pressen des Pulvers in einem Werkzeug bei der Endverwendung zu erleichtern.

Für einen Fachmann ist es ein überraschender und unerwarteter Effekt, daß eine solch kleine Zugabe des Bindemittels homogen zugemischt werden und die Graphitteilchen an die Eisenteilchen binden kann.

Nach der Methode nach der Erfindung ist es möglich, Pulvergemische auf Eisengrundlage zu erzeugen, in denen die Gefahr einer Entmischung und/oder eines Staubens sehr klein ist.

Beispiel 1

Drei Pulvergemische A, B und C mit der folgenden Zusammensetzung wurden hergestellt.

Gemisch A:
97,0 Gew.-% Eisenpulver mit einer Teilchengröße im wesentlichen zwischen 417 µm und 147 µm, 3 Gew.-% Ferrophosphorlegierungspulver mit einem Phosphorgehalt von 15 Gew.-% und einer maximalen Teilchengröße von 44 µm.

Gemisch B:
96,8 Gew.-% Eisenpulver mit einer Teilchengröße im wesentlichen zwischen 417 µm und 147 µm, 3 Gew.-% Ferrophosphorlegierungspulver mit einem Phosphorgehalt von 15 Gew.-% und einer maximalen Teilchengröße von 44 µm und 0,2 Gew.-% Polyethylenglykol.

Gemisch C:
96,0 Gew.-% Eisenpulver mit einer Teilchengröße im wesentlichen zwischen 417 µm und 147 µm, 3 Gew.-% Ferrophosphorlegierungspulver mit einem Phosphorgehalt von 15 Gew.-% und einer maximalen Teilchengröße von 44 µm und 1 Gew.-% Polyethyhlenglykol.

Ein repräsentativer Testanteil von 100 g eines jeden Gemisches A, B und C wurden auf einem Sieb mit Öffnungen von 44 µm gesiebt. Die Pulvermenge, die durch das Sieb ging, wurde gemessen, und die folgenden Resultate wurden erhalten:

Gemisch
Pulvermenge kleiner als 44 µm
A|2,49 g
B	0,10 g
C	,01 gg

Da das verwendete Eisenpulver eine Teilchengröße über 147 µm und das verwendete Ferrophosphorpulver eine Teilchengröße von maximal 44 µm besaß, war das Pulver, welches durch die Sieböffnungen ging, lediglich das Ferrophosphorlegierungspulver. Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß die Zugabe des Bindemittels zu einer sehr wirksamen Bindung der Ferrophosphorteilchen an die Eisenteilchen führte.

Die Gemische A, B und C wurden auch bezüglich einiger charak­ teristischer Pulvereigenschaften geprüft, wobei man zu folgenden Ergebnissen kam:

Die Ergebnisse des oben beschriebenen Experimentes zeigen, daß die Gefahr hinsichtlich einer Entmischung in einem Pulvergemisch, das Eisenpulver und Ferrophorphorlegierungspulver enthält, wesentlich vermindert werden kann, ohne die Pulver­ eigenschaften zu verschlechtern. Wenn eine zu hohe Zugabemenge von Bindemittel, wie im Gemisch C, verwendet wird, werden jedoch die Pulvereigenschaften derart verändert, daß die Fließfähigkeit verlorengeht.

Beispiel 2

Wenn Pulvergemische auf Eisengrundlage mit einem Gehalt von Kohlenstoff, der in der Form von Graphitpulver zugesetzt wurde, hergestellt werden, ist es bekannt, daß ein Stauben des Graphit­ pulvers auftritt, wenn der Mischer entleert wird. Dieser Effekt nimmt gegen Ende der Entleerung zu. Dieses Phänomen beruht auf einer Unterschiedlichkeit des Kohlenstoffgehaltes in dem Gemisch. Speziell wird der Kohlenstoffgehalt in dem Pulvergemisch, das am Ende der Entleerung erhalten wird, erhöht. Durch die Zuabe eines Bindemittels kann jedoch dieser Effekt von Entmischung und Stauben beseitigt werden, was durch das folgende Experiment gezeigt wird.

Ein Pulvergemisch von insgesamt 10 t, das nachfolgend als D bezeichnet wird und das aus 2,5 Gew.-% Kupferpulver, 0,6 Gew.-% Graphitpulver und dem Rest Schwammeisenpulver mit einer Teilchengröße im wesentlichen unterhalb 147 µm bestand, wurde mit 0,8 Gew.-% Zinkstearat 10 min mit einem Doppelkegelmischer vermischt. Das Gemisch wurde dann in 10 Fässer entleert, von denen jedes 1 t Pulver enthielt. Am oberen Teil eines jeden Fasses wurde ein Testanteil von 1 kg entnommen und hinsichtlich der Pulvereigenschaft und des Kohlenstoffgehaltes geprüft. Die chemische Analyse des Kohlenstoffgehaltes wurde derart durchgeführt, daß nur die Menge Graphit bestimmt wurde, d. h. der Einfluß des Schmiermittels ausgeschaltet wurde.

Gleichzeitig wurde ein Pulvergemisch von 10 t, das nachfolgend als E bezeichnet wird, mit der gleichen Analyse wie das Gemisch D hergestellt, doch werden während des Vermischens 0,02 Gew.-% Polyethylenglykol in den Mischer eingespritzt. Nach der Zugabe des Bindemittels wurden während 5 min 0,8 Gew.-% Zinkstearatpulver zugemischt. Das Pulvergemisch wurde dann in 10 Fässer entleert, von denen jedes 1 t Pulver enthielt, und ein Test­ anteil von 1 kg wurde vom oberen Teil eines jeden Fasses entnommen. Die gleiche Prüfung, wie für das Gemisch D beschrieben ist, wurde durchgeführt, und die folgenden Resultate wurden erhalten:

Wie aus den Resultaten ersichtlich ist, wurde ein homogener Kohlenstoffgehalt in dem Pulvergemisch erhalten, wenn das Bindemittel zugesetzt wurde, wobei die charakteristischen Pulvereigenschaften beibehalten wurden.

Ein Pulvergemisch wurde wie oben aus Schwammeisenpulver mit einer Teilchengröße unterhalb 147 µm, 2,5 Gew.-% Kupferpulver, 0,6 Gew.-% Graphitpulver und 0,8 Gew.-% Zinkstearat hergestellt. In üblicher Weise wurden für dieses Pulvergemisch die scheinbare Dichte, der Fluß und die Komprimierbarkeit bestimmt.

Sodann wurden jeweils einem Anteil dieses Pulvergemisches 0,02 bzw. 0,04 Gew.-% hydriertes Polyisobutylen einerseits und 0,02 bzw. 0,04 Gew.-% Polyethylenglykol andererseits zugemischt. Ersteres Bindemittel liegt außerhalb des Schutzbegehrens, letzteres innerhalb des Schutzbegehrens. Dabei wurden die folgenden Werte erhalten:

Durch beide Bindemittel wurde ein Stauben des Pulvergemisches wirksam verhindert.

Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei beiden verwendeten Bindemitteln die Komprimierbarkeit unverändert blieb, daß aber bei dem außerhalb des Erfindungsgedankens liegenden hydrierten Polyisobutylen der Fluß gegenüber der Probe ohne Bindemittel stark verändert wurde und die scheinbare Dichte erheblich abnahm, während bei Verwendung des innerhalb des Schutzbegehrens liegenden Polyethylenglykols der Fluß und die scheinbare Dichte gegenüber der Probe ohne Bindemittel fast unverändert blieben.

Claims (1)

1. Verwendung von Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder Polyvinylalkohol in einer Menge von 0,005 bis 0,2 Gew.-% als Bindemittel für Pulvergemische auf Eisengrundlage, die neben Eisen- oder Stahlpulver Pulver eines oder mehrerer Legierungs­ elemente enthalten.