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Verfahren und Maschine zur Herstellung von Legierungen und Agglomerierungen
aus pulverförmigen Metallen. Für diese Anmeldung ist gemäß dem Unionsvertrage vom
z. Juni 191a die Priorität auf Grund der Anmeldungen in Frankreich vom 15. Mai i919
für Anspruch z und vom 23. März 1920
für die Ansprüche i, 3 und 4 beansprucht.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der Vereinigung von Metallen, Metallverbindungen,
Metalloiden und anderen Stoffen, die vorher in Pulverform' übergeführt sind, durch
Agglomeration mit Hilfe einer besonderen hydraulischen Presse, einer Heizeinrichtung
zur Erhitzung des Pulvers und einer Einrichtung zur Erzeugung von Vibrationen in
den Preßkörpern der Pressen.
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Es ist schon bekannt, teigige Massen zuerst zu erhitzen und dann unter
Druck zu setzen. Es ist auch bekannt, pulverförmige Massen einfachem Druck auszusetzen,
und es ist bekannt, pulverförmige Massen zuerst zu erhitzen und dann in Formen zu
stampfen. Es ist aber nicht bekannt, diese drei Maßnahmen zuvereinigen und im besondereri'dalk
das Hämmern mit kurzen Stößen auszuführen unter Fortsetzung der Erhitzung.
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Dieses Hämmern hat die besondere Wirkung, die innere Beweglichkeit
der einzelnen Bestandteile gegeneinander zu erhöhen und dadurch .zu vermeiden, d#Lß
infolge der innegen Reibung Ungleichmäßigkeit in der Masse entsteht oder bestehen
bleibt. Dadurch wird es ermöglicht, auch größere Stücke und geformte Stücke, nach
diesem Verfahren herzustellen.
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Der Gegenstand der Erfindung betrifft die Verbindung von Metallen
sehr verschiedener Dichtigkeit oder sehr abweichender Schmelztemperatur zu legierungsartigen
Körpern
von allen möglichen Verhältnissen. Im besonderen betrifft
sie auch solche Rohstoffe, die der Erscheinung der Ausseigerung unterworfen sind
und kurz im allgemeinen alle Metalle, die durch Schmelzung schwer zu legieren sind.
Der Zweck der Erfindung ist gleichfalls, diese Metalle oder ihre Legierungen mit
nichtmetallischen Stoffen zu durchsetzen, wie durch Oxyde, Salze usw., kurz durch
Metallverbindungen oder auch durch Stoffe wie Metalloide oder Nichtmetalle, z. B.
Graphit, Kohle, Bor, Silizium, Phosphor, Schwefel, Selen usw., oder durch natürliche
chemische Verbindungen, wie Talk, Asbest usw., oder durch künstliche Erzeugnisse,
wie Karbide, Nitride usw., kurz durch alle Stoffe oder Mischungen, die in allen
Verhältnissen mit den Metallen oder den Legierungen innig vereinigt werden können
zu dem Zweck, neue metallurgische Erzeugnisse zu erhalten, wie Lagerschalen, Zubehör
von Stopfbüchsen, Schleifscheiben zum Polieren oder Zurichten, widerstandsfähige
Zubehörteile aller Art usw.
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Die Erfindung hat auch zum Zweck, die physikalischen und mechanischen
Eigenschaften von Metallen oder Legierungen zu verbessern oder willkürlich zu verändern,
welche nachher irgendeiner Wärmebehandlung oder metallurgischen Maßnahme unterworfen
werden können.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine chemische Vorbereitung der nichtmetallischen
Erzeugnisse, die mit Metallen durch Agglomeration vereinigt werden, welche vor der
Bewirkung der Agglomeration selbst stattfinden soll, und welche die Einverleibung
dieser Stoffe in jedem Verhältnis nach Wunsch gestattet.
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Die Erfindung betrifft endlich eine hydraulische Presse, die mit einer
besonderen Einrichtung zur elektrischen Erhitzung der zu agglomerierenden Pulver
versehen ist und mit einer Einrichtung zur Hervorbringung von Vibrationen in den
Preßkörpern, wodurch eine wirkungsvolle gewerbliche Herstellung der genannten Legierungen
oder neuen Erzeugnisse ermöglicht wird.
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Die übrigen Zwecke der Erfindung ergeben sich aus dem Folgenden und
aus der eine Ausführungsform darstellenden Zeichnung.
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Die Erfindung besteht in der gleichzeitigen Anwendung einer Heizeinrichtung
und eines außerordentlich hohen Druckes, die durch ihre Verbindung imstande sind,
das Pulvergemisch aus den Rohmetallen oder Legierungen in einen halbflüssigen Zustand
überzuführen, wobei es gleichzeitig einer starken Vibrationswirkung unterworfen
wird zu dem Zweck, eine Legierung der Pulver durch Agglomerierung herbeizuführen.
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Die Erfindung besteht außerdem in den . Fällen z. B., in welchen es
sich darum handelt, Legierungen des- Aluminiums und des Graphits für Lagerschalen
oder andere Anwendungen herzustellen, darin, den Graphit mit einer sehr -dünnen
Schicht von Kupfer z. B. durch das Schoopsche Metallisierungsverfahren zu bedecken.
In diesem Fall kann man vorzugsweise den Graphit in einer dünnen und gleichmäßigen
Schicht über einen leicht geneigten Schütteltisch führen, auf dem sie langsam fortschreitet.
Über diesem Schütteltisch wird eine Schoopsche Pistole an einer Stelle verwendet,
wo die Schicht eine regelmäßige Dicke hat, um mit ihrer Flaniniejedes Graphitteilchen
mit einer sehr dünnen Kupferschicht zu bekleiden, welche sich später bei der Legierung
löst und die Einverleibung des Graphits in die Legierung erleichtert.
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Die Erfindung besteht für diesen Fall auch in der Mischung des Graphits
mit io bis 2o Prozent schwarzem, pulverigem Kupferoxyd vor seiner Verwendung.
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Sie besteht ferner für diesen Fall darin, den Graphit oder auch andere
Stoffe gleichzeitig zu metallisieren und von Wasserstoff dadurch zu befreien, daß
auf ihrer Oberfläche eine Schicht von rotem Kupferoxydul aufgebracht wird, welches
sich später zu metallischem Kupfer bei verhältnismäßig niedriger Temperatur reduziert
wiederfindet. Zu diesem Zweck bereitet man eine Lösung von Kupfersulfat und eine
Lösung eines weinsauren Alkalisalzes vor, die dem Sulfat in solchen Mengen zugefügt
wird, daß das zuerst gebildete Oxydhydrat sich vollständig auflöst. Man fügt dann
Formaldehyd zu oder besser noch eine klare Melasse oder auch ein Gemisch von beidem
und im Falle der Anwendung des Formols hört man dann auf, wenn der Geruch sehr stark
geworden ist. Dann bringt man den den Graphit oder andere Stoffe enthaltenden Behälter
auf ein schwaches Feuer, um ihn gleichmäßig bis gegen 8o° C zu erhitzen, in diesem
Augenblick gießt man das Flüssigkeitsgemisch zu; es bildet sich dann ein roter Niederschlag
von Kupferoxydul auf jedem einzelnen Teilchen der pulverigen Masse. Dieses Oxydul
ist durch die Hitze sehr leicht zersetzlich, gibt den Sauerstoff ab und läßt eine
an dem Graphit oder den anderen Stoffen fest anhaftende Haut von metallischem Kupfer
zurück. Dieses Verfahren gestattet z. B. eine sehr starke Einverleibung von Graphit.
in Aluminium.
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Das zu agglomerierende Pulver wird dann sorgfältig gemischt und in
eine Form einer besonderen Presse eingefüllt.
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Die Zeichnung gibt einen Querschnitt derselben,
Die
Vorrichtung besteht aus einer hydraulischen Presse, deren Kopfstücke A, Al durch
Säulen B verbunden sind und welche Zylinder a, a 1- besitzen, in denen sich
die Kolben C, Cl bewegen.
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Die beiden Kopfstücke sind gleich, und im folgenden wird nur das untere
weiter beschrieben, Der Kolben C ist ein Differentialkolben, dessen dünnerer Teil
c durch die Platte D, welche den Zylinder a abschließt, durchgeht, so daß zwei Kammern
E und F entstehen, zu welchen das Wasser durch die Leitungen d und c Zutritt hat,
um den Kolben vorwärts und rückwärts zu bewegen.
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An dem Ende des Kolbens c ist eine Isolierungsplatte f angebracht,
auf der der Preßstempel G sitzt. Die beiden Preßstempel G, GI sind durch eine Leitung
II elektrisch verbunden, und eine feste Wechselstromspule I umgibt den Preßkolben
G. Das zu aggiomerierende Pulver T befindet sich in einer Form K mit einer feuerbeständigen
und isolierenden Auskleidung g, -z. B. aus Borstick-Stoff oder einer Verbindung
von Zement und Asbest oder irgendeinem anderen geeigneten Material. Diese Form wird
von Rollen h getragen, die mit einem gewissen Spielraum zwischen den Schienen o
laufen.
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Der durch die Wirkung der Spule 1 in dem Stromkreis G, Gl und dem
Pulver T induzierte Strom dient zur Erhitzung des letzteren.
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Der Kolben C ist hohl und trägt innen einen Zylinder i, in welchem
ein Schlagkolben j unter der Wirkung von Druckluft spielt, die abwechselnd durch
die Röhren k und L eintritt: Dieser Schlagkolben wirkt auf einen kleinen Amboß in
auf dem Kolben C.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist die folgende: Die Form K wird auf
den Schienen o auf den Rollen h eingeführt. Druckwasser wird in die Leitung d unter
den Kolben C gelassen, der sich hebt, während der Kolben Cl in seiner Höchststellung
verharrt und das obere Formende frei läßt. Dadurch wird ermöglicht, den oberen Teil
der Form K mit einem Gemisch der fein pulverisierten, vollkommen homogenen zu legierenden
Metallpulver zu füllen. Darauf wird durch die Leitungen d, dl etwas Wasser eingelassen,
ttm das Gemisch unter leichten Druck zu setzen. Gleichzeitig wird die Luftzuströmung
k, k1 geöffnet und dadurch eine langsame Bewegung der Schlagkolben j, j1 verursacht
und eine Vibrationswirkung von sehr kleiner Ausschlagweite jedem der Preßkolben
G, G1 mitgeteilt, wobei die Elastizität der Druckwasserleitung und die des Druckwassers
selbst eine Rolle spielt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Sackung des vollkommen
homogenen Pulvers in der ganzen Masse erzielt.
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Dann schickt man einen Strom durch die Spule I; in dem isolierten
Stromkreis der beiden Preßkolben induziert sich ein starker Strom nach Art der elektrischen
Induktionsöfen. Am Anfang, wenn die Zusammensackung des Pulvers schwach ist, ist
sein Widerstand groß und der Jouleeffekt bedeutend. Die Temperatur regelt man z.
B. mit Hilfe eines in den. Stromkreis der Spule eingeschalteten Widerstandes oder
irgendeines anderen geeigneten Mittels. Die Änderungen cler Temperatur werden mittels
eines elektrischen Py rometers oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise gemessen,
und in dem. 1laße wie sie steigt, öffnet man mehr und mehr das Zulaufventil des
Druckwassers zu d und dl. Hierdurch wird der Druck auf das Metall vergrößert, und
nun führt man die größte Hämmerungsgeschwindigkeit ein. Der Widerstand des in der
Form zusammengedrückten Pulvers vermindert sich infolge der weiteren Zusammensackung
und der Erhitzung, der Strom verstärkt sich also, und man regelt Jetzt die Temperatur
mit dein Widerstand. So geht man vor, bis daß eines oder mehrere oder alle der das
Gemisch bildenden Metalle in einem teigigen oder halbflüssigen Zustand übergegangen
sind. Dann unterbricht man den Strom und wendet einen passenden Druck an und veranlaßt
gleichzeitig eine starke Hämmerung während einiger Minuten zu dem Zweck, den statischen
Preßdruck durch die dynamische Hämmerungswirkung zu verstärken, so daß eine richtige
Schmiedung des gepreßten Metalls stattfindet. Während der Abkühlung unterbricht
man mit oder ohne Hämmerung den angewendeten Druck, und wenn die Temperatur -genügend
gesunken ist, um alles Metall fest werden zii lassen, ohne daß irgendein Rückstand
bleibt, lockert man langsam die Druckkolben, indem man Druckwasser in die Leitungen
e, e1 schickt und das Wasser aus den Leitungen d, dl entweichen läßt. Wenn die Form
von den Preßkolben vollständig verlassen ist, rollt man sie aus der Presse und nimmt
die Entleerung nach der vollständigen Abkühlung vor.
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Das in die Form gepackte Pulver erhält unter dem Einfluß des sehr
hohen Druckes von 5oo bis 25 ooo hg,Iqcm je nach der Metallart unter dem
Einfluß der starken Hämnierung, dem Einfloß der Erhitzung vor oder während der mechanischen
Behandlung die Gestalt eines Barrens einer Legierung, die vollkommen metallisch
und homogen in ihrer ganzen Masse ist ohne Ausseigerung, ohne Blasen oder sonstige
Fehler, ohne Metallverlust, ohne Oxydierung und ohne Änderung
irgendeiner
Art infolge der Agglomerierung. Dieser Barren besitzt am Ende eine Dichtigkeit,
welche höher als <lie mittlere berechnete Dichtigkeit entsprechend den -,%lischungsverhältnissen
des Gemisches ist.
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Man kann dieses Arbeitsverfahren auch verwenden, um die Eigenschaften
von schon vorher hergestellten Legierungen oder reinen :Metallen zu verbessern,
die vorher zu urfühlbaren Pulvern zerkleinert worden sind. Zu diesem Zweck wird
das Metall genau wie beschrieben behandelt, nur daß 1e nach seiner Härte und Schmelzbarkeit,
jeweilig dein Einzelfall angepaßt, höhere oder geringere Drucke angewendet werden.
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Vermittels der passenden Regelung der Temperatur, des Druckes, der
Geschwindigkeit und Ausschlagweite der Hämmerung kann . man die Dichtigkeit gewisser
Metalle je nach ihrer Härte und Schmelzbarkeit erheblich vergrößern. Man kann so
ihre Eigenschaften vollständig verändern, indem man sie mehr oder weniger stark
elektrisch leitend macht, ohne ihre Ausdehnungsverhältnisse zu schädigen und ohne
sie zerbrechlicher zu machen. Man kann in einem Wort mit diesem Arbeitsverfahren
unter starkem Druck hergestellte Metalle, die in der Hitze gehämmert sind, herstellen,
deren mechanische und physikalische Eigenschaften sehr verbessert sind.
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Das der Form entnommene Metall kann dann durch Schmieden weiterbearbeitet
werden, wenn es hierfür geeignet ist, oder durch Walzung oder Prägung in der Hitze
oder Kälte oder kann jeder gewöhnlichen Werkzeugbearbeitung unterworfen werden;
dies gilt ebenso für ein behandeltes Metall wie für durch Druck hergestellte Legierungen.
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Es ist klar, daß die Maschine zur Ausführung des Verfahrens nach der
Erfindung sehr verschiedene Formen annehmen kann. So kann man z. B. eine Presse
mit einem oder mehreren Kolben verwenden, kann die Kolben horizontal anordnen, kann
sie mit anderen Vorrichtungen zur Wegnahme des Druckes versehen als den angegebenen;
man kann die Hämnlerungswerkzeuge außerhalb der Preßkolben verlegen und sie hydraulisch
oder elektrisch antreiben, und man kann endlich die Erhitzung des Pulvers unmittelbar
durch °inen elektrischen Strom statt durch Induktion herbeiführen, man kann Gasbrenner
oder andere verwenden oder kann selbst die Form ind das Pulver, welches sie enthält,
durch irgendeine unabhängige Heizvorrichtung erhitzen.
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Die Erfindung betrifft im besonderen bestimmte Verfahren der Verwendung
der Presse und ebenso derVorbereitung der nichtmetallischen Stoffe, die den Metallen
einverleibt werden sollen. Die Erfindung besteht in gleicher Weise in den neuen
Erzeugnissen selbst, welche . aus der Anwendung des Vorbereitungsverfahrens und
Agglomerierungsverfahrens entstehen.