DE69430904T2

DE69430904T2 - Pulver aus Eisenschwamm

Info

Publication number: DE69430904T2
Application number: DE69430904T
Authority: DE
Inventors: Lars-Ake Larsson; Michael Ostgathe; Fritz Thuemmler; Erik Vaennman
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: DE69430904D1; WO1994017939A1; US5902373A; SE9300457L; EP0682576B1; BR9406582A; KR100300938B1; EP0682576A1; SE470580B; CA2155841A1; KR960700844A; SE9300457D0; JP3361331B2; CA2155841C; ATE219979T1; JPH08506619A

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulverzusammensetzung auf Eisenbasis umfassend einen Eisenschwamm und einen Hartphasenmaterial. Diese Bestandteile werden während des Mahlens vermischt, wodurch es möglich wird, eine kleinere Teilchengröße zu erzielen als bei anderen Arten von Eisenpulvern.
Das Patentdokument EP A1 0 079 320 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines chromhaltigen Eisenpulvers. Eine Eisen-Chromverbindung wird getrennt gemahlen und mit Eisenschwamm vermischt und wärmebehandelt, um eine Phasenumwandlung herbeizuführen. Das geformte Eisenpulver wird anschließend gegebenenfalls mit weiterem Eisenpulver vermischt und gepresst und ohne weitere Vorbereitungen gesintert. Das EP- Patentdokument offenbart nicht das Merkmal Eisenschwamm und ein Hartphasenmaterial während, oder bei dem Mahlen zu vermischen.
Das Patentdokument WO A1 92-21783 betrifft die Herstellung eines Materials basierend auf Eisen, umfassend beträchtliche Mengen von harten Borkarbidteilchen und Chrom. Eine Mischung dieser Bestandteile wird gemahlen um ein mechanischen Legieren in einer organischen Flüssigkeit, z. B. Alkohol, zu erzielen. Das Dokument betrifft jedoch nicht die Art oder die Qualität des zu verwendeten Eisenpulvers.
Das Patentdokument DE B 10 45 436 betrifft die Herstellung eines Materials basierend auf Eisen, umfassend ein Hartphasenmaterial aus einer Nickeltitanverbindung. Diese harte Phase wird separat gemahlen und mit einem Eisenbasispulver vermischt, wahlweise mit Eisenschwamm. Es gibt keinen Hinweis darauf, das Eisenpulver und das Hartphasenmaterial während des oder bei dem Mahlen zu vermischen.
Der Artikel von F. Thümmler et al "Sintered Steels with High Content of Hard Phases: A New Class of Wear Resistant Materials", Powder Metallurgy International, Band 23, Nr. 5, 1991, Seiten 285 bis 290, betrifft die Herstellung von Eisenbasismaterialien enthaltend Hartphasenteilchen indem eine Mischung der Bestandteile gemahlen wird, um ein mechanisches Legieren zu Erzielen. Das verwendete Eisenpulver ist zerstäubtes Pulver oder Carbonyleisenpulver.
Man hat nun herausgefunden, dass, wenn zerstäubtes Eisen oder Carbonyleisen durch Eisenschwamm als Ausgangsmaterial beim gemeinsamen Vermahlen mit Hartphasenmaterialien ersetzt wird, es möglich ist, ein Pulver zu erzeugen, mit potentiell gleichen geeigneten Eigenschaften wie das bekannte Pulver. Unabhängig von dem Vorteil, dass Eisenschwamms wesentlich billiger ist, als zerstäubtes Eisen oder Carbonyleisen, kann die Pulverzusammensetzung der vorliegenden Erfindung durch wesentlich weniger Energieaufwendige und weniger komplizierte Mahlverfahren erzeugt werden, als wenn diese durch die oben genannten bekannten Pulverzusammensetzungen erzeugt werden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden Eisenschwammpulver, Pulver des Hartphasenmaterials und wahlweise Legierungssubstanzen in einer Mahlvorrichtung, wie einer Kugelmühle enthaltend Kugeln aus Stahl oder keramischem Material, miteinander vermischt. Der Mahlbehälter, enthaltend Pulver und Kugeln, wird mit Flüssigkeit angefüllt, wie Heptan, Alkohol, Cyclohexan oder Wasser, und ein Dispersionsmittel wird ebenfalls wahlweise zu der Flüssigkeit zugegeben, worauf der Behälter verschlossen wird, nachdem er mit Stickstoffgas oder einem anderen Edelgas gefüllt wurde. Der Mahlbehälter wird anschließend so lange rotiert, bis die gewünschte Teilchengröße und Teilchengrößenverteilung erhalten wird. Beispiele anderer Arten von Mahlvorrichtungen sind Attritormühlen oder Vibrationsmühlen.
Mahlverfahren der Art, welche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind in der deutschen Patentveröffentlichung 1,905,764 beschrieben. Diese Veröffentlichung betrifft jedoch nur das Mahlen eines Metalls, ohne die Zugabe eines Hartphasenmaterials, und führt so zu einer Art von Teilchen mit einer Pulverdichte von weniger als 1 g/cm³ und einer Oberfläche von wenigstens 1 m²/g. Bei der Planung der vorliegenden Erfindung fand man jedoch heraus, dass, wenn diese Teilchen mit Teilchen des Hartphasenmaterials vermischt werden, ein Pulver mit unzulänglicher Verpressbarkeit erhalten wird. Findet auf der anderen Seite das Mahlen des Eisenschwammpulvers in Anwesenheit des Hartphasenpulvers statt, wird ein feines Pulver erhalten, welches gegebenenfalls nach einer herkömmlicher Agglomeration gut geeignet ist, zur Herstellung von verdichteten und gesinterten Produkten, von welchen erwartet wird, dass sie wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, aufgrund der Anwesenheit des Hartphasenmaterials. Des weiteren wird in Bezug auf das Sinterverfahren selbst erwartet, dass die neuen Pulver wertvolle Vorteile im Vergleich mit den herkömmlichen Pulverzusammensetzungen bereitstellen.
Das Eisenschwammpulver, welches als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist ein kommerziell erhältliches, vorgeglühtes oder nicht geglühtes Eisenschwammpulver, wie NC 100.24 oder M 100, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 90 um. Diese Pulver sind von Höganäs AB kommerziell erhältlich. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Pulver mit solchen durchschnittlichen Teilchengrößen beschränkt, sondern es können auch größere und kleinere Größen verwendet werden.
Das Maß des Mahlens hängt von der Art und der Teilchengröße der Ausgangsmaterialien ab, und wird in jedem einzelnen Fall geeignet bestimmt. Wird z. B. NC 100.24 oder M 100 mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 90 um verwendet, wurden wünschenswerte Ergebnisse erhalten, wenn das Material auf eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 60 um, vorzugsweise 50 um, gemahlen wurde. Im allgemeinen sind kleine Teilchengrößen im Hinblick auf das Sintern vorteilhaft, jedoch weniger vorteilhaft im Hinblick auf die Verpressbarkeit. In bestimmten Fällen kann die Agglomeration des Pulvers, welche beim Mahlen erzielt wird, wünschenswert sein, um geeignete Verpresseigenschaften zu erzielen.
Das Hartphasenmaterial kann aus kommerziellen erhältlichen Hartphasenmaterialien, wie NbC, TiN, TiC, Al&sub2;O&sub3;, SiC, Cr&sub3;C&sub2;, VC, Mo&sub2;C, WC ausgewählt werden, wobei die Menge des Hartphasenmaterials in der gemahlenen Zusammensetzung höchstens 80 Vol.-% beträgt.
Gemäß der Erfindung können auch pulverförmige Legierungszusätze mit der Pulverzusammensetzung vermischt werden, entweder vor oder nach dem Mahlverfahren. Beispiele der Legierungszusätze sind Ni, Mo, Mn, Cr, Cu, Si, V, Ti, P, Fe&sub3;P und C.
Die Erfindung wird im Detail in dem folgenden Beispiel beschrieben, welches jedoch den Umfang der Erfindung nicht beschränken soll.

Beispiel:

In eine Kugelmühle mit einem Durchmesser von 210 mm und einer Länge von 250 mm wurden Stahlkugeln (12000 g, Durchmesser 4 mm) zugegeben, wie auch 1200 g einer Pulvermischung enthaltend Eisenpulver, Hartphasenpulver, und wahlweise Legierungselemente in Pulverform. Die Mühle wurde mit 2000 g n-Heptan und Stickstoffgas gefüllt. Anschließend wurde die Mühle verschlossen und mit einer Geschwindigkeit von 59 Umdrehungen je Minute rotiert. Die folgenden Pulvermischungen wurden gemahlen:
NC100.24 + 5,4% Al&sub2;O&sub3; (10% des Volumens an Al&sub2;O&sub3;)
ASC100.29 + 5,4% Al&sub2;O&sub3; (10% des Volumens an Al&sub2;O&sub3;)
NC100.24 + 9,7% NbC (10% des Volumens an NbC)
ASC100.29 + 9,7% NbC (10% des Volumens an NbC)
NC100.24 + 20% INCO123 (Ni) + 5% Al&sub2;O&sub3;
ASC100.29 + 20% INCO123 (Ni) + 5% Al&sub2;O&sub3;
NC100.24 + 20% INCO123 (Ni) + 5% Al&sub2;O&sub3; + 3.75% Fe&sub3;P
ASC100.29 + 20% INCO123 (Ni) + 5% Al&sub2;O&sub3; + 3.75% Fe&sub3;P
Das Pulver, bezeichnet mit NC100.24, ist ein Eisenschwammpulver, welches von Höganäs AB kommerziell erhältlich ist und eine durchschnittliche Teilchengröße von 105 um aufweist.
Das Pulver ASC100.29 ist ein zerstäubtes Eisenpulver von Höganäs AB mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 105 um.
Al&sub2;O&sub3; und NbC werden als Hartphasenmaterial mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 5 um zugegeben. Fe&sub3;P mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von weniger als 5 um wird als Legierungselement, wie Nickel, INCO123, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 8 um zugegeben.
Aus den Fig. 1 bis 4 wird ganz deutlich, dass das zerstäubte Pulver ASC100.29, wenn dieses während des Mahlens mit Hartphasenmaterial vermischt wird, nur das Mahlen bis zu einem begrenzten Maße ermöglicht, und dass eine erhöhte Mahldauer nicht zu einer entsprechenden Verringerung der Teilchengröße führt, wie in dem Fall, wenn Eisenschwammpulver NC100.24 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Claims

1. Zusammensetzung, umfassend ein Pulver, gemischt während des Mahlens, aus Eisenschwamm und Hartphasenmaterial, wobei der Anteil des Hartphasenmaterials 5 bis 80 Volumen-% beträgt und wobei das Hartphasenmaterial ausgewählt ist unter NbC, TiN, TiC, Al&sub2;O&sub3;, SiC, Gr&sub3;C&sub2;, VC, Mo&sub2;C, WC und/oder Kombinationen dieser.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Hartphasenmaterials ungefähr 10 bis 80 Volumen-% beträgt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Legierungszusatz Ni, Mo, Mn, Cr, Cu, Si, V, Ti, P, Fe&sub3;P, C und/oder Kombinationen dieser enthält.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 60 um, vorzugsweise weniger als 50 um aufweist.

5. Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in agglomerierter Form vorliegt.