DE2252848A1 - Teilchen-schleudergussverfahren und vorrichtung - Google Patents
Teilchen-schleudergussverfahren und vorrichtungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
• MÜNCHEN ao. MAUERKIRCHERSTR, 45 2 2 5 2 8 A 8
Anwaltsakte 22 9^8 .27. Oktober 1972
United Kingdom Atomic Energy Authority London SWl / Großbritannien
"Teilchen-Schleudergußverfahren und Vorrichtung"
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von nichtkugeligen Metallteilchen durch Teilchen-Schleuderguß.
Die DT-OS 1 671 I88 beschreibt eine Teilchen-Schleudergußvorrichtung
mit einer Elektrode und einem um seine Symmetrieachse drehbaren, gekühlten Tiegel. Wird zwischen der
Elektrode und dem mit geschmolzenen Material gespeisten Tiegel ein Lichtbogen erzeugt, so werden durch die Drehung
des Tiegel3 Tröpfchen des Materials davon abgeschleudert, welche dann ohne Kontakt mit einer festen Fläche erstarren.
Die genannte Offenlegungsschrift beschreibt und beansprucht
VI/d ■ ■ - 2 -
309818/0313
UM« WItJJ MJI4I WBH tttgwi WQCTAHfAWNT MmAm TBIX OS SW SM KtO Λ
!■ytediwbiwfc tBd» 451100 ftwtodwdci MMdwn 45343
22528A8
auch die Verwendung der Vorrichtung für die Herstellung von kugeligen Teilchen aus schwer schmelzbarem Material.
Die deutsche Patentanmeldung P 21 60 134.4 der Anmelderin
bezieht sich auf die Anwendung des Verfahrens zum Herstellen von kugeligen Teilchen aus hitzebeständigen
bzw. schwer schmelzbaren, insbesondere nicht reduzierbaren Metallen mit niedrigen Sauerstoffgehalten.
Bei manchen Anwendungen von Pulvermetallen, beispielsweise bestimmten pulvermetallurgischen Verfahren, bei denen es
mehr auf die Festigkeit eines unbehandelten Preßlings nach dem ersten Verdichten ankommt als aif die Fließ- und Packungseigenschaften des Pulvers, ist eine nicht-kugelige Teilchenform
erheblich vorteilhafter. Die Erfindung ist eine Weiterbildung der in der DT-OS 1 671 188 beschriebenen und schafft
eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen von nicht-kugeligen Teilchen.
Bei einer Vorrichtung zum Herstellen von nicht-kugeligen Metallteilchen mit einem elektrisch leitenden Tiegel, Einrichtungen
zum Kühlen des Tiegels, Einrichtungen für den Drehantrieb des Tiegels um seine Achse, Einrichtungen zum
Eintragen von Metall in den Tiegel, einer oberhalb des Tiegels angeordneten Elektrode, Einrichtungen zum Bewegen
- 3 309818/0313
der Elektrode gegenüber dem Tiegel, Einrichtungen für die
Stromspeisung der Elektrode und des Tiegels und einem den Tiegel in gewissem Abstand umgebenden Gehäuse ist erfiridungsgemäß
vorgesehen, daß das Gehäuse derart angeordnet ist, daß vom Tiegel abgeschleuderte Tröpfchen des geschmolzenen
Metalls durch Aufschlag auf der festen Gehäusewandung verformbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht im wesentlichen der in der DT-OS 1 671 188 beschriebenen und beanspruchten,
auf welche hier Bezug genommen ist, mit dem Unterschied, daß das Gehäuse derart angeordnet ist, daß
vom Tiegel abgeschleuderte Tröpfchen der Metallschmelze durch Aufschlag auf der festen Gehäusewandung verformt
werden. In einer anderen Ausführungsform ist bei einem
Verfahren für die Herstellung von nicht-kugeligen Metaltteilchen, bei welchem zwischen einer Elektrode und einem
gekühlten, elektrisch leitenden Tiegel ein Lichtbogen erzeugt wird, ein Metall in geschmolzenem Zustand in den
Tiegel eingebracht wird und der Tiegel gleichzeitig zum Abschleudern von Tropfen der Metallschmelze in Drehung
um seine Achse versetzt wird, erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Verformung der Tröpfchen durch Aufschlag an einer
festen Oberfläche bewirkt wird.
_ i, _ 30981 8/031 3
Die Art des verwendeten Metalls ist nicht kritisch. Es
kann sich um ein hitzebeständiges bzw. schwer schmelzbares oder um ein leichter schmelzbares Metall handeln. Die
Erfindung eignet sich insbesondere zur Anwendung mit solchen Metallen, deren Oxide durch Erwärmung in Gegenwart
von Wasserstoff nicht reduzierbar sind, z.B. Chrom, Molybdän, Mangan, Titan, Magnesium und Aluminium sowie beträchtliche
Anteile solcher Metalle enthaltende Legierungen wie etwa rostfreier Stahl, bestimmt ferritische Stähle,
Speziallegierungen, Nickelbases und Titanlegierungen.
Das Metall kann dem in Drehung gehaltenen Tiegel in beliebiger Weise zugeführt werden. Es wird beispielsweise
über eine Axialbohrung in der Elektrode oder aufwärts durch den Boden des Tiegels hindurch eingebracht. Gewisse Metalle
können gesondert geschmolzen und als Schmelze in den Tiegel eingebracht werden. Gegebenenfalls ist es vorzuziehen,
die Elektrode aus dem zu verarbeitenden Metall zu bilden und die Elektrode abwärts zum Tiegel hin vorzuschieben,
so schnell ihre Spitze abschmilzt und in den Tiegel tropft.
Die Temperatur der Tröpfchen beim Aufschlag auf der festen Gehäusewandung darf weder zu niedrig noch zu hoch sein, da
die erstarrten Tröpfchen im ersteren Falle beim Aufschlag
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nicht mehr verformt werden ühd iiri zweiten Falle die abgeplätteten
Tröpfchen an der festen Gehäusewahdüng anhaften
üttd mit dieser und weiteren von dein Tiegel abgesc'hieüderten
Tröpfchen reagieren können. Gegebenenfalls können die
Genäüäewaridüngen gekühlt sein* Öle optimale Temperatur
der Tröpfchen beim Aufschlag liegt wahrscheinlich im Bereiüh
zwischen iöÖöÖ Über und iöÖ°C uhter ihrem Sehfiielzpunkt.
Die durch Aufschlag bewirkte Verformung erstreckt sich
nicht gleichmäßig über deh gesamten Bereich von der Kugelforra
bis zum flachen Plättchen. Die an den Enden dieses Bereichs liegenden Formen treten sehr viel häufiger auf
als die dazwischenliegenden. Dies beruht wahrscheinlich darauf, daß die Tröpfchens solange sie noch in geschmolzenem
Zustand oberhalb der Schmelztemperatur sinds zu einem
flachen Plättchen verformt werden, während sie unterhalb der Schmelztemperatur nur wenig verformbar sind und nahezu
Kugelform behalten. Durch entsprechende Steuerung der Arbeitsbedingungen lasseh sich also zwei Arten von Teilchen
herstellen* nämlich eine sphäroide Form aus kugeligen und nahezu kugeligen Teilchen und eine abgeflachte
Plattchenform. In einem kreisförmigen Gehäuse, in dem die
waagerechte Flugbahn für alle Teilchen und in allen Richtungen gleich lang ist, läßt sich wahlweise die eine oder
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. ORIGINAL INSPECTED
I252Ö48
ändere Teilchehform allein herstellen. Bei einein rechteckigen
Gehäuse^ wie es für die meisten der zu verarbeitenden
Metalle mit Schmelztemperaturen im Bereich zwischen lOOö
und 175O°C geeignet ist, führt die unterschiedliche Länge
der möglichen Plugbahnen unvermeidbar zum Auftreten Von beiden Teilchenformen gleichzeitig.
Für die Beeinflussung der ÄufSchlägtemperatur könfreh beliebige
Parameter* Welche die Ausgahgätemperatur tier Metälltröpfchen
beim Verlassen des Tiegels oder ihre Abkühlung auf ihrer Flugbahn beeinflussen * herangezogen W&rdeh.
Die zum Beeinflussen der Ausgangstemperatur der Tröpfchen in Betracht kommenden Parameter sind die in der Schmelze
vorhandene überhitzung bzw. die zum Schmelzen angewandte Energiemenge, die Beziehungen zwischen den Formen der
Elektrode und des Tiegels oder das Vorhandensein von weiteren Lichtbögen zum Rand des Tiegels.
Das Temperaturprofil der Metallschmelze im Tiegel läßt sich bis zu einem gewissen Grade durch Änderung des Elektrodendurchmessers
beeinflussen. Bei Verwendung einer dünnen Elektrode verläuft der Lichtbogen hauptsächlich
zum Boden des Tiegels, so daß sich die Metallschmelze beim Aufwärtsfließen an den Tiegelwandungen abkühlt.
ORIGINAL INSPECTED - 7 -
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Ist der Elektrodendurchmesser demgegenüber dem Innendurchmesser des Tiegels angenähert, so entstehen auch Lichtbogen
zu den Rändern des Tiegels hin, wodurch das geschmolzene Metall mit einer höheren Temperatur abgeschleudert
wird.
Die Parameter, welche die Abkühlung der Tröpfchen entlang
ihrer Plugbahn beeinflussen, sind gewisse Eigenschaften der jeweils verwendeten inerten oder reduzierenden Atmosphäre,
wie ihre Dichte, ihre Wärmeleitfähigkeit, ihre Viskosität, ihre spezifische Wärme und Temperatur, durch welche
die Flugbahn und die Abkühlung über das vorherrschende Wärmeverlustprinzip, die Druckkonvektion, beeinflußt wird.
Beträchtliche Verschiedenheit dieser Eigenschaften läßt sich durch entsprechende Auswahl von Gasen, etwa Argon,
Stickstoff, Helium, Wasserstoff oder Gemischen von zwei Gasen sowie durch entsprechende Einstellung von Gasdruck
und -temperatur erzielen.
Wasserstoff und Helium sind bessere Wärmeleiter als Stickstoff
oder Argon, so daß also bei Verwendung von Argon die Bildung von Plättchenformen begünstigt ist. Ebenso
wird die Ausbildung von Plättchenformen durch Verringerung des Drucks oder Steigerung der Temperatur der Atmosphäre
begünstigt.
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Die Länge der Flugbahn und damit die Temperatur, auf welche sich die Tröpfchen vor dem Aufschlag abkühlen, ist
ferner von den Innenabmessungen des Gehäuses abhängig.
Mit Ausnahme der Ausgangstemperatur der Metallschmelze am Rand des Tiegels üben die bisher angeführten Parameter
keinen Einfluß auf den Tröpfchendurchmesser aus. Dieser ergibt sich für ein gegebenes Metall bei einer bestimmten
Temperatur aus der Drehgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Tiegels. Die Beliebigkeit der Teilchengröße
beim Teilchen-Schleudergußverfahren bleibt somit erhalten. Aufgrund der Verteilung der Teilchengrößen über einen
engen Bereich sind die auf eine Durchschnitts-Teilchengröße eingestellten optimalen Betriebsbedingungen
jeweils nahezu optimal für den größten Teil der Größenverteilung.
Ist das zu verarbeitende Metall ein solches, dessen Oxid durch Erwärmung in Gegenwart von Wasserstoff nicht reduzierbar
ist, so liegt der Partialdruck des während und nach der Teilchenbildung mit dem Metall kontaktierenden
Sauerstoffs, insbesondere in Form von Wasser oder freiem Sauerstoff, vorzugsweise unterhalb lO^at. Das Verfahren
wird daher in einer inerten Atmosphäre, z.B. Argon .unter einem Druck von 0,3 at, durchgeführt, wenngleich auch die
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Art und der Druck der Atmosphäre nicht kritisch sind.
Der Tiegel und die Elektrode sind normalerweise wassergekühlt.
Bei der Verwendung von kaltem Wasser zu diesem Zweck besteht die Gefahr, daß Wasserdampf aus der Atmosphäre
in der Vorrichtung kondensiert, wenn diese zwischen einzelnen Chargen geöffnet wird, wodurch das Metallpulver
bei erneuter Inbetriebnahme verunreinigt werden kann. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Elektrode und aen
Tiegel mit warmem Wasser zu kühlen, solange die Vorrichtung geöffnet ist, und mit kaltem Wasser während der ;
Herstellung des Metallpulvers.
Die Teilchengröße des fertigen Erzeugnisses hängt von verschiedenen
Faktoren ab, vorwiegend von den Abmessungen und der Drehzahl des Tiegels. Bei Drehzahlen im Bereich
von einigen hundert U/min liegt die Teilchengröße allgemein im Bereich zwischen 1000 und 2000 um -und bei Drehzahlen
von einigen tausen U/min im Bereich von 200 bis 400 um. Durch Anwendung höherer Drehzahlen und/oder größeren Tiegeldurchmessern
lassen sich aich noch kleinere Teilchen erzielen.
Der Tiegel ist vorzugsweise etwa halbkugelförmig oder im senkrechten Schnitt leicht eingezogen.
- 10 309818/0313
Um den Rand des Tiegels herum kann sich eine Schicht aus erstarrtem Material bilden. Dies ist insofern unerwünscht,
als dann unregelmäßig geformte Stücke davon abbrechen und die im übrigen gleichmäßige Teilchengröße des Erzeugnisses
beeinträchtigen können. Die Bildung einer solchen Schicht läßt sich verringern oder vermeiden durch Verringerung
der auf die Längeneinheit des Tiegelumfangs bezogenen Zufuhrgeschwindigkeit,
durch Änderung der Wärmeverteilung in der eingestellten Anordnung aus der Elektrode und dem
Tiegel oder dadurch, daß man eine zweite Elektrode in einem von dem der Hauptelektrode getrennten Stromkreis vorsieht
und einen Lichtbogen zwischen dieser und dem Rand des Tiegels erzeugt.
Gemäß der Erfindung können die Arbeitsbedingungen wahlweise so eingestellt werden, daß das Erzeugnis aus kugeligen
oder nahezu kugeligen Teilchen, aus abgeplatteten Teilchen oder aus einem Gemisch beider Teilchenarten besteht.
Der Durchmesser der abgeplatteten Teilchen beträgt gewöhnlich etwa das eineinhalb bis zweifache eines entsprechenden
kugeligen Teilchens. Die verschiedenen Teilchenformen lassen sich ohne Schwierigkeit durch Sieben oder mittels
einer Rüttel-Sortiereinrichtung voneinander trennen. Das
- 11 309818/0313
folgende Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der
Erfindung; . .
Für einen Arbeitsgang wurde ein Stab aus 18/8 Nb rostfreiem
Stahl mit einem Durchmesser.von 47,5 mm verwendet. Das
Schmelzen ging unter. Anwendung eines Stroms von 30 V bei 1000 A mit einer Geschwindigkeit von 700 g/min in einer
inerten dynamischen Atmosphäre aus Argon mit einem Druck von 0,3 at vor sich. Bei Verwendung eines mit 3400 U/min
angetriebenen Tiegels mit einem Innendurchmesser von 50 mm
betrug die Größe des Gehäuses 1,8 χ 1,2 m, so ,daß die Plugbahnlänge
vom mittig1 angeordneten Tiegel zwischen 0,6 und
1,1 m betrug. Das erhaltene Metallpulver bestand zu 30 %
aus kugeligen Teilchen, zu 25 % aus nahezu kugeligen Teilchen
und zu 45 % aus abgeplatteten Teilchen. Die Korrektur
der Durchmesser der abgeplatteten Teilchen auf den entsprechenden Kugeldurchmesser ergab eine Größenverteilung
ähnlich der der kugeligen und nahezu kugeligen Teilchen und eine nahezu gleiche Durchschnitts-Teilchengröße von
300 um.
Bei Wiederholung des vorstehenden Versuchs unter Verwendung einer zu gleichen Teilen aus Argon und Helium bestehenden
Atmosphäre unter einem Druck von 2/3 at bestand das erhaltene
Erzeugnis zu 51 % aus kugeligen, zu 35 % aus nahezu
- 12 -
0 9 818/0313
kugeligen und zu 14 % aus abgeplatteten Teilchen.
Somit schafft die Erfin dung ein Teilchen-Schleudergußverfahren, bei welchem vom Rand eines rotierenden Tiegels abgeschleuderte
Tröpfchen einer Metallschmelze durch Aufschlag auf einer festen Oberfläche verformt werden. Die Arbeitsbedingungen
können jeweils so eingestellt werden, daß das erhaltene Erzeugnis aus kugeligen und nahezu kugeligen oder
wahlweise aus abgeplatteten Teilchen besteht.
- 13 Patentansprüche:
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Claims (7)
1. Vorrichtung zum Herstellen von nicht-kugeligen Metallteilchen, mit einem elektrisch leitenden Tiegel, Einrichtungen
zum Kühlen des Tiegels, Einrichtungen für' den Drehantrieb des Tiegels um seine Achse, Einrichtungen zum Eintragen
von Metall in den Tiegel, einer oberhalb des Tiegels angeordneten Elektrode, Einrichtungen zum Bewegen der Elektrode
gegenüber dem Tiegel, Einrichtungen für die Stromspeisung der Elektrode und des Tiegels und einem den Tiegel in
gewissem Abstand umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse derart angeordnet ist, daß vom Tiegel-abgeschleuderte
Tröpfchen des geschmolzenen Metalls durch Aufschlag auf der festen Gehäusewandung verfombar sind.
2. Verfahren zum Herstellen von nicht-kugeligen Metallteilchen,
bei welchem zwischen einer Elektrode und einem gekühlten, elektrisch leitenden Tiegel ein Lichtbogen erzeugt
wird, ein Metall in geschmolzenem Zustand in den Tiegel eingebracht wird und der Tiegel gleichzeitig zum Abschleudern
von Tröpfchen der Metallschmelze in Drehung um seine Achse versetzt wird, dadurch gekennzeichnetj- daß
eine Verfamung der Tröpfchen durch Aufschlag an einer festen Oberfläche stattfindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- 14 309813/0313
daß das Metall ein hitzebeständiges bzw. schwer schmelzendes oder ein leicht schmelzendes Metall oder eine Legierung
desselben ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Metall ein solches ist, dessen Oxid durch Erhitzen in Gegenwart von Wasserstoff nicht reduziert wird.
daß das Metall ein solches ist, dessen Oxid durch Erhitzen in Gegenwart von Wasserstoff nicht reduziert wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus dem zu
verarbeitenden Metall geformt ist und mit der Geschwindigkeit, mit welche ihre Spitze abschmilzt und in den Tiegel tropft, zum Tiegel hin vorgeschoben wird.
verarbeitenden Metall geformt ist und mit der Geschwindigkeit, mit welche ihre Spitze abschmilzt und in den Tiegel tropft, zum Tiegel hin vorgeschoben wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tröpfchen bei ihrem
Aufschlag an der festen Oberfläche eine Temperatur haben, welche im Bereich zwischen 1000C über und 1000C unter ihrem Schmelzpunkt liegt.
Aufschlag an der festen Oberfläche eine Temperatur haben, welche im Bereich zwischen 1000C über und 1000C unter ihrem Schmelzpunkt liegt.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsbedingungen so eingestellt werden können, daß das jeweils erhaltene Erzeugnis
aus kugeligen und nahezu kugeligen T€?ilchen, aus abgeplatteten Teilchen oder aus einer Kombination aus beiden
Teilchenformen besteht.
309818/0313
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB4992071A GB1411076A (en) | 1971-10-27 | 1971-10-27 | Production of particulate material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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