DE2742254A1

DE2742254A1 - Extrudierter formkoerper aus pulverfoermigen materialien sowie verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2742254A1
Application number: DE19772742254
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Hoffmann; Martin Verburgh
Original assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Current assignee: SKF Industrial Trading and Development Co BV
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4483671A; FR2403138A1; SE7809769L; GB2004568B; IT1109527B; FR2403138B3; JPS5495906A; GB2004568A; IT7827776A0; AT364172B; ATA480678A

Description

Dipl.- Ing. Werner Beyer Dipl.-Wirtsch.-lng. Bernd Jochem 6 FRANKFURT/M., Staufenstr. 36,11.

SKF Industrial Trading &
Development Company B.V.,
Plettenburgerweg,
Jutphaas / Holland

Extrudierter Formkörper aus pulverförmigen Materialien sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen extrudierten Formkörper aus pulverförmigen Materialien mit vollem oder hohlem Querschnitt, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

In der Pulvermetallurgie ist es bekannt, gesinterte Pulverrohlinge mittels eines Stempels zu bestimmten Formkörpern zu extrudieren. Hierbei ist - neben anderen Merkmalen, wie z. B. den Abmessungen von Stempel und Matrize - besonders eine Abstimmung zwischen dem Stempeldruck und der beim Extrudieren auftretenden Reibung erforderlich. Um diese Reibung möglichst klein zu halten, werden deshalb Schmiermittel, wie z. B. Paraffin, Molybdändisulphit oder Glas verwendet. Insbeson-

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dere Glasstaub verleiht jedoch einem heissextrudierr ar. Formkörper eine durch Glasablagerungen hervorgerufene rauhe Oberfläche, so dass dieser in der Regel noch bearbeitet werden muss. Auch bewirkt Glasstaub als Schmiermittel eine unbefriedigende Massgenauigkeit sowie ^ ine relativ hohe Exzentrizität des extrudierten Formkörpers.

Durch die genannten Schmiermittel wird zwar die beiir herkömmlichen Extrudieren auftretende Reibung, insbesondere d.e sogenannte Wandreibung, um einen bestimmten Betrag vermindert, jedoch der verbleibende Reibungswiderstand kann hierbei in bestimmten Fällen derart hoch sein, dass durch dieser, die Länge des zu extrudierenden Rohlings begrenzt wird. Dies trifft insbesondere für das Extrudieren von Rohren mit einem relativ kleinen Innendurchmesser zu.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen ir, Verhältnis zu seinem Querschnitt relativ langer, extruriiert-en Formkörper aus pulverförmigen Materialien mit einer relativ hohen Dichte und Massgenauigkf-it zu schaff er, de- eir:r> <v;s- und flüssigkeitsdichte sowie glatte Aussen- und/odo Γηη^κ-schicht aufweist, sowie ein wirtschaftliches Verfan.-»n vu fanden, mit dem ein derartiger Formkörper auf einfache W.:ise .er estellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass a .ι η Formkörper durch hydrostatisches Extrudieren hergest-:>ij ι. wird, der eine die Poren seiner Randzone vollkommen !umfüllende Aussen- und/oder Innenschicht aus "iinei aufgeschmolzenen Metallverbindung aufweist.

Dieser Formkörper kann gemäss der Erfindung derart auf einfache Weise hergestellt werden, dass ein aus pulverförmiger. Materialien bestehender Vorpresskörper erzeugt wird, der eine iie spätere Aussen- und/oder Innenschicht bildenden

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überzug aufweist, der während eines nachfolgenden Sintervorgangs schmilzt und dabei teilweise in die Poren der Randzone des Vorpresskörpers eindringt und diese ausfüllt, und dass nach dem Sintervorgang der Vorpresskörper hydrostatisch extrudiert wird.

Der aus einer Metallverbindung bestehende überzug bzw. die Aussen- und/oder Innenschicht übernimmt vorteilhaft im wesentlichen drei wichtige Aufgaben:

a) Durch die aufgeschmolzene Metallverbindung erhält der Vorpresskörper eine gegen Druckflüssigkeit dichte Oberfläche, so dass ein hydrostatisches Extrudieren möglich ist.

b) Die aufgeschmolzene Metallverbindung dient beim Extrudieren sogleich als Schmiermittel.

c) Der fertig extrudierte Formkörper ist gleichzeitig mit einer Schutzschicht, z. B. gegen Korrosion, versehen.

In diesem Zusammenhang, ist zu erwähnen, dass aus der DT-AS 22 08 250 ein Verfahren zur Herstellung eines isostatisch druckgesinterten Körpers bekannt ist, bei dem das Sintern und Verdichten in einem Arbeitsgang erfolgt. Um zu vermeiden, dass das hierbei verwendete gasförmige Druckmittel durch die poröse Formkörperoberfläche in das Innere des Körpers gelangen kann, wird zuerst ein Vorpresskörper kalt gepresst und dieser mit einem überzug versehen. Der überzug kann dabei aus Emaille, Glas oder Nickel bestehen und wird durch Flammspritzen, Plasmaspritzen oder Tauchen auf den Vorpresskörper aufgebracht. Nach dem Aufbringen des Überzugs wird der Vorpresskörper in einem Vakuumofen unter vermindertem Druck erhitzt, so dass der überzug schmilzt und die Oberfläche des Vorpresskörpers gasdicht abdichtet. Der

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so präparierte Körper wird dann unter direkter Einwirkung eines inerten, gasförmigen Druckmittels isostatisch druckgesindert.

Der bei dem bekannten Verfahren vorgesehene überzug hat ausschliesslich den Zweck, ein isostatisches Drucksintern zu ermöglichen. Ferner können dadurch die sonst üblichen Druckbehälter zum Abkapseln der zu pressenden pulverförmigen Materialien entfallen. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch mit dem erfindungsgemassen Verfahren nicht vergleichbar, da bei einem isostatischen Drucksintern andere Bedingungen vorliegen als beim hydrostatischen Extrudieren.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders zweckmässig, als Metallverbindung für den überzug ein Hartlot zu verwenden. Dabei eignet sich besonders eine Nickellegierung für ein hydrostatisches Warmextrudieren oder eine Zinnlegierung für ein hydrostatisches Kaltextrudieren. Ferner ist es besonders zweckmässig, dass die Metallverbindung Bestandteile gegen Korrosion, wie Chrom, Kobalt oder Molybdän enthält. Durch derartige Bestandteile erübrigt sich auch die Anwendung einer Schutzgasatmosphäre, wenn der Vorpresskörper beispielsweise warm extrudiert wird.

Durch die vorgesehene Metallverbindung, die vorteilhaft während des Sinterprozesses auf den Vorpresskörper aufgeschmolzen wird, erhält man eine flüssigkeitsdichte Oberfläche, so dass der Vorpresskörper unter direktem Druckmittelkontakt hydrostatisch extrudiert werden kann. Die dichte Oberfläche wird hierbei aufgrund der in den Poren des Vorpresskörpers vorhandenen Kapillarwirkung erzielt, denn durch diese füllen sich die Poren im Bereich der Randzone des Vorpresskörpers zuverlässig mit einem Teil der geschmolzenen Uberzugsschicht vollkommen aus. Eine derartige innige Verbindung zwischen dem Vorpresskörper und der überzugs-

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schicht sowie durch die Beschaffenheit dieser Schicht 1st es möglich, dass sich diese beim Extrudieren rissfrei mitverformt und der extrudierte Formkörper eine porenfreie glatte Aussen- und/oder Innenschicht erhält.

Die Herstellung des erfindungsgemassen Formkörpers kann gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung noch dadurch vereinfacht werden, dass zur Herstellung eines Pulverrohlings, aus dem der Vorpresskörper erzeugt wird, ein um seine horizontale Drehachse rotierender Zylinder verwendet wird, in dessen Zentrum der überzug in Pulverform eingegeben und anschliessend das eigentliche Pulvermaterial für den Formkörper in derselben Weise aufgeschüttet wird, wobei sich die pulverförmigen Materialien durch die Zentrifugalkraft gleichmässig innerhalb des Zylinders verteilen. Eine derartige Verfahrensweise hat den besonderen Vorteil, dass das Oberzugsmaterial gleichzeitig bei der Herstellung des Pulverrohlings auf diesen aufgebracht wird, d. h., ein besonderer Arbeitsgang für das Aufbringen des Oberzugsmaterials entfällt.

Will man z. B. einen Formkörper mit einem hohlen Querschnitt herstellen, so ist es ebenfalls möglich, dass die innere und äussere Oberfläche einen Oberzug erhält. Ferner kann es zweckmässig sein, dass diese überzüge unterschiedlich beschaffen sind. Dies kann beispielsweise bei rohrförmigen Formkörpern zweckmässig sein, die für den Transport von chemischen Substanzen verwendet werden sollen. Bei diesem Anwendungfall kann es z. B. ausreichend sein, dass der überzug der innere Oberfläche aus einer gegen bestimmte chemische Substanzen widerstandsfähigen Metallverbindung besteht, wogegen der Oberzug der äussere Oberfläche lediglich gegen normale Korrosion beständig sein muss.

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Andererseits kann es auch zweckmässig sein, den überzug in breiartiger Konsistenz nachträglich auf den Vorpresskörper aufzubringen. Hierfür eignet sich besonders ein Brei aus
Lötpulver und destilliertem Wasser, wobei die Zugabe eines Klebemittels zweckmässig sein kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Zeichnungen;
dabei zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Herstellen eines mehrschichtigen Pulverrohlings;

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1,
gemäss der Linie II-II;

Fig. 3 ein Schliffbild von der Randzone eines gesinterten, den überzug aufweisenden Vorpresskörper, in 50-facher Vergrösserung,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Schliffbild von Fig. 3, in 200-facher Vergrösserung und

Fig. 5 ein schematisch im Schnitt dargestelltes Werkzeug zum hydrostatischen Extrudieren von rohrförmigen Formkörpern.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 1 eignet sich besonders für die Herstellung eines mehrschichtigen Pulverrohlings, aus dem der erfindungsgemasse Formkörper hergestellt werden kann. Diese Vorrichtung besitzt einen zylindrischen Behälter 1, der einen äusseren, aus zwei Halbschalen (Fig. 2) zusainmengesetzen Mantel hat, an dessen beiden Enden sich Deckel 2 und 3 befinden. Der linke Deckel 3 weist einen zentralen Hohlzapfen 4 auf, der mittels eines Wälzlagers 5 in einer Stützwand 6 drehbar gelagert ist.

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Im Inneren des Behälters 1 ist ein elastisches Rohr 7 e..,,-gesetzt, das durch zwei Seitenwände δ und 9 verschlossen ist. Der elastische Einsatz 7-9 bildet das Bett für einer mit 11 bezeichneten Pulverrohling.

Koaxial zu dem Behälter 1 verlauf r. ein Füllrohr 12, das rni: einem verjüngten Endabschnitt 13 "bor eine Kugel an einen in der Stützwand 6 eingesetzten Schaf: 14 drehbar gelagert ist. Auf der anderen Seite des Fülirohi : 12 befandet sich ein Verschlussstück 15 mit einem axia^ einstellbaren Schieber 16. In das Verschlussstück 15 greift zur Führung des Füllrohrs 12 eine Stellschraube 17 ein, die an einer schwenk-· baren Stütze 18 angeordnet ist. Der Behälter liegt mit ötinem freien Ende auf zwei sich gegenüberstehenden Stützarmen auf, die gespreizt angeordnet sind und jeweils an ihrem oberen Ende eine Laufrolle haben.

Wiv: aus Fig. 2 weiter hervorgeht, hat das Füllroh. i2 radiale Bohrungen 19 und 21, die ir. ν· i axial verlaufenden Lochreihen angeordnet sind und .j. .'trittsöffnung^r. für das pulverf örmige Material im Inn« -χ- ■ des Behälters 1 dienen.

Die Arbeitsweise ist folgende: Das Fallrohr 12 befindet sich zunächst ausserhalb des Behälters l und wird mit einer von aer Schichtdicke abhängigen Menge eines Metallpulvers gefüllt, das im Laufe der Weiterbehandlung des herzustellenden Formkörpers den aufgeschmolzenen äusseren Oberzug lla bildet. Danach wird das Verschlusstück 15 mit dem Schieber 16 auf das Füllrohr 12 gesetzt und die;:os axial von rechts in den Behälter 1 eingeschoben, woboi vorher die Stütze 18 beiseite geschwenkt worden ist. Darac.i wird das Füllrohr 12 fixiert und der Behälter 1 mittels eines üblichen Reibradantriebes 22 in Rotation versetzt. Ist eine bestimmte Drehzahl erreicht, schwenkt man das Füllrohr 12 so weit, bis

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seine Bohrungen 19 und 21 nach unten weisen und das eingefüllte Pulver herausrieseln kann; vergleiche Fig. 2. Durch die Rotation des Behälters 1 wird das Pulver gleichmässig über dessen innere Umfangsflache verteilt und durch die Fliegkraft daran festgehalten, d. h. um einen bestimmten Betrag verdichtet.

Sobald das Füllrohr 12 leer ist, wird es durch ein gleichartiges Füllrohr, das mit einer anderen Pulversubstanz 11b beispielsweise der Basissubstanz für den Formkörper - in der gewünschten Menge gefüllt ist, ersetzt. Selbstverständlich bleibt dabei die Rotation des Behälters 1 aufrechterhalten, damit die bereits aufgebrachte Schicht nicht abfällt. Das Auftragen einzelner Pulverschichten wiederholt sich nun solange, bis der Pulverrohling 11 seinen inneren Enddurchmesser erreicht hat. Da bei diesem Beispiel ein rohrförmiger Formkörper hergestellt werden soll, wird als Innenschicht lic wiederum ein Lötstoff verwendet, der als aufschmelzbarer Oberzug für die zylindrische Innenfläche dient. Mit einer derartigen Methode ist es vorteilhaft möglich, für die Kernschicht lib des Pulverrohlings 11 z. B. ein relativ preiswertes Pulver zu verwenden, wogegen für die Randschichten 11a und lic ein höherwertiges Material verwendet wird.

Ist der Behälter 1 gefüllt, wird der elastische Einsatz 7 bis 9 aus diesem entfernt und in an sich bekannter Weise isostatisch gepresst, damit der Pulverrohling 11 eine gewisse Eigenfestigkeit zum nachfolgenden Sintern erhält. Bei diesem Sintern wird der Pulverrohling 11 soweit erhitzt, dass die Schichten 11a und lic schmelzen. Diese Schichten haben vorteilhaft eine Schmelztemperatur, die etwas unterhalb der Sintertemperatur der Kernschicht lib liegt. Damit ist es vorteilhaft möglich, in ein und demselben Aufheizzyklus den Pulverrohling 11 zu sintern, und diesen gleichzeitig mit der jeweiligen Oberzugsschicht zu versehen,

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welche den Pulverrohling zuverlässig abdichtet, so dass dieser hydrostatisch extrudiert werden kann.

In den Fig. 3 und 4 sind Schuffbilder der Randzone eines gesinterten Vorpresskörpers gezeigt. Der geschmolzene und teilweise in die Poren eingedrungene Oberzug, bezeichnet mit 11a¹, erscheint weiss und ist deutlich zu erkennen. Die mit 11b¹ bezeichnete gesinterte Kernschicht des Vorpresskörpers erscheint schwarz. Rechts von der Randschicht befindet sich schwarz erscheinendes Kunststoffmaterial, das zur Herstellung des Schilffbildes benötigt wurde.

Insbesondere in Fig. 4 wird es deutlich, dass das Lot etwa einen Millimeter tief in die Oberfläche eingedrungen ist und sämtliche Poren ausfüllt. Die Aussenschicht 11a' ist etwa einige zehntel Millimeter dick und bildet eine zusammenhängende, dichte Aussenhaut, wie insbesondere die 200-fache Vergrösserung in Fig. 4 zeigt.

In Fig. 5 ist schematisch ein Werkzeug gezeigt, mit welchem der gesinterte Vorpresskörper 11' zu einem rohrförmigen Formkörper hydrostatisch extrudiert werden kann. Hierbei ist ein Zylinder 23 an seinem einen Ende durch einen verschiebbaren Druckstempel 24, an seinem anderen Ende durch eine Matrize 25 und den diese durchquerenden Abschnitt eines herzustellenden Formkörpers 26 verschlossen. In dem vom Vorpresskörpers 11' nicht ausgefüllten Zylindervolumen befindet sich ein flüssiges Druckmittel 27, im vorliegenden Fall öl.

Beim Extrudieren breitet sich der axiale Druck des Stempels 24 im Druckmittel 27 allseitig aus, so dass der Vorpresskörper II¹ unter hydrostatischer Druckbeaufschlagung durch die Matrize 25 hindurchgepresst wird. Der aufgeschmolzene Oberzug 11a' und lic* verhindert dabei das Eindringen des Druckmittels 27 in die Poren des Vorpresskörpers 11* und

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dient zugleich als Schmiermittel während des Extrudierens durch die Matrize 25. Da der mittels der Vorrichtung gemäss Fig. 1 hergestellte Vorpresskörper 11 an seiner Stirnseite keinen überzug aufweist, muss dieser vor dem Sintern des Vorpresskörpers 11 abgedeckt werden. Dies kann derart geschehen, dass auf diese freie Stirnseite, bezeichnet mit 28, ein Brei aus Lötpulver aufgebracht wird. Mit einem derartigen Brei ist gleichzeitig ein anderer Weg aufgezeigt, wie der Oberzug aufgebracht werden kann.

So kann es in manchen Fällen zweckmässig sein, zuerst einen Vorpresskörper nach herkömmlicher Art herzustellen und auf diesen sodann einen überzug in der Form eines Metallpulverbreis aufzubringen. Der Pulverwerkstoff ist dabei so zu wählen, dass er beim Sintern des Vorpresskörpers schmilzt und die erwünschte dichte Aussenhaut bildet.

Der Brei besteht vorteilhaft aus einer Mischung eines Lötpulvers mit einer Flüssigkeit, insbesondere mit distilliertem Wasser. Ausserdem kann ein Klebemittel zugegeben werden, um das Haften des Breis auf dem Vorpresskörper zu verbessern. Als Klebemittel kommt beispielsweise Zellulosekleber in Betracht, der in der Grössenordnung von 0,5 Volumenprozent, bezogen auf den Flüssigkeitsanteil des Breis, zugegeben wird.

Sind die zu behandelnden Oberflächen des Vorpresskörpers mit dem Lötpulverbrei bestrichen, so wird dieser zunächst getrocknet und sodann erhitzt, damit das Lötpulver schmilzt und die Poren ausfüllt. Im selben Erwärmungszyklus wird auch das Basismaterial des Vorpresskörpers gesintert. Die Sintertemperatur hängt in der bekannten Weise von den physikalischen Eigenschaften der verwendeten Pulverwerkstoffe ab. i Sie bestimmt auch die Wahl des Lötmittels, das bei der Sin- < tertemperatür auf jeden Fall schmelzen muss. ^!

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Claims

Patentansprüche

1. Extrudierter Formkörper aus pulverförmigen Materialien mit vollem oder hohlem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine die Poren seiner Randzone vollkommen ausfüllende Aussen- und/oder Innenschicht aus einer aufgeschmolzenen Metallverbindung aufweist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindung ein Hartlot ist.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindung Bestandteile gegen Korrosion, wie Chrom, Kobalt oder Molybdän enthält.

4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1-3 mit einem hohlem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussen-

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und Innenschicht des Formkörpers aus untorschie Γ..: c! . Metallverbindungen bestehen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers r.,i.-\ i;\. der vorhergehenden Ansprüche, de.durch lekcnr.zt _..-hiiel dass ein aus pulverförmiger. Materialien besteuern'.--Vorpresskorper erzeugt wird, dei eine die spät?^v . Aussen- und/oder Innenschicht ο j Ider.den Uberzuc \ . ι. lic) aufweist, der währeno eines r.icnfcigender li/ -rrvcrgangs schmilzt und dabei t-.ej j /ei.fi in die Prι _t , (11a¹) der Randzone des Vorpressr.örp'ars (Ii¹) «'njr. .;·. und diese ausfüllt, und dass nach dem Since^;rv or larc, de"-Vorpresskorper (II¹) hydrostatisch extrudisrt virci.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Pulvftrohlings (11), aus dem ·:'ve Vorpresskorper (II¹) erzeugt: wird, ein um sainc hon -.nlale Drehachse rotierender Zv linaer (1) ver«ji ■ aei. w . in dcssRH Zentrum der überzug (1 -a -lic -; Ir .:;.. · tor:·! eingegeben und anschliessen^ das eigeii':! . . .' .-,orr./iaterial (Hb) für den Formk,..tpei: in derstlieu Woi.s( aufgeschüttet wird, wobei ich die pulver ίοπηΐ ^i .. Mj . rialien durch die Zentrifugalkraft gleichuuä.JÄi j inr.eriaalb des Zylinders (1) ν ..:"·. eil en.

7. Vt; r .": π::- nach Anspruch S, 'jadür .h geke:-in2ei«_i>rier., rhu;^ •le Γ .. ug in breiartiger Konsistenz auf den Vocwrc-.s-'-:'-köroei. _t. ^gebracht und vor dein Si.nterVorgang getrocK. ieh v/ir I.

Veriünren nach Arispruch 7, dadurch gekennzeichn Jt , .iai-.i dor überzug in Form eines Breis aus Lötpulver und "e.>t i liiertem Wasser aufgebracht wird.

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9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brei ein Klebemittel zugegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brei ein Zellulosekleber in der Grössenordnung von 0,5 Volumenprozent, bezogen auf den Flüssigkeitsanteil des Breis, zugegeben wird.

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