Verfahren zum Eingiessen von Sintermetallkörpern Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Eingiessen von Sintermetallkörpern mit an der Oberfläche leicht oxydablen Bestand teilen, insbesondere von Sintermetallkörpern aus Aluminium oder dessen Legierungen, in Metalle, z. B. in Aluminium oder Aluminium lenierungen.
Beispielsweise besteht bei der Herstellung von thermisch hoch belasteten Kolben für Brennkraftmaschinen die Aufgabe, die am stärksten belasteten Teile des Kolbens aus einem thermisch besonders widerstandsfähigen Werkstoff, herzustellen. Man verwendet hier für z.
B. in den Kolben eingefügte Pilze aus Sehwermetall oder Eisenplatten und neuer dings wegen des geringen Gewichtes bei hoher t liermiseher Belastbarkeit vorzugsweise Alu- miniuni-Sintermetallkörper. Diese Sinter- nietallkörper bestehen aus kleinsten Teilchen @-on Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die unter Erwärmung bei hohem Druck mit einander v erpresst sind und durch Strang pressen nachverdichtet werden können.
Dabei durchstossen zwar die feinen Alu miniumteilchen an ihren Berührungsstellen, die an der Luft stets gebildete Oxydhaut der Teilchen und ergeben dadurch eine hohe Fe stigkeit sowie eine gute elektrische und W < ii@nieleitfäliigkeit. Jedoch sind solche Sinter inetallkörper an ihrer äussern Oberfläche stets mit. einer feinen Oxydhaut überzogen, welche verhindert, dass die Sinterkörper beim Ein giessen in Metalle, z. B. in Aluminium oder Aluminiiunlegierungen sich fest und innig mit. dem Metall des umgossenen Körpers ver binden.
Daher ist es erforderlich und be kannt, den Sinterkörper möglichst kurzzeitig vor dem Eingiessen von seiner Oxy dhaut zu befreien, z. B. durch Sandstrahlen oder eine andere geeignete Oberflächenbearbeitung. Dies bedingt umständliche und kostspielige Mass nahmen im Fabrikationsprozess. Insbesondere war es bisher unmöglich, in der Serienfabrika tion die Sinterkörper auf Vorrat für das Um giessen vorzubereiten. Auch liess sieh nicht.
vermeiden, dass in der Zeitspanne zwischen der Desoxydation des Sinterkörpers bis zum Au genblick des Umgiessens sich erneut eine stö rende Oxydhaut bildete, zumal die gereinigten Sinterkörper in der Regel vor dem Eingiessen vorgewärmt werden.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sinter metallkörper vor dem Eingiessen mit einer un mittelbar nach der Ablösung ihrer oberfläch lichen Oxyd'schicht aufgebrachten metallenen Schutzschieht versehen werden, die beim Ein giessen durch Berührung mit dem schmelz flüssigen Metall durch dieses abgelöst wird.
Hierdurch ist es möglich, die Sinterkörper für das Eingiessen auf Vorrat herzustellen und beliebig lange lagern zu lassen. Ein weiterer Vorteil ist, da.ss keine Zeitspanne mehr besteht, in welcher sich zwischen der Desoxydierung und dem Umgiessen eine neue Oxydhaut bilden könnte, weil erstens das Aufbringen der metal lenen Schutzschicht in einem Bade gleich zeitig mit der Entfernung der Oxydschielrt durchgeführt werden kann und zweitens die metallene Schutzschicht erst in dem Augen blick ganz oder teilweise entfernt wird,
in wel chem das Giessmetall seinerseits die oxydfreie Oberfläche des Sinterkörpers bedeckt. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Schutz schicht bei geeigneter VV all des hierfür ver wendeten Metalles sich z. B. durch Lösung oder Diffusion in einer Grenzzone innigst mit dem Giessmetall verbinden kann, so da.ss eine hohe Festigkeit der Verbindung zwischen dem Sinterkörper und dem Gusskörper gewähr leistet ist.
Dabei kann eine unmittelbare Ver- scbmelzung der Oberflä.chensehicht des Sinter körpers mit. dem Metall des Gusskörpers ein treten.
Das Aufbringen der metallenen Schutz sehicht auf den Sintermetallkörper kann prak tisch auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Als zweckmässig hat sich erwiesen, die metallene Schutzschicht auf dem Sintermeta.ll- körper nach dem Kontakt-Tauchverfahren Her zustellen, z. B. durch Eintauchen von Alumi- niumsinterkörpern in basische Metallsalzlösun gen, wie Zinkatlösungen. Jedoch kann die me tallene Schutzschicht auch auf galvanischem Wege, vorzugsweise in einem basischen galva.ni- sehen Bad erzeugt werden.
Eine weitere Aus- führungsform besteht darin, dass die metallene Schutzschicht unter Anwendung von Ultra schall auf den Sintermetallkörper aufge schmolzen wird. Durch den Ultraschall wird die Oxydsehieht von der Oberfläche abgelöst, so dass das überzugsmetall sich einwandfrei mit der gereinigten Oberfläche des Sinter metallkörpers verbindet. Auch können die metallenen Schutzschichten nach vorhergehen der Desoxydation des Sintermetallkörpers im Hochvakuum aufgedampft werden.
Versuche haben ergeben, dass zahlreiche Metalle für die Erzeugung der metallenen Schutzschicht auf den Sinterkörpern geeignet sind. In der Hauptsache können die Überzug;s- nretalle nach zwei LTesiclitspunkten ausgewählt werden. Entweder können Metalle oder Me tallegierungen gewählt werden, die sieh in dem Giessmetall lösen. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Überzugsmetall, z. B. Nickel oder Chrom, einen wesentlich höheren Schmelzpunkt hat als der Giesstemperatur entspricht, wenn nur eine ausreichende Löslichkeit in dem Giessmetall gegeben ist.
Bei Anwendung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen als Giessmetall kommen z. B. Zink, Cadmium, Silber, Kupfer, Nickel, Chrom als Überzugsmetalle in Betracht. Statt dessen können auch Metalle oder Le- gYierungen verwendet werden, welche in dem Giessmetall nicht oder nur gering löslich sind, sofern ihr Schmelzpunkt unterhalb der Giess temperatur liegt, so dass diese Überzugsmetalle von dem Giessmetall von der Oberfläche des Sinterkörpers abgeschmolzen und abgespült werden,
um eine unmittelbare Verschmelzung mit der Oberfläche des Sinterkörpers zu er reichen. In diesem Sinne sind z. B. Blei, Zinn, Wismut und Antimon als Schutzmetalle für Aluminiumsinterkörper geeignet, wenn Alu minium oder Aluminiumlegierungen als Giess metall. verwendet werden.
Das Verfahren kann aber auch bei andern Giessmetallen als Aluminium verwendet wer den. Es ermöglicht. z. B. das Eingiessen von Aluminiumsinterkörpern in Kupfer: In diesem Falle, wie auch in den meisten andern Fällen, hat sieh besonders Zink als geeignetes Über zugsmetall für den Sinterkörper bewährt.
In der Zeichnung ist. ein etwa 100faeli linear vergrössertes Schliffbild dargestellt, wel- ehes die Grenzzone zwischen einer für Koiben geeigneten eutektischen Alrunrinium-Silizitini- Legierung und einem in den Kolben eingegos senen Aluminiumsinterkörper darstellt.
Das typische Gefüge des Aluminiumsinterkörpers ist. bei a erkennbar, während das Gefüge der eutektischen Aluminium-Silizium-Legierung bei c ersichtlich ist. Dazwischen befindet sieh eine Übergangszone b, in welcher der Sinter- körper mit dem Kolbenwerkstoff verschmolzen ist. Das Zink aus der Überzugsschicht hat sich in der Hauptsache mit dem Kolbenwerkstoff c legiert..
Die Dicke der metallenen Schutzschicht weeh.clt je nach dem verwendeten Metall und der Behandlungsdauer. Bei Zink kommen Schichten von etwa 20 bis 50,u. in Frage. Bei andern Metallen, z. B. Chrom, genügen Schich ten von maximal 10 p. Dicke.
Method for pouring sintered metal bodies The invention relates to a method for pouring sintered metal bodies with parts easily oxidizable on the surface, in particular sintered metal bodies made of aluminum or its alloys, in metals, eg. B. in aluminum or aluminum alloys.
For example, in the manufacture of pistons for internal combustion engines that are subject to high thermal loads, the task is to manufacture the most heavily loaded parts of the piston from a particularly thermally resistant material. One uses here for z.
B. in the piston inserted mushrooms made of viscose metal or iron plates and new thing because of the low weight with high t liermiseher load capacity preferably aluminum miniuni sintered metal body. These sintered rivet bodies consist of the smallest particles of aluminum or aluminum alloys, which are pressed together under heating at high pressure and can be re-compacted by extrusion.
In doing so, the fine aluminum particles pierce at their points of contact, the oxide skin of the particles, which is always formed in the air, and thus result in high strength and good electrical and thermal conductivity. However, such sintered metal bodies are always present on their outer surface. covered with a fine oxide skin, which prevents the sintered body when pouring into metals, z. B. in aluminum or aluminum alloys firmly and intimately with. the metal of the encapsulated body.
It is therefore necessary and known to release the sintered body as briefly as possible before pouring its oxy skin, z. B. by sandblasting or other suitable surface treatment. This requires cumbersome and costly measures in the manufacturing process. In particular, it has so far been impossible to prepare the sintered bodies in stock for casting in series production. Also don't let see.
avoid that in the period between the deoxidation of the sintered body and the moment of casting around a disruptive oxide skin again forms, especially since the cleaned sintered bodies are usually preheated before casting.
The invention aims to remedy these disadvantages. The method according to the invention is characterized in that the sintered metal bodies are provided with a metal protective layer which is applied immediately after their surface oxide layer has been detached prior to casting and which is detached by the molten metal when it is poured .
This makes it possible to produce the sintered bodies for casting in stock and to have them stored for as long as desired. Another advantage is that there is no longer any time span in which a new oxide skin could form between deoxidation and pouring, because firstly the application of the metallic protective layer in a bath can be carried out at the same time as the removal of the oxide layer and Secondly, the metallic protective layer is only partially or completely removed at the moment,
In wel chem the casting metal in turn covers the oxide-free surface of the sintered body. Another advantage is that the protective layer with a suitable VV all of the metal used for this purpose z. B. can connect intimately with the casting metal by solution or diffusion in a boundary zone, so da.ss a high strength of the connection between the sintered body and the cast body is guaranteed.
A direct fusing of the surface layer of the sintered body can also occur. the metal of the cast body.
The application of the metallic protective layer on the sintered metal body can practically be carried out in various ways. It has been found to be useful to produce the metallic protective layer on the Sintermeta.ll- body by the contact immersion process, z. B. by immersing aluminum sintered bodies in basic metal salt solutions, such as zincate solutions. However, the metallic protective layer can also be produced by galvanic means, preferably in a basic galvanic bath.
Another embodiment is that the metallic protective layer is melted onto the sintered metal body using ultrasound. The oxide layer is detached from the surface by the ultrasound, so that the coating metal connects perfectly with the cleaned surface of the sintered metal body. The metallic protective layers can also be vapor-deposited after the previous deoxidation of the sintered metal body in a high vacuum.
Tests have shown that numerous metals are suitable for producing the metallic protective layer on the sintered bodies. In the main, the coverings can be selected according to two criteria. Either metals or metal alloys can be selected that dissolve in the casting metal. It does not matter whether the coating metal, e.g. B. nickel or chromium, has a significantly higher melting point than the casting temperature, if only there is sufficient solubility in the casting metal.
When using aluminum or aluminum alloys as casting metal, for. B. zinc, cadmium, silver, copper, nickel, chromium as coating metals into consideration. Instead, metals or alloys can also be used which are insoluble or only slightly soluble in the casting metal, provided that their melting point is below the casting temperature, so that these coating metals are melted from the casting metal from the surface of the sintered body and rinsed off,
in order to achieve a direct fusion with the surface of the sintered body. In this sense z. B. lead, tin, bismuth and antimony suitable as protective metals for aluminum sintered bodies if aluminum or aluminum alloys are used as casting metal. be used.
However, the process can also be used with cast metals other than aluminum. Allows. z. B. the pouring of aluminum sintered bodies in copper: In this case, as in most other cases, zinc has proven particularly useful as a suitable coating metal for the sintered body.
In the drawing is. a micrograph enlarged approximately 100faeli, which shows the boundary zone between a eutectic aluminum-silicon alloy suitable for Koiben and a sintered aluminum body cast in the piston.
The typical structure of the aluminum sintered body is. at a, while the structure of the eutectic aluminum-silicon alloy can be seen at c. In between there is a transition zone b, in which the sintered body is fused with the piston material. The zinc from the coating layer has mainly alloyed itself with the piston material c ..
The thickness of the metal protective layer varies depending on the metal used and the duration of treatment. With zinc there are layers of about 20 to 50, u. in question. With other metals, e.g. B. Chromium, sufficient layers of a maximum of 10 p. Thickness.