CH663736A5

CH663736A5 - Verfahren zur herstellung von metallpulver.

Info

Publication number: CH663736A5
Application number: CH6896/83A
Authority: CH
Inventors: Romeo G Bourdeau
Original assignee: United Technologies Corp
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1983-12-23
Publication date: 1988-01-15
Also published as: FR2538280B1; IL70564A0; ZA839401B; NO160122B; BR8307150A; US4415511A; KR840006928A; JPS59133302A; FR2538280A1; GB2132639B; AT384973B; SE8307155D0; ES8503991A1; BE898530A; NO160122C; NL8304386A; DE3346263A1; GB8333258D0; IT8324390A1; AU2291983A

Description

BESCHREIBUNG

Es ist dem Fachmann gut bekannt, dass Metallpulver und Metallspritzer (splats) dadurch erzeugt werden, dass man ein geschmolzenes Metall auf die obere Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe aufgiesst, die Tröpfchen aus dem geschmolzenen Metall nach aussen in eine Abschreckkammer und/oder gegen eine Abkühlplatte (splat plate) wegschleudert. Der Rumpf der Atomisierscheibe ist typischerweise aus einem hochfesten Metall hergestellt, das die Fliehkraftbelastungen bei den hohen Rotationsgeschwindigkeiten und die Temperaturen, denen es ausgesetzt wird, aushält. Daher sind die Rumpfteile der Atomisierscheiben typischerweise aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt, und wassergekühlt, damit ein Schmelzen und/oder eine Erosion verhindert wird. Leider führt das dazu, dass eine übermässige Wärmemenge aus dem auf die Scheibe aufgegossenen Metall abgeführt wird, was es erforderlich macht, grosse Mengen Superwärme anzuwenden (d.h. hohe Giess-temperaturen des geschmolzenen Metalls), die zu Schwierigkeiten führen können, zu denen ein mögliches Schmelzen im Zentrum der Atomisier-Scheibe gehört. Es ist ausserdem schon früh ■erkannt worden, dass die Metalle, die zur Erzeugung der Atomisier-Scheiben-Struktur geeignet sind, manchmal mit dem aufgegossenen geschmolzenen Metall reagieren, wodurch sie das hergestellte Metallpulver verschmutzen. Die obigen Probleme treten verschärft in Erscheinung, wenn Metalle atomisiert werden, die bei hohen Temperaturen hochreaktiv werden, oder wenn das zu atomisierende Metall eine Legierung ist, die einen grossen Erstarrungsbereich aufweist, der es erforderlich macht, noch höhere Giesstemperaturen für das geschmolzene Metall zu wählen, als für die Atomisie-rung der einzelnen Elemente der Legierung erforderlich sein würden.

Eine frühe Lösung für dieses Problem betrifft das Aufbringen einer Schicht aus einem feuerfesten Material auf die Deckoberfläche der Metall-Atomisierscheibe (US-PS 2 439 772, J.T. Gow). Es wurde dabei angenommen, dass das feuerfeste Material nicht nur das darunterliegende Metall der Scheibe thermisch schützt, sondern dass es auch inert oder nicht reaktiv gegenüber den meisten geschmolzenen Metallen ist. Selbst heute noch wird auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeit-Rotationsatomisierung zur Herstellung von Pulvermetall das geschmolzene Metall auf eine Keramikschicht aufgegossen, die an die Oberfläche einer Metall-Atomisierscheibe gebunden ist, wie z.B. in der US-PS 4 178 335 (R. A. Metcalfe und R.G. Bourdeau) und

4 310 292 (R.L. Carlson und W.H. Schaefer) gezeigt wird.

Wie dabei in der obenerwähnten US-PS 4 178 335 ausgeführt wird, ist es wünschenswert, wenn nicht erforderlich, eine verfestigte, stabile Deckschale («Schädeldecke», «Bär») aus dem aufgegossenen Metall auf der Keramik-Oberfläche der Atomisierscheibe zu erzeugen, um eine richtige Atomi-sierung zu erhalten. Im Falle von Legierungen mit einem breiten Erstarrungsbereich ist es schwierig und oftmals unmöglich, eine Bindung der geschmolzenen Legierung an die Oberfläche der Keramikscheibe zu erhalten. In der US-PS

2 699 576 (Colbry et al) wird Magnesium auf einer Stahlscheibe (die keinen Keramiküberzug aufweist) atomisiert. Um eine Bindung zu erhalten, werden dem Magnesium Zink und Zirkonium zugesetzt.

Aluminiumlegierungen und gewisse andere Legierungen, die hohe Konzentrationen von Ubergangs- und anderen Elementen (d.h. Fe, Ni, Mo, Cr, Ti, Zr und Hf) aufweisen, weisen sehr hohe Schmelztemperaturen auf und werden gegenüber vielen Materialien, einschliesslich Keramiken, sehr reaktiv; ausserdem können sie einen sehr breiten Erstarrungsbereich aufweisen, in einigen Fällen von mehr als 278 °C (500 °F), der die Ausbildung einer Deckschale oder verfestigten Schicht auf der Oberfläche des Atomisierers verhindert. Eine Zahl anderer Legierungen, einschliesslich nicht-eutekti-sche Legierungen von Eisen, Kupfer, Nickel und Kobalt, gehören zu einer Klasse, die ebenfalls einen breiten Erstarrungsbereich zeigt und daher schwierig ordnungsgemäss zu atomisieren ist. Andere Legierungen, die die reaktiven Metalle Chrom, Titan, Zirkonium und Magnesium enthalten, stellen infolge ihrer hohen Reaktivität mit Materialien ein Problem dar, insbesondere wenn sie mit Elementen legiert sind, die ihre Schmelzpunkte steigern und ihren Erstarrungsbereich vergrössern.

Aus den obigen Ausführungen wird ersichtlich, dass Atomisierscheiben des Standes der Technik, die Keramiküberzüge aufweisen, gewisse Nachteile aufweisen, die noch nicht beseitigt werden konnten.

Im Hinblick auf den repräsentativen Stand der Technik für das Gebiet der Rotations-Atomisierung sind noch die folgenden zusätzlichen US-PSen zu nennen: 4 069 045;

3 721 511; 4 140 462; 4 207 040 und das britische Patent 754 180.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Metallpulvern durch Atomisieren zu schaffen.

Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Metallpulvern aus hochreaktiven Metallen oder Metallen mit breiten Liqui-dus/Solidus-Temperatur-Bereichen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gelöst, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.

Mit besonderem Vorteil kann die Erfindung angewendet werden bei der Atomisierung 1) hochreaktiver Metalle (im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche bedeutet das Wort «Metall» sowohl ein nicht-legiertes Metall als auch eine Metallegierung, wenn es nicht anders angegeben ist), und ausserdem 2) solcher Metalle, die eine breite Liquidus/Solidus-Zone aufweisen, wobei Giesstemperaturen zur Anwendung gelangen können, die wenigstens 223 °C (400 °F) und häufig 389 °C (700 °F) oder mehr über der Soli-dus-Temperatur des zu atomisierenden Metalls liegen. Bekannte Keramikoberflächen können wegen der Erosion der Keramik nicht immer für derartige Materialien verwendet werden (die Erosion ist ein Ergebnis von Reaktionen mit den Elementen des keramischen Materials); und im Falle von Metallen, die einen breiten Erstarrungsbereich aufweisen, wird eine Verbindung (Kupplung) der Keramik mit dem geschmolzenen Metall verhindert und es bildet sich keine stabi-

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le verfestigte Deckschale aus, was eine richtige Atomisierung verhindert.

Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Scheibe mit einer Verbindung überzogen, die 1) unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil ist, 2) einen Schmelzpunkt über der Giesstemperatur des zu atomi-sierenden Materials aufweist, und 3) sich mit dem aufgegossenen flüssigen Metall verbindet, im Sinne einer Haftung, so dass sich eine verfestigte, stabile Deckschale des Metalls, das atomisiert wird, auf der Oberfläche der Verbindung ausbilden kann. Eine Bindung wird in Fällen, wenn das zu atomisierende Metall einen hohen Erstarrungsbereich aufweist, dadurch sichergestellt, dass man die Verbindung so auswählt, dass eines ihrer Elemente (nachfolgend als erstes Element bezeichnet) so ausgewählt wird, dass es auch das Hauptelement des zu atomisierenden Metalles ist. Das andere Element oder die anderen Elemente (nachfolgend gelegentlich als zweite Elemente bezeichnet) der Verbindung werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie eine geringe Löslichkeit in dem Hauptelement des zu atomisierenden Materials aufweisen. Obwohl eine niedrige Löslichkeit bevorzugt ist (um die Wahrscheinlichkeit zu steigern, dass der Überzug unversehrt bleibt), muss das nicht in allen Systemen erforderlich sein. Das Grundkriterium ist, dass das Hauptelement des zu atomisierenden Metalles in geschmolzener Form mit der Verbindung des Überzugs bei der Giesstemperatur des Metalls koexistieren kann, was aus den Phasen-Diagrammen der beteiligten Materialien zu erkennen ist. Es wird angenommen, dass trotz der Tatsache, dass es bekannt ist, dass das zweite Element des Überzugs bei der Giesstemperatur in dem Hauptelement des aufgegossenen Metalls löslich ist, ein derartiges Auflösen in einem nennenswerten Ausmass unwahrscheinlich ist, wenn bei der Giesstemperatur das binäre Phasen-Diagramm des sekundären und des Haupt-Elements zeigt, dass die Verbindung der beiden Elemente (d.h. die Überzugs-Verbindung) mit dem Hauptelement des zu atomisierenden Metalls koexistieren kann.

In Fällen, in denen das zu atomisierende Metall einen schmalen Erstarrungsbereich aufweist, jedoch bei der Giesstemperatur hochreaktiv ist, ist die Bindung und die Ausbildung einer Deckschale normalerweise kein Problem. Wie im vorausgehenden Fall muss jedoch das zu atomisierende flüssige Metall in der Lage sein, bei den Giesstemperaturen des Metalls mit der Überzugs-Verbindung ausweislich des binären Phasen-Diagramms der betreffenden Elemente zu existieren.

Wie dem Fachmann gut bekannt ist, ist es bevorzugt, zum Schutz des darunterliegenden Metallrumpfes der Atomisierscheibe gegen Schmelzen unter der Überzugs-Verbindung eine Schicht einer Keramik mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit vorzusehen. Es ist mit anderen Worten bevorzugt, dass die Scheibe über ihrem Metallrumpf eine Isolierschicht aus Keramik aufweist, und dass der Verbin-dungs-Überzug auf der Keramikschicht ausgebildet oder auf diese aufgebracht wird.

Die obigen Angaben sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann in der nachfolgenden Beschreibung in genaueren Einzelheiten erläutert.

Wie oben erläutert wurde, wird gemäss der vorliegenden Erfindung zur Vermeidung der Probleme im Zusammenhang mit der Atomisierung von hochreaktiven legierten und nichtlegierten Metallen und von solchen Metallegierungen, die einen breiten Erstarrungsbereich (wenigstens 111CC (200 ~F)) aufweisen, die Atomisierscheibe mit einer Verbindung C überzogen, die als erstes oder Primärelement das Basismetall B des Metalls L, das atomisiert werden soll, enthält. (Anmerkung: Das Basismetall B des Metalls L wird nachfolgend als

«Haupt»-Element von L bezeichnet. Das «Haupt»-Element eines nichtlegierten Metalls L ist dabei das Metall selbst.) Das zweite oder Sekundär-Element der Verbindung C wird hierin mit dem Buchstaben M bezeichnet. Das Element M wird zuerst auf der Grundlage ausgewählt, dass die Verbindung C einen Schmelzpunkt von wenigstens 28 °C (50 °F) über der Temperatur aufweist, mit der L auf die schnell rotierende Scheibe aufgegossen wird. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt der Verbindung C wenigstens 166 °C (300 °F) höher als die Giesstemperatur von L.

Das Element M wird ausserdem so ausgewählt, dass die Verbindung C, von der M ein Teil ist, bei der Giesstemperatur von L mit dem geschmolzenen Basismetall B koexistieren kann (trotz einer Löslichkeit von M in B bei den Temperaturen der Durchführung des Verfahrens), wie sich aus dem binären Phasen-Diagramm von M und B erkennen lässt.

Wenn C und B bei den Giesstemperaturen koexistieren können, ist es wahrscheinlich, dass die Verbindung C in Form eines Überzugs auf der Scheibe unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil bleibt.

Vorzugsweise wird zur Steigerung der Wahrscheinlichkeit der Stabilität der Verbindung C das Element M so ausgewählt, dass es unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens eine geringe Löslichkeit in B aufweist, und die Verbindung C weist dann in B eine noch niedrigere Löslichkeit auf, so dass die Verbindung C bei der Giesstemperatur von L in L stabil ist. Vorzugsweise beträgt die Löslichkeit von M in B weniger als 10 Atom-Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens. Die niedrige Löslichkeit sowohl der Verbindung C als auch des Elements M in B eliminiert im wesentlichen die Möglichkeit nennenswerter Reaktionen zwischen'L und dem Überzug C, wenn L auf diesen aufgegossen wird, trotz der hohen Giesstemperaturen; und da sowohl der Scheibenüberzug C als auch das Metall L B enthalten, kommt es zu einer unmittelbaren Bindung zwischen L und dem Überzug C mit einer darauffolgenden und im wesentlichen sofortigen Ausbildung einer stabilen Deckschale aus dem Metall L. Wenn sich diese Deckschale einmal ausgebildet hat, werden sehr feine, unverschmutzte Tröpfchen des Metalls L von der schnell rotierenden Scheibe weggeschleudert.

Das Aufbringen des Überzugs aus der Verbindung C auf die Scheibe kann auf zweierlei Weise erfolgen. Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sekundär-Element M, aus dem die Verbindung C hergestellt ist, zuerst auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht, beispielsweise durch Plasmaspritzen oder nach einer anderen geeigneten Technik. Das zu atomisierende Metall L wird wie bei einem normalen Arbeitsdurchgang auf die Oberfläche der überzogenen, schnell rotierenden Scheibe aufgegossen und bildet zu Beginn des Arbeitsdurchgangs im wesentlichen sofort mit dem Element M einen Überzug aus der Verbindung C. Die Bindung und die Ausbildung einer stabilen Deckschale aus dem Metall L erfolgt nahezu sofort im Anschluss daran. Das Aufgiessen des geschmolzenen L auf die Scheibe kann kontinuierlich fortgesetzt werden, um das geschmolzene Material zu atomisieren.

Alternativ dazu kann die Scheibe einfach vor Arbeitsbeginn mit der Verbindung C überzogen werden, beispielsweise durch Plasmaspritzen. Das erhaltene Pulver sollte in beiden Fällen das gleiche sein, und zwar gleich ob die Verbindung C direkt auf die Oberfläche der Scheibe vor Arbeitsbeginn aufgebracht wurde, oder ob sie während der ersten Sekunden des Arbeitsdurchgangs wie oben beschrieben gebildet wird. In beiden Fällen wird sichergestellt, dass gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren eine Bindung des flüssigen Metalls an die Scheibenoberfläche erfolgt und sich während des

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Arbeitsdurchgangs eine stabile Deckschale ausbildet. Es kommt dabei tatsächlich zu keinem Auflösen des Scheibenüberzugs, noch zu einer Verunreinigung des gebildeten Pulvers, selbst bei hochreaktiven Metallen und hohen Giesstemperaturen.

Wie oben erwähnt wurde, ist das erfindungsgemässe Verfahren mit Vorteil bei solchen Metallegierungen anwendbar, die einen breiten Liquidus/Solidus-Temperaturbereich (d.h. einen breiten Erstarrungsbereich) von z.B. mehr als 111 °C aufweisen. Viele Legierungen von Fe, Ni, Co,Cr, Mg und AI gehören in diese Kategorie. Die Verarbeitung derartiger Metallegierungen zu Pulvern auf dem Wege der Rotations-Atomisierungstechnik erfordert es, dass sie mit Temperaturen aufgegossen werden, die beträchtlich höher sind als ihre Solidus- oder Schmelz-Temperatur, damit ihre Temperatur ihre Liquidus-Temperatur ausreichend deutlich übersteigt.

Das gewährleistet es, dass die Verfestigung des flüssigen Metalls während der Atomisierung nicht einsetzt, bevor es von der rotierenden Scheibe weggeschleudert wird (ausgenommen die Anfangsphase unter Bildung einer stabilen Deckschale). Somit kann zur Atomisierung von Legierungen, wie sie in Tabelle I angeführt sind, die Atomisierscheibe vorausgehend mit beispielsweise Ta, Nb, Mo oder Zr überzogen werden, die mit Aluminium hochstabile, Hochtempe-

Tabelle 1 • Aluminiumlegierungen

Liquidus

Solidus

AT

Legierung

°F

°C

°F

°C

°F

°C

Al-lOBe

1832

1000

1200

649

632

351

Al-2Nb

2190

1200

1223

662

967

538

Al-lOCo

1635

890

1214

657

421

233

Al-10Cr

1700

926

1223

661

477

265

Al-2Hf

1630

890

1223

662

407

228

Al-8Fe

1575

850

1210

655

365

195

Al-2Mo

2012

1100

1355

737

367

363

Al-5Zr

2012

1100

1223

601

789

499

A1-2V

1832

1000

1223

662

609

338

A1-5TÌ

2012

1100

1224

665

788

435

A1-10B

2318

1270

1787

975

531

295

Al-8Fe-

1830

1000

1300

704

530

296

2Mo

Tabelle 2

Schmelzpunkte von Elementen und Verbindungen

Element

Schmelzpunkt

Verbindung

Schmelzpunkt

°F

°C

°F

°C

Nb

4474

2468

NbAl3

2925

1607

Nb,Al

3403

1873

Mo

4730

2610

Mo~Al

3902

2150

MoA17

3686

2030

Zr

3389

1865

ZrAl, ~

2997

1647

ZrAlj

2880

1582

ZrC

6000

3316

ZrB

5500

3038

Ti

3042

1672

TiAl

2682

1472

TiAlj

2448

1342

TiB,

5252

2900

TiC

5600

3093

TiN

5340

2949

B

4172

2300

AlBp

3758

2070

Ta

5432

3000

Al,Ta

2102

1550

Alta,

3632

2000

ratur-Verbindungen bilden, wie beispielsweise einige der Aluminiumverbindungen in Tabelle II. Alternativ können diese Aluminiumverbindungen direkt auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht (d.h. an diese gebunden) werden.

Reines Aluminium wird bei etwa 660 °C (1220 °F) flüssig. Um durch Rotationsatomisierung ein Aluminiumpulver zu erzeugen, muss das Aluminium auf wenigstens etwa 827 °C (1520 °F) überhitzt werden. Über etwa 982 °C (1800 °F) ist Aluminium gegenüber den Elementen in den keramischen Werkstoffen, die typischerweise zum Überziehen der Oberfläche von Atomisierern des Standes der Technik verwendet werden, hochreaktiv. Viele Aluminiumlegierungen stellen dabei sogar noch ein grösseres Problem dar, weil sie einen breiten Erstarrungsbereich aufweisen, der es erforderlich macht, höhere Giesstemperaturen anzuwenden, die zu einer gesteigerten Reaktivität führen. In Tabelle I sind die Liqui-dus- und Solidus-Temperaturen von verschiedenen Aluminiumlegierungen angeführt, und der Unterschied (A T) zwischen diesen Temperaturen kennzeichnet die Breite der Erstarrungszone. Diese Legierungen müssen mit Temperaturen von wenigstens 111 °C (200 °F) über ihren Liquidus-Tempe-raturen aufgegossen werden. Wenn derartige Legierungen direkt auf eine keramische Oberfläche gegossen werden, bildet sich keine Deckschale oder erstarrte Schicht auf dem Atomisierer, und es kommt somit zu keiner Benetzung oder Bindung der geschmolzenen Legierung an die Oberfläche des Atomisierers.

Tabelle III zeigt die Löslichkeit verschiedener Elemente in flüssigem Aluminium bei verschiedenen Temperaturen. Diese Tabelle kann in Verbindung mit Tabelle II dazu verwendet werden, Überzüge für eine Scheibe auszusuchen, die für das Atomisieren von — beispielsweise — einigen der Legierungen von Tabelle I verwendet werden sollen. Nb, Mo, Zr, B, Ta, W und Ti sind dabei besonders attraktiv als Anfangs-Überzüge für die Atomisierscheibe, und zwar infolge ihrer geringen Löslichkeit in flüssigem Aluminium. Tabelle II zeigt die Schmelzpunkte einiger der Verbindungen, die die Elemente von Tabelle III beim Kontakt mit geschmolzenem Aluminium bilden würden. Dabei sind die sehr hohen Schmelzpunkte dieser Verbindungen bemerkenswert. Der Vorteil einer Verwendung dieser Verbindungen als Scheiben-Überzug ist, dass sie ausser ihren hohen Schmelzpunkten tatsächlich gegenüber flüssigem Aluminium nicht reaktiv sind. Die anderen Elemente der Tabelle III, nämlich Co und Fe können, obwohl sie in Aluminium stärker löslich sind, ebenfalls befriedigende Ergebnisse liefern, wenn die Verbindung, die von ihnen mit Aluminium gebildet wird, mit geschmolzenem Aluminium bei der Giesstemperatur des Aluminiums koexistieren kann. Tabelle III soll dabei nicht alle möglichen Elemente erschöpfend aufzählen, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung von Nutzen sein können.

Tabelle 3

Löslichkeit von Elementen in flüssigem Aluminium

Element

1093°C (2000 °F)

Temperatur 1204 °C (2200 °F)

1316°C (2400°F)

Nb

' 0.5(1.5)

0.8(2.4)

2.0(6)

Mo

1.5(4)

3.0(7)

4.0(10)

Zr

1.7(5)

3.3(10)

6.0(18.5)

B

2.5(5)

4.0(8)

6.0(12)

Ta

7.0(30)

9.0(40)

11.0(45)

Ti

3.0(5)

6.5(10)

W

4.0(20)

7.5(36)

Co

18.0(32)

24.0(41)

Fe

16.0(27)

38.0(57)

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Im Falle von Metallegierungen, die bei den Temperaturen, bei denen sie aufgegossen werden müssen, hochreaktiv sind (und zwar gleich, ob diese Temperaturen sehr hoch sind oder nicht), so dass sie normalerweise mit den keramischen Überzügen des Standes der Technik reagieren würden, kann derselbe Lösungsweg zur Lösung des Problems beschritten werden wie im Falle von Legierungen mit einem breiten Erstarrungsbereich. D.h. die Atomisierer-Scheibe kann zuerst mit einem ersten Metall überzogen werden, das mit dem Basismetall der Legierung unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens eine stabile Verbindung ausbildet. Alternativ dazu können derartige stabile Verbindungen direkt auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht werden. Das erste Metall weist vorzugsweise eine sehr niedrige Löslichkeit in dem Basismetall bei den Giesstemperaturen auf, muss diese Eigenschaft jedoch nicht zeigen, wenn die gebildete Verbindung bei den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens mit dem Basismetall koexistieren kann. Beispielsweise können Titanlegierungen und Zirkoniumlegierungen auf einer Scheibe atomisiert werden, auf denen als Überzug eine Verbindung des Basismetalls (Ti oder Zr, je nachdem) mit Elementen wie Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff erzeugt wurde. Derartige Verbindungen weisen alle Schmelzpunkte oberhalb von 2760 °C (5000 °F) auf (vgl. Tabelle II). Diese Verbindungen können alle bei den anzunehmenden Giesstemperaturen der Basismetalle mit diesen Basismetallen ko6

existieren und sollten daher unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil sein.

Wenn (bei der Giesstemperatur) hochreaktive, nichtlegierte Metalle atomisiert werden sollen, können dieselben 5 Prinzipien zur Anwendung kommen. Die Scheibe wird mit einem ersten Material überzogen, das mit dem zu atomisierenden Metall eine stabile Verbindung bildet, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Oder eine derartige stabile Verbindung kann direkt auf die Scheibenoberfläche aufge-io bracht werden. Das erste Material wird dabei so ausgewählt, dass die gebildete Verbindung mit dem aufzugiessenden Metall unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens koexistieren kann, so dass es zu keiner Auflösung des Überzugs kommt. Die Verbindung muss eine Schmelztempe-i5 ratur aufweisen, die wenigstens 28 °C (50 °F) und vorzugsweise wenigstens 166 °C (300 °F) höher liegt als die Giesstemperatur des Metalls. Um nichtlegierte Metalle wie Ti und Zr zu atomisieren, können beispielsweise die Verbindungen dieser Metalle mit Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff verwen-20 det werden.

Obwohl in der obigen Beschreibung die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen und Weglassungen 25 bei der Ausführung und bei Einzelheiten möglich sind, ohne dass der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Aufgiessen eines flüssigen Metalls auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe bei einer Temperatur, die wenigstens 111 "C (200 °F) höher ist als seine Liquidus-Tempera-tur, gekennzeichnet durch die Stufen:

— Ausbildung eines Überzugs aus einer Verbindung C auf der Scheibe, wobei die Verbindung C während des Verfahrens stabil ist und das aufgegossene Metall umfasst, wenn dieses Metall nicht legiert ist, oder, wenn das Metall eine Legierung ist, das Basismetall dieser Legierung umfasst, wobei die Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der wenigstens 28 °C (50 °F) höher liegt als die Giesstemperatur des flüssigen Metalls, und wobei das flüssige Metall bei der Giesstemperatur des flüssigen Metalls neben der Verbindung C koexistieren kann;

— Aufgiessen eines flüssigen Stroms des Metalls, das in ein Pulver umgewandelt werden soll, auf die überzogene, schnell rotierende Scheibe bei der genannten Giesstemperatur, wobei es zu einer Bindung des genannten Metalls an die Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale aus dem genannten Metall über dem Überzug bildet und sich feine flüssige Tröpfchen des Metalls bilden, wenn das Metall von der Scheibe weggeschleudert wird;

— Abkühlen der flüssigen Metalltröpfchen, nachdem sie die Oberfläche der Scheibe verlassen haben, um die Tröpfchen zu verfestigen;

und

— Sammeln der verfestigten Tröpfchen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der Ausbildung eines Überzugs auf der Scheibe so durchgeführt wird, dass die Scheibe zuerst mit einem Element M, das beim Kontakt mit dem flüssigen Metall die Verbindung C ausbildet, überzogen wird, wonach das flüssige Metall auf die mit M überzogene, schnell rotierende Scheibe aufgegossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Metallpulver eine Titanlegierung ist, und dass die Verbindung C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus TiC, TiB2 und TiN besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Metallpulver eine Titanlegierung oder eine Zirkonium-Legierung ist, und dass das Element M aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenstoff und Bor besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hergestellte Metallpulver eine Zirkonium-Legierung ist, und dass die Verbindung C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrC, Zrß2 und ZrN besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Metallpulvers durch Aufgiessen einer flüssigen Metallegierung L auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe, wobei die aufgegossene Metallegierung L eine Erstarrungszone von wenigstens 111 °C (200 °F) aufweist und ein Basismetall B umfasst, und wobei diese Metallegierung bei einer Temperatur aufgegossen wird, die wenigstens 111 °C (200 °F) höher liegt als seine Liquidus-Temperatur, gekennzeichnet durch die Stufen:

— Ausbilden eines Überzugs einer Verbindung C des Basismetalls B auf der Scheibe, wobei diese Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der wenigstens 28 °C (50 °F) höher liegt als die Temperatur, mit der die Legierung L aufgegossen wird, und wobei bei der Giesstemperatur das Basismetall B in flüssiger Form und die Verbindung C nebeneinander koexistieren können;

— Aufgiessen eines flüssigen Stroms der Legierung L auf die überzogene, schnell rotierende Scheibe mit der genannten Giesstemperatur, wobei es zu einer Bindung der Legierung L

an die Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale der Legierung L über dem Überzug aus der Verbindung C ausbildet und sich feine flüssige Tröpfchen der Legierung L bilden, wenn die Legierung von der Scheibe weggeschleudert

5 wird;

— Abkühlen der Tröpfchen, nachdem diese die Scheibe verlassen haben, um die Legierung L zu verfestigen;

und

— Sammeln der verfestigten Legierung.

io 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismetall B Aluminium ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung C eine Verbindung aus Aluminium und einem Element ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die i5 aus Nb, Mo, Zr, Ti, Ta und B besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung C nur Elemente umfasst, die in dem Basismetall B nur zu weniger als 10 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens löslich sind.

20 10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung C nur Elemente umfasst, die in dem Basismetall B nur zu weniger als 5 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens löslich sind.

25 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine Keramik-Schicht umfasst, und dass die Stufe der Ausbildung des Überzugs das Überziehen der Keramik-Schicht umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich-

30 net, dass ein Überzug aus der Verbindung C dadurch auf der Scheibe ausgebildet wird, dass die Verbindung C durch Plasmaspritzen auf die Scheibe aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe der Ausbildung eines Überzugs aus der

35 Verbindung C auf der Scheibe so durchgeführt wird, dass die Scheibe zuerst mit einem Element M überzogen wird, das mit dem Basismetall B bei der Giesstemperatur der flüssigen Legierung L die Verbindung C bildet, wonach die flüssige Legierung L auf die mit M überzogene schnell rotierende

40 Scheibe aufgegossen wird, wobei sich der Überzug aus der Verbindung C bildet, und dass danach die stabile Deckschale aus der Legierung L über dem genannten Überzug ausgebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich-

45 net, dass M eine solche Löslichkeit in dem Basismetall B aufweist, die unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens weniger als 10 Atom-Gew.-% beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismetall B Aluminium ist, und dass M aus so einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, Mo, Zr, Ti, Ta und B besteht.
16. Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Aufgiessen einer flüssigen Metallegierung L auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe, bei dem die Legierung

55 L ein Basismetall B umfasst und bei einer Temperatur aufgegossen wird, die wenigstens 111 °C (200 °F) höher ist als seine Liquidus-Temperatur, gekennzeichnet durch die Stufen:

— Überziehen der schnell rotierenden Scheibe mit einem Element M, das mit dem Basismetall B bei der Temperatur,

60 bei der die Metallegierung L aufgegossen wird, eine Verbindung C ausbildet, wobei die Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der höher liegt als der Schmelzpunkt von M und höher als die Temperatur, mit der die Metallegierung L aufgegossen wird, wobei die Löslichkeit des Elementes M in

65 dem Basismetall B unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens geringer ist als 10 Atom-Gew.-%, und wobei die Löslichkeit der Verbindung C in dem Basismetall B geringer ist als die Löslichkeit von M in B;

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— Aufgiessen eines flüssigen Stroms der Metallegierung L auf die schnell rotierende Scheibe, die mit M überzogen ist, um eine verfestigte Schicht der Verbindung C auf der Oberfläche der Scheibe auszubilden, wenn die Metallegierung L aufgegossen wird;

— Fortsetzen des Aufgiessens der Metallegierung L auf die verfestigte Schicht, so dass es zu einer Verbindung der Metallegierung L mit der verfestigten Schicht der Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale aus der Metallegierung L auf der Oberfläche der verfestigten Schicht ausbildet und dass sich feine flüssige Tröpfchen der Metallegierung L bilden, wenn die flüssige Metallegierung L von der Scheibe weggeschleudert wird;

— Abkühlen der flüssigen Metallegierung L, nachdem sie die Scheibenoberfläche verlassen hat, um das Metall L zu verfestigen; und

— Sammeln der verfestigten Metallegierung L.