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Verfahren zur Herstellung von Metallgegenständen Die Erfindung beschäftigt
sich mit der Metallurgie der Pulver und bezieht sich ,auf die Herstellung von Metallgegenständen
mit einer Mehrzahl von Metallen als Bestandteile. Die Erfindung betrifft insbesondere
Verbesserungen in der Herstellung von Metallgegenständen aus Metallpulvern, deren
metallische Bestandteile verschiedene Schmelzpunkte haben und sich nicht leicht
miteinander in allen Verhältnissen legieren.
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Die Erfindung ist im besonderen. auf die Herstellung von Lagern oder
Lagerteilen aus Blei und Kupfer anwendbar. Lager, welche diese beiden Metalle oder
Legierungen davon enthalten, finden wegen ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen ohne
Schmelzen und Abreiben zu widerstehen, eine ausgedehnte Anwendung. Da jedoch diese
beiden Metalle verhältnismäßig unlöslich ineinander sind und weit auseinanderliebende
Schmelzpunkte und spezifische Gewichte haben, hat sich die Herstellung von Blei-Kupfer-Lagern
mit Hilfe der bisher üblichen Verfahren .als schwierig erwiesen. Wenn geschmolzenes
Blei und geschmolzenes Kupfer zusammengebracht werden, suchen sie sich in unvermischbare
Schichten zu trennen, so daß Maßnahmen zum Mischen der geschmolzenen Metalle ,außerordentliche
Schwierigkeiten bereiten. Weiterhin sind frühere Versuche, Blei-Kupfer-Lager aus
gepulverten Metallen herzustellen, verhältnismäßig erfolglos gewesen. So haben Bestrebungen,
Zusammenpressung und Wärmebehandlung von mechanischen Mischungen aus Blei- und Kupferpulvern
durchzuführen, zu schlechten Erzeugnissen geführt, weil die Masse, um eine Bindung
zwischen den Kupferteilchen und einen geringen Porositätsgrad zu erzielen, gewöhnlich
über den Schmelzpunkt des Bleis erhitzt wird, wonach das Blei sich abzusondern und
auszuschwitzen oder abzuseigern sucht. Wenn mit Blei überzogene Kupferpulver verwendet
werden, tritt ein ähnliches Seigern und Absondern auf.
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Es ist nun gelungen, ein Verfahren zur Herstellung von Blei-Kupfer-Lagern
und ähnlichen Gegenständen zu entwickeln, bei dem Metallbestandteile verwendet werden
können, welche verschiedene Schmelzpunkte haben und sich nicht leicht miteinander
legieren. Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von neuartigen Metallgegenständen
mit wesentlich verbesserten Eigenschaften.
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Gemäß der Erfindung werden plattierte Metallpulver verwendet, bei
denen der Kern der Pulverteilchen aus Metall besteht, welches einen geringeren Schmelzpunkt
als das Metall des umhüllenden Überzugs hat. Das plattierte Metallpulver wird erhitzt
und einem Druck unterworfen, wodurch es zu einer zusammenhängenden Masse verdichtet
wird. Die Masse
kann in Abhängigkeit von dem verwendeten Druck dicht
sein oder jeden gewünschten Grad an Porosität besitzen. Die Masse wird vorzugsweise
auf eine Temperatur erhitzt, die zwischen den Schmelzpunkten des Kerns und des Überzugs
der Pulverteilchen liegt. Mit anderen Worten wird durch die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Metallgegenständen aus zwei oder mehreren Metallen, welche sich
nicht leicht miteinander in allen Verhältnissen legieren und welche verschiedene
Schmelzpunkte haben, geschaffen, bei welchem eine Masse aus plattlertem Metallpulver,
dessen Teilchen Kerne aus dem Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt und Überzöge
aus dem Metall mit dem höheren Schmelzpunkt- haben, zur Bildung einer zusammenhängenden
Masse zusamm@engepreßt und erhitzt Wird. Die Erfindung schafft weiterhin als neuartiges
Erzeugnis einen Metallgegenstand, der aus zusammengepreßten und gesinterten Metallpulverteilchen
besteht, deren Kerne aus verhältnismäßig nIedrigschmeIzendem Metall und deren Überzüge
aus verhältnismäßig hochschmelzendem Metall bestehen, wobei das niedrigschmelzende
Metall und das hochschmelzende Metall derart sind, daß sie sich nicht miteinander
in allen Verhältnissen legieren.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert, bei welchem mit Kupfer überzogene Bleipulverteilchen verwendet werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung dieser beiden Metalle beschränkt,
sondern ist im Gegenteil überall da anwendbar, wo zwei oder mehrere Metalle oder
Legierungen, welche verschiedene Schmelzpunkte haben und welche sich nicht. leicht
miteinander legieren, zur Bildung eines Metallgegenstandes ohne die Gefahr des Ausseigerns
oder des Absonderns des leichter schmelzbaren Bestandteils zusammengebracht werden
sollen.
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Ein geeignetes Pulver aus mit Kupfer überzogenen Bleiteilchen kann
für die Zwecke der Erfindung auf die folgende Weise hergestellt werden.
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Ungefähr 11 Wasser wird zum Kochen gebracht und mit Essigsäure
leicht angesäuert. Dann werden zoo g Kupferacetat mit i Mol. Kristallwasser in dem
kochenden Wasser gelöst. Wenn das Lösen bei einer Temperatur von etwa 85° beendet
ist, werden 25og Bleipulver von einer solchen Feinheit, daß. @es durch ein Sieb
mit iq.do Maschen je Quadratzentimeter (engl. ioo-Mäsch-en-Sieb) hindurchgeht, hinzugefügt,
und die Lösung wird schnell um eruhrt. Um die Erzeugung eines gleichmäigen Überzugs
aus Kupfer auf dem Bleipulver zu gewährleisten, wird dieses vorzugsweise in Form
einer Suspension' in Wasser zugesetzt. Das Umrühren wird so lange fortgesetzt, bis
das gesamte Kupfer aus der Lösung entfernt worden ist, was durch das Verschwinden
der Blaufärbung angezeigt wird.
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Das überzogene Pulver läßt man sich absetzen, und die darüber befindliche
Lösung wird abgegossen. Das Pulver wird wenigstens viermal gewaschen, jedesmal mit
etwa 5oo ccm Wasser. Dann wird es in einem Buchner-Trichter, an den eine Saugleitung
angeschlossen ist, filtriert und im Trichter erneut wenigstens viermal gewaschen,
jedesmal mit etwa 5oo ccm Wasser. Schließlich wird das Material im Buchner-Trichter
mit etwa i oo ccm gewöhnlichem wasserfreiem Äthylalkohol gewaschen und teilweise
trocknen ge-.lassen, während auf das Filter eine Saug-Wirkung ausgeübt wird: Das
Trocknen kann dadurch beschleunigt werden, daß man das plattierte. Pulver auf dem
Filter mit .etwa 5o ccm Äther wäscht: Nach der teilweisen Trocknung wird das mit
Kupfer überzogene Pulver von dem Filter entfernt, zum Weitertrocknen ausgebreitet
und dann durch ein Sieb mit 146o Maschen je Quadratzentimeter (ioo-Maschen-Sieb)
hindurchgeschickt, so daß Klumpen von Teilchen aufgebrochen werden.
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Die Dicke des Kupferüberzugs und damit das Verhältnis von Kupfer zu
Blei in dem Pulver kann dadurch verändert werden, daß man das Verhältnis des Kupfergehalts
der Lösung zu der verwendeten: Menge an Blei ändert. In dem vorstehenden Beispiel
beträgt der Kupfergehalt des plattierten Pulvers ungefähr 63%. Die plattierten Pulverteilchen
können auch auf andere Weise erzeugt werden. So kann z. B. Bleipulver mit Kupfer
überzogen werden, welches durch Elektrolyse niedergeschlagen wird.
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Es ist dafür Sorge zu tragen, daß bei der. Herstellung und Behandlung
von mit Kupfer überzogenem Bleipulver eine Oxydation verhindert wird.
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Mit Kupfer überzogenes Bleipulver, welches i auf die oben angegebene
Art oder auf eine andere geeignete Weise hergestellt ist, wird in eine Form von.
geeigneter Gestalt gebracht und mit einem Druck zusammengepreßt; der je nach dem
Grad er für das. Enderzeugnis gewünschten Porosität zwischen o,8 und 8 t je Quadratzentimeter
liegen kann. Auf diese Weise wird eine zusammenhängende Masse erhalten.
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Die zusammenhängende Masse wird bei erhöhter Temperatur in einer inerten
oder reduzierenden Atmosphäre gesintert, um eine Bindung zwischen benachbarten Teilchen
hervorzurufen. Eine Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre ist geeignet. Die höchste
Temperatur; der das Material ohne das Auftreten eines Ausseigerns des Bleis unterworfen
werden
kann, hängt von den jeweiligem Anteilverhältnissen zwischen
Kupfer und Blei ab. Es ist z. B. gefunden worden, daß Gegenstände, welche aus mit
Kupfer überzogenem Bleipulver mit etwa 20% Bleigehalt hergestellt sind; bei etwa
goo° wärmebehandelt werden können, ohne daß eine Absonderung von Blei auftritt.
Kupferplattiertes Bleipulver, welches 45% Blei und 55% Kupfer enthält, kann auf
75o° erhitzt werden, ohne daß eine Bleiabsonderung eintritt.. Allgemein gesprochen
liegt die Sinterungstemperatur zwischen denn. Schmelzpunkt von Blei (327°) und dem
Schmelzpunkt von Kupfer (1o83°). Je höher der Prozentsatz des anwesenden. Kupfers
ist, um so höher liegt die Höchsttemperatur, auf welche das mit Kupfer überzogene
Bleipulver oder die daraus hergestellten Gegenstände erhitzt werden können.
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Nach dem Sinterungsvorgang kann die Dichte des Materials durch Kaltwalzen
vergrößert werden. So kann z. B. die Dicke eines Metallgegenstandes, der aus mit
Kupfer überzogenem Bleipulver hergestellt ist und q. i % Blei enthält, durch Kaltwalzen
um 5 o % vermindert werden, ohne daß übermäßige Bieanspruchungen des Gegenstandes
hervorgerufen werden oder Risse ,entstehen. Das Kaltwalzen. des Materials ist besonders
erwünscht, wenn Lager oder andere Gegenstände großer Härte hergestellt werden sollen.
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Daß gemäß der Erfindung hergestellte Kupfer-Blei-Lager oder ähnliche
Gegenstände kein Ausseigern oder Absondern bei erhöhten Temperaturen zeigen, dürfte
auf die Tatsache zurückzuführen sein, daß das Metall mit dem niedrigeren Schmelzpunkt
von einem Film aus schwerer schmelzbarem Metall umhüllt ist. Wie auch die Erklärung
dafür sein mag, bleibt doch die Tatsache bestehen, daß kein oder nur ein geringes
Ausseigern und/oder Absondern auftritt, selbst wenn die gemäß der Erfindung hergestellten
Gegenstände verhältnismäßig hohen Drücken bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt
des am leichtesten schmelzbaren Bestandteils; wie z. B. Blei, unterworfen werden.
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Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist- das Verhältnis
von Blei o. dgl. zu Kupfer o. dgl. bei einem Lager unabhängig von den Löslichkeits-
und Kristallis.ationscharakteristiken geschmolzener Mischungen dieser Metalle, so
daß irgendein gewünschtes Verhältnis von Kupfer zu Blei bei Lagen oder anderen Gegenständen
erzielt werden kann. -Einsatzlager können zweckmäßig dadurch hergestellt werden,
daß man Bleche aus Kupfer-Blei-Metall o. dgl. auf Stahlbleche oder andere metallene.Unterlagen
oder Träger aufschweißt. Ein solcher Schweißvorgang wird am besten durch ein Diffusionsverfahren
herbeigeführt, bei welchem das Kupfer-Blei-Blech und das Trägerblech aneinandergelegt,
zusammengepreßt und während einer beträchtlichen Zeitdauer auf eine verhältnismäßig
hohe Temperatur erhitzt werden. Die Geschwindigkeit des Schweißvorgangs und die
Güte ;der Schweißverbindung erhöhen sich beim Ansteigen der Temperatur oder des
Drucks oder beider. Größen. Bei Temperaturen .unterhalb des Schmelzpunkts von Blei
(327°) ist das Diffusionsschweißen praktisch unmöglich. Aus diesem Grunde würde,
selbst wenn es möglich wäre, ein technisch brauchbares Kupfer-Blei-Lagermetall aus
Mischungen von Kupfer- und Bleipulver oder aus mit Blei überzogenem Kupferpulver
herzustellen, das Diffusionsschweißen bei den erforderlichen Temperaturbedingungen
ein. Ausseigern von Blei verursachen. Wenn jedoch Lagermetall verwendet wird, welches
gemäß der Erfindung aus mit Kupfer überzogenem Bleipulver hergestellt ist, bildet
das Diffusionsschweißen ein geeignetes Mittel zur Befestigung des Lagermetalls an
dem Träger. Es können Temperaturen angewendet werden, die beträchtlich oberhalb
des Schmelzpunktes von Blei liegen, ohne daß eine Bleiabsonderung hervorgerufen
wird.
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Das Trägerblech zur Herstellung von Einsatzlagern kann aus irgendeinem
geeigneten Metall bestehen.. Bleche aus Kupfer, Bronze und Stahl haben sich als
geeignet verwiesen. Sowohl das Trägerblech als auch das Kupfer-Blei-Blech sind sorgfältig
zu reinigen. Verschiedene Ausführungsformlen des Diffusionsschweißens zur Bindung
des Blei-Kupfer-Metalls an das Trägerblech haben sich als geeignet verwiesen. So
können z: B. sorgfältig gereinigte Trägerbleche aus Kupfer oder Bronze mit gemäß
der Erfindung hergestellten Kupfer-Blei-Blechen zusammengebracht und unter mäßiger
Zusammenpressung in Berührung miteinander gehalten werden. Die aneinanderliegenden
Bleche können dann in einer Wasserstoffatmosphäre auf Temperaturen erhitzt werden,
die zwischen den Schmelzpunkten von Blei und Kupfer liegen (von 327° bis 1o83°).
Bei diesen hohen Temperaturen gestattet die hohe Diffusionsgeschwindigkeit zwischen
dem Trägerblech und dem aus mit Kupfer überzogenem Bleipulver hergestellten Blech
das Entstehen einer innigen Bindung, selbst wenn kein zusätzliches Bindemittel verwendet
wird.
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In der Beschreibung und den Patentansprüchen sind unter dein Ausdruck
Blei auch Bleilegierungen, Zinnlegierungen und ähnliche Stoffe zu verstehen, die
einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kupfer haben und die nicht in Kupfer in allen
Verhältnissen
löslich sind. Unter dem Ausdruck Kupfer sind solche
Metalle und Legierungen: zu verstehen, die einen höheren Schmelzpunkt als Blei und
die ihm ähnlichen Stoffe haben. und die sich mit diesen nicht in nennenswertem Maße
legieren.