EP0701875B1 - Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile durch Pulverspritzguss - Google Patents

Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile durch Pulverspritzguss Download PDF

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EP0701875B1
EP0701875B1 EP95113801A EP95113801A EP0701875B1 EP 0701875 B1 EP0701875 B1 EP 0701875B1 EP 95113801 A EP95113801 A EP 95113801A EP 95113801 A EP95113801 A EP 95113801A EP 0701875 B1 EP0701875 B1 EP 0701875B1
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EP
European Patent Office
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sintered
shaped part
sintering
binder
parts
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BASF SE
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    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to an improved method for Manufacture of metallic molded parts by processing a Injection molding compound, where a.) The injection molding compound to the molded part processed and b.) part of the contained in the molded part Binder removed and c.) Sinters the molded part thus obtained.
  • the green bodies obtained in this way become subsequent debinding step from most of the binder exempted, with an acid catalytic debinding the
  • the advantage of this is the gentle removal of the binder to prevent the risk of cracking (page 2, lines 3 to 32).
  • the porous parts thus obtained are then at Temperatures of about 1100 to 1500 ° C sintered, possibly still small amounts of residual binder escape (page 2, Lines 33 to 34).
  • the process is used to manufacture inorganic sintered molded parts generally very suitable, but it can be, for example in the case of large parts, which may have complicated shapes and / or have thin walls, undesirable during sintering Deformations come.
  • the sintering process requires high temperatures, to set the desired structure in the molded body. Usually the temperatures are around 1100 to 1500 ° C. At these high temperatures can, however, soften the to be sintered molded body can not be excluded. This can For example, with cutlery parts, which during the sintering process plan documents are only very incomplete, too undesirable Deform because the molded body already his own weight experiences a considerable load.
  • the invention further relates to those obtainable with the method Molded parts.
  • the documents used in the method according to the invention ensure good dimensional stability during the sintering process of the molded part.
  • Documents that are particularly suitable advantageously approximately the contour of the finished molded part have a higher creep resistance than that Molded parts or in the sintering temperature range under the influence of Do not crawl the contact forces measurably.
  • the production of the base can be preferred for some molded parts directly using the mold for the metallic molding respectively. This is, for example, the case for the production of spoons the case.
  • the underlay be about 1 to 20% larger to dimension as the molded part, particularly preferably 2 to 10%.
  • the measures necessary to set the dimension are known to the person skilled in the art.
  • the shrinkage of the shaped body depends on the composition of the starting materials and can be varied accordingly. Furthermore can influenced by the sintering temperature on the shrinkage become, with increasing the sintering temperature becomes a stronger one Shrinkage of the molded part observed.
  • sinterable metal powder In a known manner, sinterable metal powder, flowable binder and any auxiliary materials that may be added a granulate made.
  • flowable binder There are numerous flowable binders Known fabrics. It is essential that when the temperature rises provide as little residual carbon as possible.
  • polyoxymethylene homo- or copolymers are known to the person skilled in the art known per se and described in the literature.
  • the homopolymers are generally polymerized by Formaldehyde or trioxane produced, preferably in the presence of suitable catalysts.
  • Polyoxymethylene copolymers preferred in the context of the invention contain, in addition to the repeating units -OCH 2 - up to 50, preferably 0.1-20 and in particular 0.3-10 mol% of repeating units.
  • R 1 to R 4 independently of one another are a hydrogen atom, a C 1 -C 4 alkyl group or a halogen-substituted alkyl group with 1-4 C atoms and R 5 is a -CH 2 -, -CH 2 O-, a by C 1 - C 4 alkyl or C 1 -C 4 haloalkyl substituted methylene group or a corresponding oxymethylene group and n has a value in the range 0-3.
  • cyclic ethers are those of the formula where R 1 -R 5 and n have the meaning given above. Only examples include ethylene oxide, 1,2-propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,3-butylene oxide, 1,3-dioxane, 1,3-dioxolane and dioxepane as cyclic ethers and linear oligoformals as comonomers.
  • Preferred monomers of this type are ethylene diglycide, diglycidyl ether and Diether from glycidylene and formaldehyde, dioxane or Trioxane in a molar ratio of 2: 1 and diether from 2 mol of glycidyl compound and 1 mol of an aliphatic diol with 2-8 C atoms such as the diglyidyl ethers of ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,3-butanediol, cyclobutane-1,3-diol, 1,2-propanediol and cyclohexane-1,4-diol to name just a few examples.
  • the preferred polyoxymethylene homo- or copolymers Melting points of at least 150 ° C and molecular weights (Weight average) in the range of 5000 to 15000, preferably from 7000 to 60000.
  • Metals that can be contained in powder form are only for example called iron, cobalt, nickel and silicon; Alloys are e.g. iron-based alloys such as low and high alloys Steels, light metal alloys based on Aluminum and titanium as well as alloys with copper or bronze. Finally, there are also hard metals such as tungsten carbide and boron carbide or titanium nitride in combination with metals such as cobalt and Nickel into consideration. The latter can be used in the manufacture of metal-bound hard cutting tools (so-called cermets) become.
  • Flow aids, stabilizers, for example, are used as auxiliaries or mold release agents used.
  • the granulate is injection-molded in a known manner Green body made.
  • the granulate is in Injection molding machines at temperatures of about 120 to 220 ° C, preferred 170 to 200 ° C melted and the melt in the appropriate Mold injected where it is under temperature cools down and falls below the glass softening temperature and / or the crystallite melting point of the binder solidifies and then removed from the mold.
  • the green bodies obtained in this way are used in the subsequent debinding step at temperatures of around 90 to 600 ° C from one large part of the binder contained exempted.
  • This can debinding in the presence of an acid is also recommended, whereby lower when acidic catalytic cleavage of the binder Temperatures during debinding are made possible.
  • Suitable Acids are, for example, nitric acid, oxalic acid or Boron trifluoride; the temperatures are during the debinding here usually at about 110 to 150 ° C.
  • the remaining residues of the binder ensure one good strength of the molded body even at the beginning of the sintering process, before solidification via the sintering of the metal particle starts.
  • Polyethylene for example, are suitable as permanent binders, Polypropylene, polystyrene, polymethyl methacrylate or Polyvinyl pyrrolidone.
  • the proportions of the permanent binder are preferably about 0.5 to 20% by weight, particularly preferably 2 to 10% by weight, based on the total binder used.
  • the molded part becomes strong in the subsequent sintering process heated, which changes the structure in the desired manner and any remaining residues of the binder can be driven out. This is what is to be sintered Molded part on a base stabilizing the contours of the molded part brought.
  • the temperatures during the sintering process are usually about 600 to 1600 ° C, preferably 800 to 1400 ° C, the duration usually extends from about 0.5 to 10, preferably 1 to 2 hours without heating and cooling times.
  • the document should preferably be such that the The molded part to be sintered not only rests at a few points, but also is in extensive contact with the base, so that one good stabilization is ensured during sintering.
  • the base itself at the sintering temperatures has sufficient creep stability.
  • the method according to the invention is particularly suitable for production thin-walled or large or complex shaped components, which already without such support by you Dead weight tends to deform once the creep resistance of the material is reduced. It opens up the possibility also to produce such molded parts by powder injection molding, which so far this method because of the undesirable deformation were not accessible. This is in addition to those already listed Moldings are generally relevant where there is high dimensional accuracy is required. Usually you can with the help of method according to the invention a dimensional accuracy in the finished Shaped parts, which achieve about 0.5%, in special cases Not exceed 0.3% based on the specified value.
  • Cutlery items such as knives, forks, Spoons as well as moldings with protruding parts that are otherwise under slightly bend their own weight.
  • the method according to the invention offers a simple possibility To produce molded parts economically and inexpensively, whereby a high dimensional accuracy of even complex shaped components with a total high property level can be achieved. It can the method advantageously already without major effort existing injection molding process for the production of metallic molded parts be involved.
  • An injection molding machine was made with a mold for a spoon equipped.
  • the sintered spoon is identified by the Dimensions total length 204 mm, stick length 140 mm, bucket width 44 mm, curvature of the spoon 9 mm, curvature of the handle when resting on a flat surface 12 mm, with wall thicknesses of 1 mm on the spoon part and 3 mm on the stem. Due to the expected linear sintering shrinkage of 14.5% the shape is 14.5% larger in all dimensions than the sintered spoon.
  • the injection molding compound was at one Melt temperature of 190 ° C melted and into the temperature of 110 ° C Mold injected. After a cooling time of approx. 20 sec the green parts were removed from the mold.
  • a mass injected to 56 vol .-% of aluminum oxide powder with an average grain size around 1.2 ⁇ m and 44 vol .-% from one Binder consisted of 88 wt .-% of a polyoxymethylene, Melt index 50 g / 10 min at 190 ° C and 12 wt .-% from one Polybutanediol formal with an average molecular weight of around 60,000.
  • the spoon green containing metal powder was placed in a nitrogen atmosphere, which contained about 1.5% concentrated nitric acid, debinded at a temperature of 120 ° C within 1 h.
  • the sinter pad was in the same device in a Nitrogen atmosphere, which is also about 1.5% concentrated nitric acid contained, at a temperature of 130 ° C within Debinded for 2.5 hours. Thereupon the unbound sinter pad heated in air at a rate of 3 ° C / min to 1.540 ° C, Maintained at 1.540 ° C for 2 hours and then cooled at 5 ° C / min.
  • the dimensions of the non-dense sintered base thus obtained are 4% larger than that of the finished sintered metal spoon.
  • the spoon green part containing the binderless metal powder was opened laid the sinter pad and in one with molybdenum heating elements equipped sintering furnace under hydrogen, which has a dew point of less than -80 ° C at a speed of 5 ° C / min heated to 1,300 ° C, sintered 120 min at 1,300 ° C and the Sinter furnace then cooled.
  • the product was an exactly true to size Get spoons.
  • the green parts obtained according to Example 1 were from the binder component freed by the parts at a speed of 1 ° C / min from 160 ° C to 210 ° C, with 0.5 ° C / min from 210 ° C to 250 ° C and were heated from 250 ° C to 600 ° C at 2 ° C without the parts on to place the sintered base in a spoon shape. After opening the Entbind ceremoniessofen was found to be spherical Parts of the spoon and stick according to the influence of gravity had set and the bulges partially collapsed become.
  • the green parts were placed on standard flat aluminum oxide substrates placed and then in the sintering furnace under hydrogen as in the previous one Example heated to 1,300 ° C at a rate of 5 ° C / min and kept at 1,300 ° C for a further 120 min. After that the oven cooled and opened. The curved contours of the spoons had flattened even further.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile durch Verarbeitung einer Spritzgießmasse, wobei man a.) die Spritzgießmasse zu dem Formteil verarbeitet und b.) einen Teil des im Formteil enthaltenen Bindemittels entfernt und c.) das so erhaltene Formteil sintert.
Zur Herstellung metallischer Formteile durch Pulvermetallspritzguß sind bereits verschiedene Verfahren bekannt. In der EP-A 413 231 wird ein Verfahren zur Herstellung anorganischer Sinterformteile beschrieben. In einer ersten Stufe wird aus dem sinterbaren Pulver und Polyoxymethylen als Bindemittel eine verformbare Masse in Form von Granulaten hergestellt. Aus diesen verformbaren Massen werden anschließend durch Spritzguß sogenannte Grünkörper hergestellt. Dazu wird das Granulat in Spritzgießmaschinen aufgeschmolzen und die Schmelze in die entsprechenden Formen gespritzt, wo sie unter Temperaturerniedrigung abkühlen und durch Unterschreitung der Glaserweichungstemperatur und/ oder des Kristallitschmelzpunktes des Bindemittels erstarren und anschließend aus der Form entfernt werden (Seite 1, Zeile 38 bis Seite 2, Zeile 2). Die so erhaltenen Grünkörper werden im sich anschließenden Entbinderungsschritt vom größten Teil des Bindemittels befreit, wobei eine säurekatalytische Entbinderung den Vorteil bietet, durch die schonende Entfernung des Bindemittels die Gefahr der Rißbildung zu unterbinden (Seite 2, Zeilen 3 bis 32). Die so erhaltenen, porösen Teile werden anschließend bei Temperaturen von etwa 1100 bis 1500°C gesintert, wobei ggf. noch geringe Mengen restlichen Bindemittels entweichen (Seite 2, Zeilen 33 bis 34).
Das Verfahren ist zur Herstellung anorganischer Sinterformteile im allgemeinen sehr gut geeignet, allerdings kann es beispielsweise im Falle großer Teile, welche ggf. komplizierte Formen und/ oder geringe Wandstärken besitzen, beim Sintern zu unerwünschten Verformungen kommen. Der Sinterprozeß erfordert hohe Temperaturen, um das gewünschte Gefüge im Formkörper einzustellen. Üblicherweise liegen die Temperaturen bei etwa 1100 bis 1500°C. Bei diesen hohen Temperaturen kann jedoch eine gewisse Erweichung des zu sinternden Formkörpers nicht ausgeschlossen werden. Dies kann beispielsweise bei Besteckteilen, welche beim Sinterprozeß auf planen Unterlagen nur sehr unvollständig aufliegen, zu unerwünschten Verformungen führen, da der Formkörper bereits durch sein Eigengewicht eine beträchtliche Belastung erfährt.
In der DE-C 4124393 werden Besteckteile offenbart, welche durch pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellt werden. Auch hier wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Formkörper im wesentlichen durch die Verfahrensschritte Spritzgießen, Entfernung des Bindemittels und anschließende Sinterung des Formkörpers hergestellt werden (Spalte 2, Zeilen 58 bis 64). Auch hier ergibt sich der Nachteil, daß es bei der Sinterung der Besteckteile, welche durch pulvermetallurgisches Spritzgießen hergestellt worden sind, zu einer unerwünschten Verformung kommen kann.
Es stellte sich somit die Aufgabe, ein wirtschaftliches und kostengünstiges Verfahren zu finden, daß den genannten Nachteilen abhilft und welches auch im Falle dünnwandiger bzw. kompliziert geformter Formteile zu Produkten von hoher und gleichmäßiger Qualität führt.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formteiles durch Verarbeitung einer Spritzgießmasse gefunden, wobei man
  • a. die Spritzgießmasse zu dem Formteil verarbeitet und
  • b. einen Teil des im Formteil enthaltenen Bindemittels bei einer Temperatur von 90 bis 600°C entfernt und
  • c. das so erhaltene Formteil sintert,
    • indem man das Formteil auf einer Unterlage sintert, welche annähernd die Kontur des fertigen Formteils aufweist, wobei die Kontur der Unterlage beim Sinterprozeß im wesentlichen erhalten bleibt.
    Weiterhin betrifft die Erfindung die mit dem Verfahren erhältlichen Formteile.
    Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Unterlagen gewährleisten während des Sinterprozesses eine gute Formstabilität des Formteils. Besonders eignen sich Unterlagen, welche vorteilhafterweise annähernd die Kontur des fertigen Formteils aufweisen, eine höhere Kriechbeständigkeit besitzen als die Formteile oder im Sintertemperaturbereich unter dem Einfluß der Auflagekräfte nicht meßbar kriechen.
    Es können verschiedene Werkstoffe für die Unterlagen eingesetzt werden. Bei der Verwendung metallischer Werkstoffe ist zu beachten, daß es während des Sinterprozesses nicht zu einer unerwünschten Versinterung zwischen Formteil und Unterlage kommt. Dies kann jedoch durch verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise die Beschichtung der Unterlage mit inerten Pulvern wie Borcarbid, Bornitrid oder α-Aluminiumoxid vermieden werden. Besonders gut eignen sich keramische Materialien wie beispielsweise gesintertes Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Borcarbid oder Bornitrid.
    Die Herstellung der Unterlage kann bei einigen Formteilen bevorzugt direkt unter Verwendung der Form für das metallische Formteil erfolgen. Dies ist beispielsweise bei der Unterlage zur Herstellung von Löffeln der Fall. Hier kann man unter Verwendung der Form eine Unterlage durch Spritzguß erzeugen, welche später als Unterlage für die metallischen Formteile dient. Dabei kann man vorteilhafterweise die Dimension der fertiggesinterten Unterlage etwas größer als das spätere Formteil einstellen, sodaß die Unterlage eine ausgezeichnete Paßform für die Formteile besitzt. Es empfiehlt sich hierbei, die Unterlage etwa 1 bis 20 % größer zu dimensionieren als das Formteil, besonders bevorzugt 2 bis 10 %. Die zur Einstellung der Dimension notwendigen Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt. So ist beispielsweise das Schwinden des Formkörpers von der Zusammensetzung der Einsatzstoffe abhängig und kann entsprechend variiert werden. Weiterhin kann durch die Sintertemperatur Einfluß auf das Schwinden genommen werden, mit Erhöhung der Sintertemperatur wird ein stärkeres Schwinden des Formteils beobachtet.
    Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung metallischer Formteile schematisch näher beschrieben.
    In bekannter Art und Weise wird aus sinterbarem Metallpulver, fließfähigem Bindemittel und ggf. noch beigefügten Hilfsmitteln ein Granulat hergestellt. Als fließfähige Bindemittel sind zahlreiche Stoffe bekannt. Wesentlich ist, daß sie bei Temperaturerhöhung möglichst wenig Restkohlenstoff liefern. Beispielsweise genannt werden Polyoxymethylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polypropylen, Polyethylen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere sowie deren Mischungen.
    Die Polyoxymethylenhomo- oder -copolymerisate sind dem Fachmann an sich bekannt und in der Literatur beschrieben.
    Die Homopolymeren werden im allgemeinen durch Polymerisation von Formaldehyd oder Trioxan hergestellt, vorzugsweise in der Gegenwart von geeigneten Katalysatoren.
    Im Rahmen der Erfindung bevorzugte Polyoxymethylencopolymere enthalten neben den wiederkehrenden Einheiten -OCH2- noch bis zu 50, vorzugsweise 0,1-20 und insbesondere 0,3-10 mol-% an wiederkehrenden Einheiten.
    Figure 00040001
    wobei R1 bis R4 unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C1-C4-Alkylgruppe oder eine halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1-4 C-Atomen und R5 eine -CH2-, -CH2O-, eine durch C1-C4-Alkyl- oder C1-C4-Haloalkyl substituierte Methylengruppe oder eine entsprechende Oxymethylengruppe darstellen und n einen Wert im Bereich von 0-3 hat. Vorteilhafterweise können diese Gruppen durch Ringöffnung von cyclischen Ethern in die Copolymere eingeführt werden. Bevorzugte cyclische Ether sind solche der Formel
    Figure 00040002
    wobei R1-R5 und n die oben genannte Bedeutung haben. Nur beispielsweise seien Ethylenoxid, 1,2-Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid, 1,3-Butylenoxid, 1,3-Dioxan, 1,3-Dioxolan und Dioxepan als cyclische Ether genannt sowie lineare Oligoformale als Comonomere genannt.
    Ebenfalls geeignet sind Oxymethylenterpolymerisate, die beispielsweise durch Umsetzung von Trioxan, einem der vorstehend beschriebenen cyclischen Ether und einem dritten Monomeren, vorzugsweise einer bifunktionellen Verbindung der Formel
    Figure 00040003
    wobei Z eine chemische Bindung, -O- oder -ORO- (R = C1-C8-Alkylen oder C3-C8-Cycloalkylen) ist, hergestellt wird.
    Bevorzugte Monomere dieser Art sind Ethylendiglycid, Diglycidylether und Diether aus Glycidylen und Formaldehyd, Dioxan oder Trioxan im Molverhältnis 2:1 sowie Diether aus 2 mol Glycidylverbindung und 1 mol eines aliphatischen Diols mit 2-8 C-Atomen wie beispielsweise die Diglyidylether von Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, Cyclobutan-1,3-diol, 1,2-Propandiol und Cyclohexan-1,4-diol um nur einige Beispiele zu nennen.
    Neben den Polyoxymethylenhomo- und Copolymeren sind auch Poly-1,3-oxiolan und Poly-1,3-dioxepan wie beispielsweise in der EP-A-44 475 beschrieben, geeignet. Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Homo- und Copolymerisate sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben, so daß sich hier nähere Angaben erübrigen.
    Die bevorzugten Polyoxymethylenhomo- bzw. Copolymerisate haben Schmelzpunkte von mindestens 150°C und Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert) im Bereich von 5000 bis 15000, vorzugsweise von 7000 bis 60000.
    Als Metalle, die in Pulverform enthalten sein können, seien nur beispielsweise Eisen, Cobalt, Nickel und Silizium genannt; Legierungen sind z.B. eisenbasierte Legierungen wie niedrig- und hochlegierte Stähle, Leichtmetallegierungen auf der Basis von Aluminium und Titan sowie legierungen mit Kupfer oder Bronze. Schließlich kommen auch Hartmetalle wie Wolframcarbid, Borcarbid oder Titannitrid in Kombination mit Metallen wie Cobalt und Nickel in Betracht. Letztere können bei der Herstellung von metallgebundenen Hartschneidwerkzeugen (sog. Cermets) eingesetzt werden.
    Als Hilfsmittel werden beispielsweise Fließverbesserer, Stabilisatoren oder Entformungshilfsmittel eingesetzt.
    Aus dem Granulat wird durch Spritzguß in bekannter Weise ein sogenannter Grünkörper hergestellt. Dazu wird das Granulat in Spritzgießmaschinen bei Temperaturen von etwa 120 bis 220°C, bevorzugt 170 bis 200°C aufgeschmolzen und die Schmelze in die entsprechende Form gespritzt, wo sie unter Temperaturerniedrigung abkühlt und durch Unterschreitung der Glaserweichungstemperatur und/oder des Kristallitschmelzpunktes des Bindemittels erstarrt und anschließend aus der Form entfernt wird.
    Die so erhaltenen Grünkörper werden im anschließenden Entbinderungsschritt bei Temperaturen von etwa 90 bis 600°C von einem großen Teil des enthaltenen Bindemittels befreit. Hierbei kann sich auch eine Entbinderung in Gegenwart einer Säure empfehlen, wodurch bei säurekatalytischer Spaltung des Bindemittels niedrigere Temperaturen während der Entbinderung ermöglicht werden. Geeignete Säuren sind beispielsweise Salpetersäure, Oxalsäure oder Bortrifluorid; die Temperaturen während der Entbinderung liegen hier üblicherweise bei etwa 110 bis 150°C.
    Es kann sich besonders empfehlen, bereits zu Beginn des Prozesses ein weiteres permanentes Bindemittel in geringen Mengen hinzuzufügen, welches bei der säurekatalytischen Entbindung nicht entfernt wird.
    Die so verbleibenden Reste des Bindemittels gewährleisten eine gute Festigkeit des Formkörpers auch zu Beginn des Sinterprozesses, bevor eine Verfestigung über das Ansintern des Metallpartikels einsetzt.
    Als permanente Bindemittel eignen sich beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Polyvinylpyrrolidon.
    Die Anteile des permanenten Bindemittels betragen bevorzugt etwa 0,5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das gesamt eingesetzte Bindemittel.
    In dem sich anschließenden Sinterprozess wird das Formteil stark erhitzt, wodurch das Gefüge in gewünschter Art und Weise verändert wird und ggf. noch verbleibende Reste enthaltenen Bindemittels ausgetrieben werden können. Hierzu wird das zu sinternde Formteil auf eine die Konturen des Formteils stabilisierende Unterlage gebracht. Die Temperaturen während des Sinterprozesses liegen üblicherweise bei etwa 600 bis 1600°C, bevorzugt 800 bis 1400°C, die Dauer erstreckt sich üblicherweise von etwa 0,5 bis 10, bevorzugt 1 bis 2 Stunden ohne Aufheiz- und Abkühlzeiten.
    Die Unterlage sollte dabei bevorzugt so beschaffen sein, daß das zu sinternde Formteil nicht nur an wenigen Punkten aufliegt, sondern großflächig in Kontakt mit der Unterlage steht, sodaß eine gute Stabilisierung während des Sinterns gewährleistet ist. Hierbei ist zu beachten, daß die Unterlage selber bei den Sintertemperaturen eine ausreichende Kriechstabilität aufweist.
    Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung dünnwandiger bzw. großer oder komplex geformter Bauteile, welche ohne eine solche Abstützung bereits durch ihr Eigengewicht zu Verformung neigen, sobald die Kriechbeständigkeit des Werkstoffes reduziert wird. Somit eröffnet es die Möglichkeit, auch solche Formteile durch Pulverspritzguß herzustellen, welche bisher diesem Verfahren wegen der unerwünschten Verformung nicht zugänglich waren. Dies ist neben den bereits aufgeführten Formteilen allgemein dort von Relevanz, wo eine hohe Maßgenauigkeit erfordert wird. Üblicherweise kann man mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Maßgenauigkeit bei den fertigen Formteilen erzielen, welche etwa 0,5 %, in besonderen Fällen 0,3 % bezogen auf den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
    Als Beispiele genannt werden Besteckteile wie Messer, Gabel, Löffel sowie Formkörper mit ausladenden Teilen, die sonst unter ihrem Eigengewicht leicht abknicken.
    Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine einfache Möglichkeit, Formteile wirtschaftlich und kostengünstig herzustellen, wobei eine hohe Maßgenauigkeit auch komplex geformter Bauteile mit insgesamt hohen Eigenschaftsniveau erzielt werden kann. Dabei kann das Verfahren vorteilhafterweise ohne größeren Aufwand in bereits vorhandene Spritzgießverfahren zur Herstellung metallischer Formteile eingebunden werden.
    Beispiele
    In einem auf 185°C beheizten, evakuierbaren Kneter werden 10.080 g eines Edelstahlpulvers des Typs 316 L in Argon verdüst, mit einer mittleren Korngröße von 22 µm, 886,5 g eines Polyoxymethylens mit dem Schmelzindex 50 g/10 min bei 190°C, 98,5 g eines Polyethylens mit einem Schmelzindex von 42 g/10 min bei 190°C sowie 500 g Butylglykol als Lösungsmittel für die Binderkomponente gemischt. Nachdem eine homogene Mischung erhalten war, wurde der Kneter evakuiert und unter weiteren Kneten das Lösungsmittel abdestilliert. Danach wurde der Kneter auf 100°C abgekühlt, wobei sich die Masse verfestigte und dabei granuliert wurde. Die so erhaltene Spritzgießmasse enthielt 63 Vol.-% des Edelstahlpulvers.
    Eine Spritzgießmaschine wurde mit einer Form für einen Löffel ausgerüstet. Der gesinterte Löffel wird gekennzeichnet durch die Dimensionen Gesamtlänge 204 mm, Stiellänge 140 mm, Löffelbreite 44 mm, Wölbung des Löffels 9 mm, Wölbung des Stiels bei Auflage auf ebener Unterlage 12 mm, bei Wandstärken von 1 mm am Löffelteil und 3 mm am Stiel. Aufgrund des zu erwartenden linearen Sinterschrumpfs von 14,5 % ist die Form in allen Maßen 14,5 % größer als der gesinterte Löffel. Die Spritzgießmasse wurde bei einer Massetemperatur von 190°C aufgeschmolzen und in die auf 110°C temperierte Form gespritzt. Nach einer Abkühlzeit von ca. 20 sec wurden die Grünteile der Form entnommen.
    In die gleiche Form wurde zur Herstellung der Sinterunterlage eine Masse gespritzt, die zu 56 Vol.-% aus Aluminiumoxidpulver mit einer mittleren Korngröße um 1,2 µm und zu 44 Vol.-% aus einem Binder bestand, der sich zu 88 Gew.-% aus einem Polyoxymethylen, Schmelzindex 50 g/10 min bei 190°C und zu 12 Gew.-% aus einem Polybutandiolformal mit einer mittleren Molmasse um 60.000 zusammensetzte.
    Das Metallpulver enthaltende Löffelgrünteil wurde in einer Stickstoffatmosphäre, die ca. 1,5 % konzentrierte Salpetersäure enthielt, bei einer Temperatur von 120°C innerhalb von 1 h entbindert.
    Die Sinterunterlage wurde in der gleichen Vorrichtung in einer Stickstoffatmosphäre, die ebenfalls ca. 1,5 % konzentrierte Salpetersäure enthielt, bei einer Temperatur von 130°C innerhalb von 2,5 h entbindert. Daraufhin wurde die entbinderte Sinterunterlage unter Luft mit einer Geschwindigkeit von 3°C/min auf 1,540°C aufgeheizt, 2 Stunden auf 1,540°C gehalten und dann mit 5°C/min abgekühlt.
    Die Maße der so erhaltenen nicht dicht gesinterten Sinterunterlage sind um 4 % größer als die des fertig gesinterten Metalllöffels.
    Das entbinderte Metallpulver enthaltende Löffelgrünteil wurde auf die Sinterunterlage gelegt und in einem mit Molybdänheizstäben ausgerüsteten Sinterofen unter Wasserstoff, der einen Taupunkt von weniger als -80°C aufwies mit einer Geschwindigkeit von 5°C/ min auf 1,300°C aufgeheizt, 120 min bei 1,300°C gesintert und der Sinterofen dann abgekühlt. Als Produkt wurde ein exakt maßgetreuer Löffel erhalten.
    Vergleichsbeispiel
    Die nach Beispiel 1 erhaltenen Grünteile wurden von der Binderkomponente befreit, indem die Teile mit einer Geschwindigkeit von 1°C/min von 160°C bis 210°C, mit 0,5°C/min von 210°C auf 250°C und mit 2°C von 250°C auf 600°C aufgeheizt wurden, ohne die Teile auf die Sinterunterlage in Löffelform zu legen. Nach dem öffnen des Entbinderungsofens wurde festgestellt, daß sich die sphärischen Teile von Löffel und Stiel dem Einfluß der Schwerkraft entsprechend gesetzt hatten und die Wölbungen teilweise eingefallen werden.
    Die Grünteile wurden auf übliche flache Aluminiumoxid-Unterlagen gelegt und dann im Sinteröfen unter Wasserstoff wie im vorigen Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 5°C/min auf 1,300°C erhitzt und weitere 120 min bei 1,300°C gehalten. Danach wurde der Ofen abgekühlt und geöffnet. Die geschwungenen Konturen der Löffel hatten sich noch weiter abgeflacht.

    Claims (4)

    1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formteiles durch Verarbeitung einer Spritzgießmasse, wobei man
      a) die Spritzgießmasse zu dem Formteil verarbeitet und
      b) einen Teil des im Formteil enthaltenen Bindemittels bei einer Temperatur von 90 bis 600°C entfernt und
      c) das so erhaltene Formteil sintert,
      dadurch gekennzeichnet, daß man das Formteil auf einer Unterlage sintert, welche annähernd die Kontur des fertigen Formteils aufweist, wobei die Kontur der Unterlage beim Sinterprozeß im wesentlichen erhalten bleibt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus keramischen Werkstoffen aufgebaut ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Unterlage durch Spritzgießen unter Verwendung der Form für die Metallteile herstellt.
    4. Formteile, insbesondere Besteckteile, erhältlich gemäß Ansprüchen 1 bis 3.
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