EP1647344A1 - Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss - Google Patents

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EP1647344A1
EP1647344A1 EP04024405A EP04024405A EP1647344A1 EP 1647344 A1 EP1647344 A1 EP 1647344A1 EP 04024405 A EP04024405 A EP 04024405A EP 04024405 A EP04024405 A EP 04024405A EP 1647344 A1 EP1647344 A1 EP 1647344A1
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EP
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iron
powder
bath
microns
drops
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EP04024405A
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Metco GmbH
Original Assignee
Metco GmbH
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/026—Spray drying of solutions or suspensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing iron or steel powders for metal powder injection molding.
  • Metal powder injection molding is a process for producing sintered metal parts.
  • a molded part is first produced from a so-called feedstock, which consists of a polymeric binder and a metal powder, by means of a conventional injection molding machine of plastics processing.
  • This so-called green compact is subsequently debinded, i. the polymeric binder which has formed a highly filled flowable suspension during injection molding processing with the metal powder is removed.
  • the brown compact thus produced is subsequently subjected to a sintering process to obtain a sintered article having the desired density.
  • the particles should have a spherical shape in view of the desired flow properties of the highly filled suspension.
  • the particles must be relatively small, in particular in relation to the gap dimensions of the processing machines.
  • the powder has to meet special requirements in terms of its flow properties.
  • the flow properties of the binder are not only influenced by the viscosity and the adhesion properties of the binder to the powder, but in particular by the flow behavior of the powder as such.
  • Low resistance of the powder to flow favors processing in shaping the feedstock in a conventional injection molding machine.
  • the particle size distribution of the metal powder must be chosen so that as possible segregation between the binder on the one hand and the powder on the other hand is prevented. This segregation can occur especially when the feedstock against an increased resistance to be introduced into the injection mold.
  • the pressure difference required for this purpose can express the binder through the powder grains contained in the suspension, in particular if they tend to form a certain bridging, for example due to a not exactly spherical grain shape and / or due to agglomeration tendencies of the powder.
  • Metal powder, in particular iron or steel powder, for powder injection molding can be produced by atomization from the melt or by chemical processes (carbonyl iron process).
  • the known method of water atomization - atomization from the melt and subsequent cooling with water - leads to powders that do not meet the above requirements. Rapid cooling with water leads to irregular powder geometries which are unsuitable for powder injection molding.
  • liquid metal from the melt is aerosolized as an aerosol, similar to water atomization, and then cooled with gas and solidified. Since the gas quenching, the heat transfer is less rapid than in the water quenching, the particles can usually take the most energetically favorable form, namely the spherical shape.
  • Typical particle sizes of commercially available atomized metal powders for metal powder injection molding are between 10 and 50 ⁇ m.
  • iron - usually scrap - is first converted into iron pentacarbonyl (Fe (CO) 5 ).
  • This iron pentacarbonyl is subsequently thermally decomposed.
  • the resulting particles also have a spherical shape and typically have a particle size of between 1 and 10 microns.
  • a steel powder is usually produced during metal atomization, the carbonyl iron process results in a chemically pure iron powder.
  • the metal powder injection molding must In this powder, other alloying elements are added in powder form.
  • WO 99/59753 proposes to add inorganic oxides having an average particle size diameter of less than 500 nm to the iron powder in order to favorably influence its flow properties.
  • Similar proposals, which in particular favor the flow and compression properties of iron powders for powder pressing, are also disclosed, for example, in US Pat. Nos. 3,357,818; US-5,132,338 and US-4,946,499.
  • US-5,976,215 discloses an iron powder for powder metallurgy, which is better protected by the addition of a thermoplastic coupling agent against segregation of different sized powder grains.
  • the present invention is based on the problem of providing a cost-effective and economical process for the production of iron or steel powders for metal injection molding, which meets the above requirements.
  • the present invention proposes a method having the features of claim 1.
  • iron or steel powder for powder metallurgical injection molding taking into account the particle sizes and particle size distributions required here and the desired shape of the powder grains can be produced economically and with high yield even with a completely different method than the known and thus conventional powder production process , in the iron-containing base material is dissolved as a salt in a bath and the solution formed in the bath is removed as drops from the bath. The iron contained in the drop is dried to powder grains. Preferably, during this drying, a separate powder particle of the iron or steel powder is produced from each droplet discharged separately from the bath. Drying of the solution initially produces a powder of the iron salt. This is then converted to the pure iron powder. The conversion of iron salt to iron powder can be carried out by reduction or by thermal cleavage.
  • the drying of the drop can be carried out in such a way that the metal powder is already obtained during the drying.
  • countercurrent processes are used in this drying, in which the droplet is preferably moved by gravity in a spraying or drying tower and counter to the direction of movement is flown with a gas, preferably a heated reaction gas, which promotes the recovery of the metal.
  • powders with an average particle size in particular between 1 and 100 .mu.m, preferably between 2 and 50 .mu.m are produced, for which purpose in particular the excitation of the liquid to produce suitably large drops of the metal salt is adapted in a suitable manner.
  • the bath is preferably excited in frequency, in particular by excitation in the ultrasonic range. From the thus excited oscillating bath, individual drops of suitable particle size jump off the surface of the bath.
  • the mist thus formed is preferably carried away by a gas flow sweeping, in particular, tangentially over the surface of the bath.
  • a drop generation by means of atomization for example by flow through a gas injection nozzle possible.
  • This can in particular be additionally excited by means of ultrasound in order to promote the formation of very fine drops of the iron-containing salt.
  • the iron or steel powder produced by the process according to the invention preferably has a mass fraction of at least 45 wt .-%, which is in the particle size fraction between 2 and 30 microns.
  • the proportion of the particle size fraction below a particle size of 1 .mu.m is less than 1 wt .-% or less.
  • the mass fraction of the large grains with a diameter of ⁇ 45 ⁇ m is limited to less than 10%. With this grain size distribution, no grains larger than 80 ⁇ m are contained in the powder.
  • a particle size distribution in which at least 45% by weight of the powder is in a particle size interval of between 1 and 15 ⁇ m is particularly preferred.
  • the lower limit of this fraction is 2 microns.
  • the proportion of grains smaller than 0.5 microns is below 1 wt .-%.
  • Very large grains with a grain size of over 20 microns are limited to a mass fraction of 10% or less, based in each case on the total mass of the powder, in this preferred particle size distribution with a maximum grain size in the powder of 50 microns.
  • drops are produced with a diameter of 8 microns to 200 microns.
  • the size and size distribution of the droplets can be controlled in a controllable manner in particular by virtue of the droplets jumping off a liquid film having a predetermined film thickness and being formed in a vibrated tub.
  • the size and size distribution of the droplets can be adjusted in a controllable manner, in particular, by the droplets being separated from a liquid film having a predetermined film thickness and being vibrated in one Tub is formed, jump off.
  • the smallest droplet produced preferably has a smallest diameter of 4 ⁇ m, preferably 8 ⁇ m.
  • This particle size distribution is preferably obtained immediately after the droplets have dried, which means that no classification of the dried metal powder has to be carried out downstream.
  • an iron-containing solid is leached to iron (II) chloride.
  • the leaching can be carried out, for example, with hydrochloric acid or with iron (III) chloride.
  • the leaching produces - in both cases - iron (II) chloride.
  • This iron (II) chloride solution can be either fed directly to the subsequent processes for powder production or first converted by chlorination using chlorine gas in iron (III) chloride.
  • the subsequent process based on iron (III) chloride is advantageous in terms of thermal cleavage, since it proceeds at low temperatures.
  • the salt contained in the bath is first dried in powder form.
  • the drops are preferably fed to a furnace, for example via a reaction or inert gas which entrains the droplets.
  • the salt is in powder form and can be stored temporarily.
  • the powdered salt is then fed to a further treatment step for recovering the steel or iron powder by reduction or by thermal decomposition. It has been found that, for example, fluidized bed ovens are not suitable for such a process control, since they do not reliably obtain the desired powder form.
  • the salt in a drying tower is moved in the direction of gravity. For thermal cleavage this is treated with inert gas in countercurrent, preferably for reduction with hydrogen.
  • the steel or iron powder is obtained.
  • the process step of the drop drying and the conversion of iron salt to iron can also be brought together in one process step.
  • the separation of the process steps gives a possibility for cost-effective classification based on the precursor of the iron salt powder.
  • the thermal cleavage is linked to the leaching with iron (III) chloride.
  • the chlorine gas required for the production of iron (III) chloride can be recovered in the thermal cleavage.
  • steel chips are leached in hydrochloric acid.
  • the steel chips are waste material from the area of hot forming, the steel type is an SAE 8620.
  • the leaching takes place at 80 ° C within 2 hours in 32% hydrochloric acid.
  • the iron chlorides are present in the hydrochloric acid in a concentration of between 450 g / l and 150 g / l. The optimum concentration is chosen taking into account the influence on the viscosity of the solution and thus on the droplet diameter.
  • the solution is filtered to separate insoluble carbon.
  • the solution is placed in an ultrasonic frequency generator. Vibrations of the vessel bottom generate drops of defined size on the liquid surface. In the embodiment, a frequency of 800 kHz was applied to the bottom of the vessel. The drops produced were transported away by means of a hydrogen flow of 1 l / min, which swept over the surface tangentially. The resulting droplet mist was passed through a quartz furnace with a volume of 0.015 l, corresponding to a residence time of the droplets in the furnace of 0.9 seconds in the lab scale orienting experiments.
  • the steel powder contained the identical alloy composition as the starting powder except for the leaching-insoluble component carbon.
  • iron in the form of rods, blocks or chips is introduced into an iron (III) chloride bath and leached there.
  • the resulting iron (II) chloride is chlorinated by introducing chlorine gas into the chloride bath to ferric chloride. From this bath drops are obtained, for example by injecting the bath in a spray tower. From this spray tower dried ferric chloride salt is discharged.
  • the ferric chloride salt is fed to a furnace, for example an induction furnace with a glass tube inserted therein, which stretches in the vertical direction. This furnace is continuously charged with iron chloride powder from above, which is swept in the opposite direction of the ferric chloride loading with nitrogen, in order to carry out the chlorine anions formed in the furnace during the thermal cracking at the upper end of the furnace.

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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss angegeben, bei dem metallhaltiges Ausgangsmaterial als Salz in einem Bad gelöst wird, die in dem Bad gebildete Lösung als Tropfen aus dem Bad abgeführt und getrocknet wird und das in dem Tropfen enthaltene Metallsalz zu einem Eisen- oder Stahlpulverkorn umgesetzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss.
  • Der Metallpulverspritzguss ist ein Verfahren zum Herstellen von gesinterten Metallteilen. Im Metallspritzguss wird aus einem sogenannten Feedstock, der aus einem polymeren Binder und einem Metallpulver besteht, mittels einer konventionellen Spritzgussmaschine der Kunststoffverarbeitung zunächst ein Formteil hergestellt. Dieser so genannte Grünling wird anschließend entbindert, d.h. der polymere Binder, der bei der spritzgießtechnischen Verarbeitung mit dem Metallpulver eine hoch gefüllte fließfähige Suspension gebildet hat, wird entfernt. Der dabei hergestellte Bräunling wird nachfolgend einem Sinterprozess unterzogen, um ein Sinterteil mit der gewünschten Dichte zu erhalten.
  • Bei diesem Verfahren kommen als Ausgangsmaterial Metallpulver auf Eisenbasis zum Einsatz, an welche besondere Anforderungen hinsichtlich der Partikelform und Größe gestellt werden. So sollen die Partikel im Hinblick auf die gewünschten Fließeigenschaften der hochgefüllten Suspension eine sphärische Form haben. Darüber hinaus müssen die Partikel insbesondere im Verhältnis zu den Spaltmaßen der Verarbeitungsmaschinen relativ klein sein.
  • Ferner hat das Pulver hinsichtlich seiner Fließeigenschaften besonderen Anforderungen genügen. Denn mit dem Binder wird zwar eine hoch gefüllte Suspension erzeugt, die Fließeigenschaften derselben werden aber nicht nur von der Viskosität und den Haftungseigenschaften des Binders gegenüber dem Pulver beeinflusst, sondern insbesondere auch von dem Fließverhalten der Pulver als solches. Ein geringer Widerstand der Pulver gegenüber Fließen begünstigt die Verarbeitung bei der Formgebung des Feedstocks in einer herkömmlichen Spritzgießmaschine. Darüber hinaus muss die Korngrößenverteilung der Metallpulver so gewählt werden, dass möglichst eine Entmischung zwischen dem Binder einerseits und dem Pulver andererseits verhindert wird. Diese Entmischung kann insbesondere dann vorkommen, wenn der Feedstock gegen einen erhöhten Widerstand in die Spritzgießform eingebracht werden soll. Die hierzu erforderliche Druckdifferenz kann den Binder durch die in der Suspension enthaltenen Pulverkörner hindurch ausdrücken, und zwar insbesondere dann, wenn diese zu einer gewissen Brückenbildung neigen, beispielsweise aufgrund einer nicht exakt sphärischen Kornform und/oder aufgrund von Agglomerationsneigungen des Pulvers.
  • Neben den vorerwähnten Anforderungen hinsichtlich der Qualität der Metallpulver ist ferner zu beachten, dass das Verfahren zur Herstellung derselben einen hohen Ausstoß hat, da sich der pulvermetallurgische Spritzguss wirtschaftlich erst bei der Massenherstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie einsetzen lässt.
  • Metallpulver, insbesondere Eisen- oder Stahlpulver, für den Pulverspritzguss können durch Verdüsung aus der Schmelze oder durch chemische Prozesse (Carbonyleisen-Verfahren) hergestellt werden. Das bekannte Verfahren der Wasserverdüsung - Verdüsung aus der Schmelze und anschließendes Abkühlen mit Wasser - führt dabei zu Pulvern, die den obigen Anforderungen nicht genügen. Die schnelle Abkühlung mit Wasser führt zu unregelmäßigen Pulvergeometrien, die für den Pulverspritzguss ungeeignet sind.
  • Bei der Gasverdüsung wird ähnlich wie bei der Wasserverdüsung flüssiges Metall aus der Schmelze als Aerosol verdüst und anschließend mit Gas abgekühlt und erstarrt. Da bei der Gasabschreckung der Wärmeübergang weniger schnell als bei der Wasserabschreckung erfolgt, können die Partikel in der Regel die energetisch günstigste Form, nämlich die sphärische Form einnehmen. Typische Partikelgrößen von kommerziell verfügbaren verdüsten Metallpulvern für den Metallpulverspritzguss liegen bei zwischen 10 und 50 µm.
  • Bei der Carbonyleisenzersetzung wird Eisen - zumeist aus Schrott - zunächst in Eisenpentacarbonyl (Fe(CO)5) umgewandelt. Dieses Eisenpentacarbonyl wird nachfolgend thermisch zersetzt. Die entstehenden Partikel weisen ebenfalls eine sphärische Form auf und besitzen typischerweise eine Partikelgröße von zwischen 1 und 10 µm. Während bei der Metallverdüsung zumeist ein Stahlpulver hergestellt wird, ergibt der Carbonyleisenprozeß ein chemisch reines Eisenpulver. Für den Metallpulverspritzguß müssen diesem Pulver andere Legierungselemente in Pulverform beigemischt werden.
  • Die vorerwähnten Verfahren zur Herstellung von Eisen- und Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss haben für sich jeweils spezifische Nachteile. So muss das Wasser- bzw. Gasverdüsen aus einer Schmelze des Vormaterials erfolgen, was zu einem erhöhten Energiebedarf führt. Weiterhin muss das Abschreckmedium umlaufend gekühlt und gegebenenfalls vor Verunreinigung gereinigt werden, bevor dieses wieder in die Atmosphäre abgegeben oder wieder verwendet werden kann. Energieaufwendig ist ebenfalls die Herstellung von Carbonyleisenpulvern im Wege der thermischen Zersetzung.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen bekannt, die Eigenschaften von Metallpulvern für die Pulvermetallurgie in günstiger Weise zu beeinflussen. So schlägt beispielsweise die WO 99/59753 vor, anorganische Oxyde mit einem mittleren Korngrößendurchmesser von weniger als 500 nm dem Eisenpulver zuzusetzen, um dessen Fließeigenschaften günstig zu beeinflussen. Ähnliche Vorschläge, die insbesondere die Fließ- und Kompressionseigenschaften von Eisenpulvern für das Pulverpressen begünstigen, sind beispielsweise auch aus der US-3,357,818; US-5,132,338 sowie US-4,946,499 bekannt. Auch die US-5,976,215 offenbart ein Eisenpulver für die Pulvermetallurgie, welches durch Zugabe eines thermoplastischen Haftvermittlers gegenüber Segregation unterschiedlich großer Pulverkörner besser geschützt ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein kostengünstiges und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss anzugeben, welches den obigen Anforderungen gerecht wird.
  • Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass Eisen- oder Stahlpulver für den pulvermetallurgischen Spritzguss unter Beachtung der hier erforderlichen Korngrößen und Korngrößenverteilungen sowie der gewünschten Form der Pulverkörner wirtschaftlich und mit hohem Ertrag auch mit einem vollkommen anderen Verfahren als den bekannten und insofern gängigen Pulverherstellungsverfahren hergestellt werden kann, in dem das eisenhaltige Basismaterial als Salz in einem Bad aufgelöst und die in dem Bad gebildete Lösung als Tropfen aus dem Bad abgeführt wird. Das in dem Tropfen enthaltene Eisen wird zu Pulverkörnern getrocknet. Vorzugsweise wird bei dieser Trocknung aus jedem separat aus dem Bad abgeführten Tropfen ein separates Pulverkorn des Eisen- bzw. Stahlpulvers erzeugt. Durch Trocknung der Lösung entsteht zunächst ein Pulver des Eisensalzes. Dieses wird anschließend zu dem reinen Eisenpulver umgesetzt. Die Umsetzung von Eisensalz zu Eisenpulver kann durch Reduktion oder durch thermische Spaltung erfolgen.
  • Die Trocknung des Tropfens kann in einer Weise erfolgen, dass bereits während der Trocknung das Metallpulver gewonnen wird. Bei dieser Trocknung kommen insbesondere Gegenstromverfahren zum Einsatz, bei denen der Tropfen vorzugsweise mittels Schwerkraft in einem Sprüh- bzw. Trocknungsturm bewegt und entgegen der Bewegungsrichtung mit einem Gas, vorzugsweise einem erhitzten Reaktionsgas beströmt wird, welche die Gewinnung des Metalls fördert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss ist vollkommen neu und unterscheidet sich grundsätzlich von sämtlichen bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Pulver. Allein aus der US-6,159,267 ist ein Verfahren zum Trocknen einer Flüssigkeit bekannt, die Palladiumsalze enthält und mit dem sich Palladiumkörner mit einer mittleren Korngröße von zwischen 0,1 und 0,5 µm erzeugen lassen. Diese sehr kleinkörnigen Pulver werden zur Verbesserung der Leitfähigkeit elektrischer Bauteile mittels Dünn- oder Dickfilmtechnologien auf die Oberfläche von Leiterplatten oder dergleichen aufgebracht. Das in diesem Stand der Technik beschriebene Pulver ist jedoch für die Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen im Wege der Pulvermetallurgie, insbesondere im Wege des pulvermetallurgischen Spritzgießens untauglich.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Pulver mit einer mittleren Korngröße, insbesondere von zwischen 1 und 100 µm, vorzugsweise zwischen 2 und 50 µm hergestellt, wozu insbesondere die Anregung der Flüssigkeit zur Erzeugung geeignet großer Tropfen des Metallsalzes in geeigneter Weise angepasst wird.
  • Zur Generierung der erforderlichen Tropfen wird vorzugsweise das Bad frequenzangeregt, insbesondere durch Anregung im Ultraschallbereich. Von dem so angeregten schwingenden Bad springen einzelne Tropfen geeigneter Korngröße von der Oberfläche des Bades ab. Der so gebildete Nebel wird vorzugsweise durch eine insbesondere tangential über die Oberfläche des Bades streichende Gasströmung abgefördert. Alternativ ist auch eine Tropfenerzeugung mittels Verdüsung, beispielsweise durch Durchströmung einer Gasinjektionsdüse möglich. Diese kann insbesondere zusätzlich mittels Ultraschall angeregt werden, um die Ausbildung sehr feiner Tropfen des eisenhaltigen Salzes zu begünstigen.
  • Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Eisen- oder Stahlpulver weist vorzugsweise einen Masseanteil von wenigstens 45 Gew.-% auf, der in der Korngrößenfraktion zwischen 2 und 30 µm liegt. Der Anteil der Korngrößenfraktion unterhalb einer Korngröße von 1 µm liegt hierbei bei weniger als 1 Gew.-% oder weniger. Der Masseanteil der großen Körner mit einem Durchmesser von ≥ 45 µm ist auf weniger als 10% beschränkt. Bei dieser Korngrößenverteilung sind keine Körner größer als 80 µm in dem Pulver enthalten.
  • Besonders bevorzugt ist indes eine Korngrößenverteilung, bei der wenigstens 45 Gew.-% des Pulvers in einem Korngrößenintervall von zwischen 1 und 15 µm liegen. Vorzugsweise liegt der untere Grenzwert dieser Fraktion bei 2 µm. Der Anteil von Körnern kleiner 0,5 µm liegt unterhalb von 1 Gew.-%. Sehr große Körner mit einer Korngröße von über 20 µm sind auf einen Masseanteil von 10% oder weniger, bezogen jeweils auf die Gesamtmasse des Pulvers, bei dieser bevorzugten Korngrößenverteilung mit einer maximalen Korngröße im Pulver von 50 µm beschränkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Tropfen mit einem Durchmesser von 8 µm bis 200 µm erzeugt. Die Größe und Größenverteilung der Tropfen lässt sich insbesondere dadurch kontrollierbar einstellen, dass die Tropfen von einem Flüssigkeitsfilm vorbestimmter Filmdicke der in einer in Schwingung versetzten Wanne ausgebildet wird, abspringen. Die Größe und Größenverteilung der Tropfen lässt sich insbesondere dadurch kontrollierbar einstellen, dass die Tropfen von einem Flüssigkeitsfilm vorbestimmter Filmdicke der in einer in Schwingung versetzten Wanne ausgebildet wird, abspringen. Der kleinste erzeugte Tropfen hat vorzugsweise einen kleinsten Durchmesser von 4 µm, bevorzugt von 8 µm.
  • Diese Korngrößenverteilung wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Trocknen der Tropfen erhalten, was bedeutet, dass keine Klassifizierung des getrockneten Metallpulvers nachgeschaltet werden muss.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Eisen enthaltender Feststoff zu Eisen(II)-chlorid gelaugt. Die Laugung kann beispielsweise mit Salzsäure oder mit Eisen(III)-chlorid erfolgen. Durch die Laugung entsteht - in beiden Fällen - Eisen(II)-chlorid. Diese Eisen(II)-chlorid-Lösung kann entweder direkt den Folgeprozessen zur Pulverherstellung zugeführt werden oder zunächst durch Chlorierung mittels Chlorgas in Eisen(III)-chlorid überführt werden. Der Folgeprozess auf Basis Eisen(III)-chlorid ist hinsichtlich der thermischen Spaltung vorteilhaft, da diese bei niedrigen Temperaturen abläuft.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird das in dem Bad enthaltene Salz zunächst in Pulverform getrocknet. Hierzu werden die Tropfen vorzugsweise einem Ofen zugeführt, beispielsweise über ein die Tropfen mitschleppendes Reaktions- oder Inertgas. Am Ende dieses Trocknungsschrittes liegt das Salz in Pulverform vor und kann zwischengelagert werden. Das pulverförmige Salz wird dann einem weiteren Behandlungsschritt zur Gewinnung des Stahl- bzw. Eisenpulvers durch Reduktion oder durch thermische Spaltung zugeführt. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise Wirbelschichtöfen für eine solche Verfahrensführung nicht geeignet sind, da sie die gewünschte Pulverform nicht zuverlässig erhalten. Dementsprechend wird vorzugsweise das Salz in einem Trocknungsturm in Schwerkraftrichtung bewegt. Zur thermischen Spaltung wird dieser mit Inertgas im Gegenstrom beaufschlagt, zur Reduktion vorzugsweise mit Wasserstoff. Am unteren Ende des Trocknungsturmes wird folglich das Stahl- oder Eisenpulver erhalten. Der Prozessschritt der Tropfentrocknung und der Umsetzung von Eisensalz zu Eisen kann auch in einem Verfahrensschritt zusammengeführt werden. Die Trennung der Verfahrensschritte gibt jedoch eine Möglichkeit zur kostengünstigen Klassifizierung auf Basis des Vorproduktes des Eisensalz-Pulvers.
  • Vorzugsweise wird bei der Verfahrenswahl der Reduktion mit einer Laugung mit Salzsäure verbunden. Dies ermöglicht die Rückgewinnung der benötigten Salzsäure in der Reduktion des Eisensalzes. Dahingegen wird die thermische Spaltung mit der Laugung mit Eisen(III)-chlorid verknüpft. Hierbei kann das zur Herstellung des Eisen(III)-chlorids benötigte Chlorgas in der thermischen Spaltung wieder gewonnen werden.
  • Die vorstehende Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Als erster Prozessschritt werden Stahlspäne in Salzsäure gelaugt. Bei den Stahlspänen handelt es sich um Abfallmaterial aus dem Bereich der Warmumformung, der Stahltyp ist ein SAE 8620. Die Laugung erfolgt bei 80°C innerhalb von 2 Stunden in 32%-tiger Salzsäure. Die Eisenchloride liegen in der Salzsäure in einer Konzentration von zwischen 450 g/l und 150 g/l vor. Die optimale Konzentration wird unter Berücksichtigung des Einflusses auf die Viskosität der Lösung und somit auf den Tropfendurchmesser gewählt. Die Lösung wird gefiltert, um unlösliche Kohlenstoffanteile abzutrennen.
  • Im zweiten Schritt wird die Lösung in einen Ultraschallfrequenzgenerator gegeben. Durch Schwingungen des Gefäßbodens werden an der Flüssigkeitsoberfläche Tropfen definierter Größe generiert. Bei dem Ausführungsbeispiel wurde eine Frequenz von 800 kHz an den Gefäßboden angelegt. Die dabei erzeugten Tropfen wurden mittels einer, die Oberfläche tangential überstreichenden Wasserstoff-Strömung von 1 l/min abtransportiert. Der resultierende Tröpfchennebel wurde bei den orientierenden Versuchen im Labormaßstab durch einen Quarzofen mit einem Volumen von 0,015 l durchgeleitet, entsprechend einer Verweilzeit der Tropfen im Ofen von 0,9 Sekunden.
  • Bei dieser Verfahrensführung ergab sich ein chlorfreies Stahlpulver mit sphärischer Partikelform und einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 5 µm. Das Stahlpulver enthielt die identische Legierungszusammensetzung wie das Ausgangspulvers bis aus den in der Laugung nicht löslichen Bestandteil Kohlenstoff.
  • Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird Eisen in Form von Stäben, Blöcken bzw. Spänen in ein Eisen(III)-chloridbad eingebracht und dort gelaugt. Das hierbei gewonnene Eisen(II)-chlorid wird durch Einleiten von Chlorgas in das Chloridbad aufchloriert zu Eisen(III)-chlorid. Aus diesem Bad werden Tropfen gewonnen, beispielsweise durch Eindüsen des Bades in einen Sprühturm. Aus diesem Sprühturm wird getrocknetes Eisenchloridsalz ausgefördert. Das Eisenchloridsalz wird einem Ofen, beispielsweise einem Induktionsofen mit einem darin eingeschobenen Glasrohr zugeführt, welches sich in vertikaler Richtung streckt. Dieser Ofen wird kontinuierlich von oben mit Eisenchlorid-Pulver beladen, welches in Gegenrichtung der Eisenchloridbeladung mit Stickstoff beströmt wird, um die in dem Ofen bei der thermischen Spaltung entstehenden Chlor-Anionen am oberen Ende des Ofens auszufördern. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass bei dieser thermischen Spaltung Eisen(III)-chlorid unmittelbar in Eisen und Chlor gespalten werden kann, ohne dass Eisen(II)-chlorid als Zwischenprodukt entsteht. Mit anderen Worten wird die thermische Spaltung bei einer Temperatur von nicht mehr als 400°C durchgeführt, was zu einer energieschonenden Verfahrensführung beiträgt. Das mit Chlor beladene Stickstoffgas wird zur Aufchlorierung des Eisenchlorid-Bades zusammen mit dem Stickstoff in dieses eingeleitet. Der Stickstoff gast aus diesem Bad ab, wird abgesogen und der thermischen Spaltung zugeführt.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulver für den Metallpulverspritzguss,
    - bei dem eisenhaltiges Ausgangsmaterial als Salz in einem Bad aufgelöst wird;
    - die in dem Bad gebildete Lösung als Tropfen aus dem Bad abgeführt; und
    - die Tropfen zu Eisen enthaltenden Pulverkörnern getrocknet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen mittels Frequenzanregung des Bades erzeugt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen mittels Verdüsung, insbesondere in einer Gasinjektionsdüse erzeugt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad bzw. die Düse mittels Ultraschall in Schwingung gebracht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Eisen enthaltender Feststoff in ein Chloridbad eingebracht wird und dass die Tropfen aus dem Chloridbad erzeugt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz in Pulverform getrocknet und dass das Stahl- oder Eisenpulver aus dem getrockneten Salz gewonnen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahl- oder Eisenpulver durch thermische Spaltung des Salzes gewonnen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tropfen mit einem mittleren Durchmesser von zwischen 4 µm und 400 µm und vorzugsweise von zwischen 8 µm und 200 µm erzeugt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen- oder Stahlpulver mit einem Gewichtsanteil von wenigstens 45 Gew.-% in einem Korngrößenintervall von 2 bis 30 µm, einer kleinsten Korngrö-βenfraktion von weniger als 1 Gew.-% unterhalb einer Korngröße von 1 µm und einer größten Korngrößenfraktion von nicht mehr als 10 Gew.-% oberhalb einer Korngröße von 45 µm, hergestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen- oder Stahlpulver mit einem Gewichtsanteil von wenigstens 45 Gew.-% in einem Korngrößenintervall von 1 bis 15 µm, einer kleinsten Korngrö-βenfraktion von weniger als 1 Gew.-% unterhalb einer Korngröße von 0,5 µm und einer größten Korngrößenfraktion von nicht mehr als 10 Gew.-% oberhalb einer Korngröße von 20 µm, hergestellt wird.
EP04024405A 2004-10-13 2004-10-13 Verfahren zur Herstellung von Eisen- oder Stahlpulvern für den Metallpulverspritzguss Withdrawn EP1647344A1 (de)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB662051A (en) * 1948-01-06 1951-11-28 Davide Primavesi Improved chemical process for producing powdered iron
US4428894A (en) * 1979-12-21 1984-01-31 Extramet Method of production of metallic granules, products obtained and a device for the application of the said method
US5044613A (en) * 1990-02-12 1991-09-03 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Uniform and homogeneous permanent magnet powders and permanent magnets
JPH0474811A (ja) * 1990-07-18 1992-03-10 Agency Of Ind Science & Technol 化学還元による金属微粉末の製造法
US5609919A (en) * 1994-04-21 1997-03-11 Altamat Inc. Method for producing droplets
US20030116745A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-26 Kawasaki Steel Corporation Magnetite-iron based composite powder, magnetite-iron based powder mixture, method for producing the same, method for remedying polluted soil, water or gases and electromagnetic wave absorber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB662051A (en) * 1948-01-06 1951-11-28 Davide Primavesi Improved chemical process for producing powdered iron
US4428894A (en) * 1979-12-21 1984-01-31 Extramet Method of production of metallic granules, products obtained and a device for the application of the said method
US5044613A (en) * 1990-02-12 1991-09-03 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Uniform and homogeneous permanent magnet powders and permanent magnets
JPH0474811A (ja) * 1990-07-18 1992-03-10 Agency Of Ind Science & Technol 化学還元による金属微粉末の製造法
US5609919A (en) * 1994-04-21 1997-03-11 Altamat Inc. Method for producing droplets
US20030116745A1 (en) * 2001-11-30 2003-06-26 Kawasaki Steel Corporation Magnetite-iron based composite powder, magnetite-iron based powder mixture, method for producing the same, method for remedying polluted soil, water or gases and electromagnetic wave absorber

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 016, no. 284 (M - 1270) 24 June 1992 (1992-06-24) *

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