Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern durch Verdüsen eines flüssigen Metallstrahles bekannt.
Normalerweise wird der Metallstrahl durch eine Ringdüse zentral geführt und die Verdüsungsmittel wie Luft, Dampf oder Wasser werden durch den äusseren Ringschlitz der Düse konzentrisch mit dem Metall in Verbindung gebracht. Beim Verdüsen mit Luft oxydiert das flüssige Metall so stark, dass eine nachträgliche Reduktion erforderlich ist. Beim Ver- düsen mit Dampf sind grosse Dampferzeuger und Dampfspeicher und Kompressoren notwendig. Beide Verfahren sind recht aufwendig und die resultieren den Pulver teuer.
Die Herstellung von Metallpulvern durch Ver- düsen mittels Druckwasser wurde bisher so vorge nommen, dass ein Wasserstrahl bis zu max. 30 atü Druck so geführt wurde, dass dieser mit einem Win kel von 1 bis max. 15 aus der Düse austritt und den flüssigen Metallstrahl wie einen Mantel umgibt. Die ses Verfahren ergibt ein Metallpulver, deren Korn grössenanteil relativ grob ist.
Da in der Pulvermetallurgie und auch für die Umhüllung von Schweisselektroden und für die ma gnetische Saatgutreinigung Pulver mit einer Korn- grösse unter 0,40 mm benötigt werden, ist auch dieses Verfahren wgeen des hohen Grobkornanteiles nicht wirtschaftlich.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern zeichnet sich dadurch aus, dass Wasser mit einem Druck von 30-100 atü aus einer Ringdüse gepresst wird und konzentrisch auf einen zentral geführten flüssigen Metallstrahl mit einem Winkel von 15-50 auftrifft, derart, dass der Metall strahl im Brennpunkt der Ringdüse, der einen Ab stand von 1-20 cm von der Düsenaustrittskante hat, vom Wasser in feine Partikelchen zerrissen wird,
die dabei gleichzeitig von Wasser und aus demselben stammendem Wasserstoff umhüllt und dadurch im wesentlichen vor Oxydation geschützt werden.
Bei einem Abstand des Brennpunktes von über 20 cm von der Düsenaustrittskante verliert das Was ser durch die Luftreibung zu viel Energie, um den Metallstrahl wirksam zu zerreissen. Anhand der beigefügten Skizze wird das erfin- dungsgemässe Verfahren beispielsweise erläutert. C ist der zentral geführte Metallstrahl auf den der mit 30-100 atü aus der Düse austretende Wasserstrahl A im Winkel von 15-50 mit hoher Geschwindigkeit auftrifft und im Brennpunkt f = 1-20 cm den Metall strahl zerreisst und die Metallpulverpartikelchen ein hüllt. Diese fallen im allgemeinen dann anschliessend in ein Wasserbad.
Als Beispiel werden die Ergebnisse bei der Ver- düsung von Weicheisen angeführt, wie sie im Werk des Anmelders erhalten wurden:
EMI0001.0042
<I>Chemische <SEP> Analyse <SEP> der <SEP> Schmelze:</I>
<tb> C <SEP> = <SEP> 0,10 <SEP> 0/<B>0</B> <SEP> P <SEP> = <SEP> 0,0080 <SEP> <B>0</B>/<B>0</B>
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0,076 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0,48 <SEP> a/o <SEP> S <SEP> = <SEP> 0,015 <SEP> 0/<B><I>0</I></B> Verdüsungstemperatur: <B>1670'C</B> Verdiiste <I>Menge:</I> 1080 kg,<I>Austrittswinkel:
a =</I> <I>Druck des Presswassers:</I> 43 atü <I>Analyse des erhaltenen Pulvers:</I>
EMI0001.0045
<I>Chemische <SEP> Analyse:</I>
<tb> C <SEP> = <SEP> 0,063 <SEP> <B>%</B> <SEP> P <SEP> = <SEP> 0,0060 <SEP> %
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0,074 <SEP> % <SEP> S <SEP> = <SEP> 0,014 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0,45 <SEP> O <SEP> = <SEP> 1,32 <SEP> % <SEP> (HZ-Verlust)
EMI0002.0001
<I>Siebanalyse:</I>
<tb> <U>0,40 <SEP> mm <SEP> 0,30 <SEP> mm <SEP> 0,20 <SEP> mm <SEP> 0,15 <SEP> mm <SEP> 0,10</U> <SEP> mm <SEP> <U>0,060 <SEP> m</U>m <SEP> <U>0,060 <SEP> m</U>m
<tb> 0,20 <SEP> 0/0 <SEP> 14,20 <SEP> 0/0 <SEP> 22,80 <SEP> 0/0 <SEP> 14,30 <SEP> % <SEP> 15,70 <SEP> 0/0 <SEP> 17,40 <SEP> 0/0 <SEP> 15,40 <SEP> 0/0 <I>Füllvolumen:</I> 30 cm-1/100 g <I>Fülldichte:
</I> 3,44 g/cms Klopfvolumen: 25 cm/100 g <I>Klopfdichte:</I> 4,00 g/cm$ <I>Flussverhalten:</I> 30"/50 g (0,15 mm Korngrösse) <I>Kornform:</I> ungleichmässig = spratzig <I>Mittlere Korngrösse</I> gemäss <I>Diagramm</I> Rosin- Rammler:
0,19 mm Verringert man den Wasserdruck auf 30-40 atü, so erhält man nach dem gleichen Verfahren ein etwas gröberes Eisenpulver, das bestens geeignet ist, zur Verwendung zum Putzen von Gussteilen usw. (Gra- nallias).
Anstelle des obigen, spratzig-irregulären Kornes erhält man eine kugelige Kornstruktur, wenn man den Stahl anstelle von Mangan mit Silizium beruhigt, und zwar so, dass der Si-Gehalt über dem Mn-Ge- halt liegt. Auf diese Weise ist beim Eisenpulver unter Beibehaltung des gleichen Verfahrens die Komstruk- tur variabel. Bei Kupfer- und Messingpulver wird durch Zugabe von Phosphor die kugelige Kornform erhalten.
Process for the production of metal powders Various processes for the production of metal powders by atomizing a liquid metal jet are known.
Normally, the metal jet is guided centrally through an annular nozzle and the atomizing agents such as air, steam or water are brought into contact concentrically with the metal through the outer annular slot of the nozzle. When atomized with air, the liquid metal oxidizes so strongly that a subsequent reduction is necessary. When spraying with steam, large steam generators and steam accumulators and compressors are necessary. Both processes are quite complex and the result is the powder expensive.
The production of metal powders by atomizing with pressurized water has been done so far that a water jet of up to max. 30 atmospheres pressure was performed so that it is with an angle of 1 to max. 15 emerges from the nozzle and surrounds the liquid metal jet like a jacket. This ses process results in a metal powder whose grain size is relatively coarse.
Since powder with a grain size of less than 0.40 mm is required in powder metallurgy and also for the coating of welding electrodes and for magnetic seed cleaning, this process is also not economical due to the high proportion of coarse grain.
The method according to the invention for the production of metal powders is characterized in that water is pressed out of an annular nozzle at a pressure of 30-100 atü and strikes concentrically on a centrally guided liquid metal jet at an angle of 15-50, in such a way that the metal jet at the focal point of the ring nozzle, which stood at a distance of 1-20 cm from the nozzle outlet edge, is torn into fine particles by the water,
which at the same time are enveloped by water and hydrogen originating from the same and are thereby essentially protected from oxidation.
If the focal point is more than 20 cm from the nozzle outlet edge, the water loses too much energy due to air friction to effectively tear the metal jet apart. The method according to the invention is explained, for example, on the basis of the attached sketch. C is the centrally guided metal jet on which the water jet A emerging from the nozzle with 30-100 atmospheres hits at an angle of 15-50 at high speed and at the focal point f = 1-20 cm the metal jet tears and the metal powder particles are enveloped. These then generally fall into a water bath.
As an example, the results for the atomization of soft iron are given as they were obtained in the applicant's works:
EMI0001.0042
<I> Chemical <SEP> analysis <SEP> of the <SEP> melt: </I>
<tb> C <SEP> = <SEP> 0.10 <SEP> 0 / <B> 0 </B> <SEP> P <SEP> = <SEP> 0.0080 <SEP> <B> 0 </ B> / <B> 0 </B>
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0.076 <SEP>%
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0.48 <SEP> a / o <SEP> S <SEP> = <SEP> 0.015 <SEP> 0 / <B> <I> 0 </I> </ B> atomization temperature: <B> 1670'C </B> atomization <I> amount: </I> 1080 kg, <I> exit angle:
a = </I> <I> Pressure of the press water: </I> 43 atü <I> Analysis of the powder obtained: </I>
EMI0001.0045
<I> Chemical <SEP> analysis: </I>
<tb> C <SEP> = <SEP> 0.063 <SEP> <B>% </B> <SEP> P <SEP> = <SEP> 0.0060 <SEP>%
<tb> Si <SEP> = <SEP> 0.074 <SEP>% <SEP> S <SEP> = <SEP> 0.014 <SEP>%
<tb> Mn <SEP> = <SEP> 0.45 <SEP> O <SEP> = <SEP> 1.32 <SEP>% <SEP> (HZ loss)
EMI0002.0001
<I> Sieve analysis: </I>
<tb> <U> 0.40 <SEP> mm <SEP> 0.30 <SEP> mm <SEP> 0.20 <SEP> mm <SEP> 0.15 <SEP> mm <SEP> 0.10 < / U> <SEP> mm <SEP> <U> 0.060 <SEP> m </U> m <SEP> <U> 0.060 <SEP> m </U> m
<tb> 0.20 <SEP> 0/0 <SEP> 14.20 <SEP> 0/0 <SEP> 22.80 <SEP> 0/0 <SEP> 14.30 <SEP>% <SEP> 15 , 70 <SEP> 0/0 <SEP> 17.40 <SEP> 0/0 <SEP> 15.40 <SEP> 0/0 <I> Filling volume: </I> 30 cm-1/100 g <I > Fill density:
</I> 3.44 g / cms tap volume: 25 cm / 100 g <I> tap density: </I> 4.00 g / cm $ <I> flow behavior: </I> 30 "/ 50 g (0, 15 mm grain size) <I> grain shape: </I> uneven = lumpy <I> mean grain size </I> according to <I> diagram </I> Rosin-Rammler:
0.19 mm If the water pressure is reduced to 30-40 atü, a somewhat coarser iron powder is obtained using the same process, which is ideally suited for cleaning cast parts, etc. (granallias).
Instead of the above irregular grain, a spherical grain structure is obtained if the steel is calmed with silicon instead of manganese, in such a way that the Si content is higher than the Mn content. In this way, the structure of iron powder is variable while maintaining the same process. In the case of copper and brass powder, the spherical grain shape is obtained by adding phosphorus.