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Verfahren zur Herstellung von Aluminiumsinterkörpern
Es ist ein Verfahren
bekannt, nach welchem oberflächlich oxydiertes, fettarme Aluminiumblättchenpulver,
dessen Teilchen mindestens zu 50 0/o in einer Dimension weniger als 2y messen, bei
hoher Temperatur, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls, z. B. bei 500°
C, zusammengepreßt oder warmverformt wird, wobei ein Sintern stattfindet. Auf diese
Weise kann man mit Reinaluminiumpulver Sinterkörper erhalten, welche etwa folgende
Festigkeiten mindestens in einer Richtung haben: Streckgrenze ... .. 25 bis 30 kg/mm2
Zugfestigkeit .... . 30 bis 35 kg/mm2 Dehnung (<3 Io) . .. 5 bis 8 ovo Brinellhärte
. . . 80 bis IOO kg/mm2 Durch eine Glühung auf beispielsweise 200 bis 500° C werden
diese Eigenschaften nicht beeinträchtigt, während kaltgerecktes Aluminium oder durch
Wärmebehandlung vergütete Aluminiumlegierungen unter diesen Umständen eine starke
Herabsetzung der Streckgrenze, der Zugfestigkeit und der Brinellhärte erfahren.
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Für die Herstellung dieser Aluminiumsinterkörper eignet sich das
im wesentlichen fettfreie, blättchenförmige Aluminiumpulver des Handels, das meistens
genügend fein und ohne weiteres Zutun schon genügend oxydiert ist. An Stelle von
Reinaluminiumblättchenpulver kann auch Blättchenpulver aus legiertem Aluminium benutzt
werden, sofern die hohen Festigkeiten auch nach einem Glühen erhalten werden und
das spezifische Gewicht höchstens 5, vorzugsweise aber unter 3 g/cm3 beträgt. Man
kann auch Fremdmetallpulver oder andere Substanzen zusetzen, vorausgesetzt, daß
das Ergebnis nicht in nennenswerter
Weise beeinträchtigt wird. Das
Verfahren ist beispielsweise in folgenden Patenten beschrieben: Deutsche Patentschrift
837 467, schweizerische Patentschriften 250 II8 und 259 878, britische Patentschrift
625 364, französische Patentschrift 949 389, holländische Patentschrift 66 566,
italienische Patentschriften 43r 577 und 435 OIO.
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Das Verfahren läßt sich mit dem sogenannten »atomisierten«, durch
Zerstäubung aus dem flüssigen Zustand erhaltenen Aluminiumpulver sowie aus Aluminiurugrieß
nicht durchführen, d. h., die durch Sintern von atomisiertem Aluminiumpulver oder
von Aluminiumgrieß erhaltenen Leichtmetallkörper weisen bei weitem nicht die oben
angegebenen hohen Festigkeiten auf; sie erreichen nämlich mit atomisiertem Pulver
eine Streckgrenze von beispielsweise x2kg/mm2, eine Zugfestigkeit von I8 kglmm2
und eine Brinellhärte von 44 kg/mm2, mit Aluminiumgrieß eine Streckgrenze von etwa
7 kg/mm2, eine Zugfestigkeit von 12 kg/mm2 und eine Brinellbärte von 32 kg/mm2.
Bei Verwendung von atomisiertem Pulver oder von Grieß aus Aluminiumlegierungen statt
aus Reinaluminium kann man zwar höhere Werte als diejenigen der auf dem normalen
Wege hergestellten Legierungen in weichgeglühtem Zustand erreichen, bei weitem aber
nicht die eingangs angegebenen hohen Werte.
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Das Verfahren läßt sich auf verschiedene Weise durchführen, z. B.
a) Kaltvorpressen, Sintern, Warmnachpressen; b) Kaltvorpressen, Warmnachpressen
und Sintern; c) Warmpressen und Sintern.
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Selbstverständlich können andere Arbeitsvorgänge eingeschaltet werden.
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Beim Kaltvorpressen wendet man zweckmäßig einen Druck von über 2
t/cm2 an. Beim Warmpressen kann man bis zu dem für die Preßwerkzeuge noch zulässigen
Druck gehen.
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Beim Warmpressen und Sintern wird die Temperatur zweckmäßigerweise
so hoch sein, daß die gewünschte Beschaffenheit des Leichtmetallkörpers in wirtschaftlich
tragbarer Zeit erhalten wird. Anderseits darf die Temperatur nicht so hoch sein,
daß schließlich ein Gußstück statt ein Sinterkörper erhalten wird, denn Gußstücke
können die angegebenen hohen Festigkeiten nicht erreichen.
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Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Leichtmetallkörper
lassen sich bei erhöhter Temperatur, z.B. 4500 G, warm verformen, z. B. durch Strangpressen.
Eine solche nachträgliche Warmverformung hat auch den Vorteil, daß infolge der starken
Durchknetung die Dichte des Körpers in den meisten Fällen noch erhöht wird, und
zwar auf einen Wert, der ohne Verformung nur durch übermäßig lange Warmpressung
erzielt werden kann.
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Man kann durch Kaltpressen und nachfolgendes Warmverformen von oberflächlich
oxidiertem Leichtmetallpulver bei Temperaturen von über 350°, die 500" nicht zu
überschreiten brauchen, Leichtmetallkörper mit einer Zugfestigkeit von über 25,
vorzugsweise von mindestens 30 kglmm2 wenigstens in einer Richtung, und mit einer
Brinellhärte von mindestens 75 kg/mm2 auch im geglühten Zustand erhalten, ohne daß
ein Sintern und ein besonderes Warmpressen notwendig sind.
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Das obenerwähnte Warmpressen zur Verdichtung des Leichtmetallkörpers
darf mit dem Warmverformen nicht verwechselt werden. Ein Warmpressen liegt vor,
wenn die Pulverteilchen einfach ohne eigentlichen Fließvorgang gegeneinandergepreßt
werden, was üblicherweise in einem hohlen Zylinder erfolgt, während beimWarmverformen
(Strangpressen, Warmpressen im Gesenk u. dgl.) ein Fließen, d. h. ein Aufeinandergleiten
der Pulverteilchen, stattfindet. Unter Warmverformen ist also ein Warmpressen zu
verstehen, das mit einem Kneten verbunden ist.
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Das feine Aluminiumblättchenpulver, das für die Ausführung des erwähnten
Verfahrens zur Herstellung von Leichtmetallsinterkörpern im Handel zur Verfügung
steht, hat den großen Nachteil eines sehr geringen Schüttgewichteg. Das handelsübliche
feine Aluminiumblättchenpulver, das für Anstriche benutzt wird und fetthaltig ist
(z. B. 2 bis 3 0/o Schmiermittel), hat ein Schüttgewicht von rund 0,27 bis 0,35
kg/l.
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Das entsprechende, unter gleichen Bedingungen hergestellte, aber unpolierte
und fettfreie (schmiermittelfreie) oder nahezu fettfreie Aluminiumblättchenpulver,
das in der Pyrotechnik verwendet wird, hat ein Schüttgewicht von rund o,og bis 0,2
kg/l, was bedeutet, daß zur Herstellung eines zylindrischen Sinterkörpers von IO
cm Höhe und eines spezifischen Gewichtes von 2,7 glcm3 eine zylindrische Säule von
Reinaluminiumblättchenpulver von 300 bis I35 cm zusammengepreßt werden muß. Dies
verursacht Schwierigkeiten, da Pressen mit sehr großen Hüben erforderlich sind.
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Werden zusammenhängende Sinterkörper von verhältnismäßig großer Höhe
erwünscht, so muß man mehrere Vorpreßlinge, die man durch Kaltvorpressen erhalten
kann, übereinanderlegen und dann gemeinsam bei hoher Temperatur zusammenpressen
oder warm verformten, wobei auch ein Sintern stattfindet. Dadurch können sich aber
an den Verbindungsstellen der Vorpreßlinge schwächere Stellen ergeben, welche die
Festigkeit des fertigen Stückes beeinträchtigen. Dies dürfte darauf zurückzuführen
sein, daß diese Verbindungsstellen infolge des Aufheizens einen wesentlich höheren
Oxydgehalt aufweisen und sich nicht so gut verbinden als die Pulverteilchen an den
übrigen Stellen des Preßlings untereinander. Bekanntlich ist es möglich, das Schüttgewicht
von handelsüblichem Alumlniumblättchenpulver durch Rütteln oder Abklopfen der Behälterwand
leicht zu erhöhen, wobei aber nach dem Rütteln oder Klopfen nicht mehr von einem
eigentlichen Schüttgewicht gesprochen werden kann, sondern eher von einem »scheinbaren
spezifischen Gewicht«. Es gibt schmiermittelhaltige Aluminiumblättchenpulver im
Handel, deren scheinbares spezifisches Gewicht nach Rütteln oder Klopfen rund 0,55
kg/l beträgt; das ist das Höchste, was unseres Wissens mit im Handel befindlichem
feinem, poliertem und schmiermittelhaltigem Aluminiumblättchenpulver erhalten werden
kann.
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Im Buche »Aluminium Bronze Powder and Aluminium Paintv von Junius
David Edwards, erschienen I927 im Verlag »The Chemical Catalog Company, In. «, New
York, USA., ist für Aluminiumblättchenpulver ein Schüttgewicht vono,7kg/l und darunter
angegeben.
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Bei dem Produkt mit einem Schüttgewicht von 0,7 kg/l
handelt
es sich ohne Zweifel um ein Pulver für Farbanstriche, das poliert war und einen
nennenswerten Schmiermittelgehalt aufwies. Ein entsprechendes fettfreies (schmiermittelfreies)
oder nahezu fettfreies Aluminiumblättchenpulver hätte ein Schüttgewicht von nur
0,2 bis 0,3 kg/l gehabt. Vermutlich waren die Blättchen dieses Pulvers verhältnismäßig
dick und daher der Oxydgehalt wegen zu geringer Oberfläche im Verhältnis zum Blättchenvolumen
ungenügend für die Herstellung von Aluminiumsinterkörpern mit den hohen, weiter
oben angegebenen Festigkeiten. Ein solches fetthaltiges Aluminiumblättchenpulver
mit einem Schüttgewicht von 0,7 kg/l findet sich schon deshalb seit langem nicht
mehr im Handel, weil es ein viel niedrigeres Deckvermögen hat als die heute hergestellten
feineren und leichteren Sorten.
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Erfindungsgemäß werden die obenerwähnten Nachteile der Herstellung
von Sinterkörpern aus Aluminiumpulver mit niedrigem Schüttgewicht durch Verwendung
eines Aluminiumpulvers beseitigt, dessen Teilchen lamellare Struktur (Schieferstruktur)
aufweisen, das trotz einem Schmiermittelgehalt von unter 0,3 O/o ein Schüttgewicht
von mindestens 0,7 kg/l, vorzugsweise von o,8 kg/l und mehr, aufweist. Dieses Aluminiumblättchenpulver
hat einen Aluminiumoxydgehalt von mindestens 60/o, vorzugsweise IO bis 120/0.
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(Unter Aluminiumoxydgehalt ist derjenige gemeint, der durch den Oxydfilm,
mit dem die einzelnen Blättchen überzogen sind, gebildet ist, nicht etwa durch nachträglich
zugesetztes Aluminiumoxyd; nachträglich zugesetztes Aluminiumoxyd, z. B. in Form
von gemahlenem Aluminiumoxydpulver, trägt nicht zur Festigkeit des Sinterkörpers
bei.) Ein Pulver mit weniger als 60/o Aluminiumoxyd ergibt Sinterkörper mit ungenügender
Festigkeit. Bei Sinterkörpern aus Pulver mit einem Oxydgehalt von über I5 0/o ist
die Verformbarkeit schlecht. Das mehr als 15 0/o Aluminiumoxyd enthaltende Pulver
kommt aber noch immer in Frage, wenn Sinterkörper durch einfache Verformungsvorgänge
hergestellt werden sollen.
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Das Aluminiumblättchenpulver mit höherem Schüttgewicht, das für die
Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, war bisher unbekannt, besonders
weil kein Bedürfnis für eine solche Qualität vorhanden war. Das Verfahren zur Herstellung
dieses Pulvers wurde auf unsere Veranlassung erfunden und besteht darin, daß bei
der Herstellung durch Schläge (in Stampfern oder in der Kugelmühle) der Rohstoff
so behandelt wird, daß man wohl Einzelteilchen derselben oder ungefähr derselben
Feinheit wie beim handelsüblichen Aluminiumblättchenpulver erhält, daß aber diese
Einzelteilchen zu mehreren derart miteinander verschweißt sind, daß ein Blättchenpulver
des gewünschten höheren Schüttgewichtes entsteht.
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Dieser Zweck kann dadurch erreicht werden, daß die Zerkleinerung
durch Schläge (durch Stampfen oder in der Kugelmühle) in Gegenwart einer Fett- oder
Ölmenge (Schmiermittel) vorgenommen wird, die niedriger ist als diejenige, die man
üblicherweise zusetzt, um ein leichtes Aluminiumblättchenpulver mit guter Schwimm-
und Deckfähigkeit zu erhalten und das Verschweißen der Aluminiumteilchen untereinander
bei der Zerkleinerung zu verhindern. Üblicherweise setzt man I,5 bis 5 Gewichtsprozent
Stearinsäure, Rizinusölsäure, Specköl, Talg oder andere Schmiermittel mit ähnlichen
Eigenschaften zu. Nach der USA.-Patentschrift 2 OI7 85I wird vorzugsweise eine Fettmenge
von 4°/0 verwendet. Es heißt in dieser Veröffentlichung, daß man bei der Produktion
von groben Pulvern bis auf 20/o Schmiermittel in bezug auf das Metallgewicht hinuntergehen
kann.
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Es ist nun gelungen, ein für die Herstellung von Aluminiumsinterkörpern
hoher Warmfestigkeit sehr gut geeignetes Aluminiumblättchenpulver mit einem Schüttgewicht
von mindestens 0,7 kg/l unter Verwendung einer Fettmenge von unter 1 Gewichtsprozent,
vorzugsweise höchstens o,8 0/o, zu erhalten.
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Die einzelnen Teilchen werden dabei trotz geringem Fettzusatz genügend
zerkleinert; sie schweißen sich zum größten Teil zu mehreren zu etwas größeren Teilchen
mit lamellarer Struktur (Schieferstruktur) zusammen, die trotz ihrer Größe genügend
Aluminiumoxyd (mindestens 60/o) enthalten. Dieser erhöhte Oxydgehalt, dessen Größe
für die Herstellung der warmfesten Aluminiumsinterkörper notwendig ist, ist eben
darauf zurückzuführen, daß die einzelnen Blättchen des fertigen Aluminiumpulvers
hohen Schüttgewichtes nicht homogen sind, sondern schiefrige Struktur aufweisen,
d. h. aus einer Mehrzahl von sehr feinen, stellenweise zusammengeschweißten Lamellen
bestehen, die alle mit einem äußerst dünnen, unter O,OI ju dicken Film von amorphem
Aluminiumoxyd überzogen sind. Es handelt sich hier um eine überraschende Feststellung,
die bisher schon deshalb nicht gemacht werden konnte, weil man von vornherein, d.
h. zu Beginn der Zerkleinerung in den Stampfern oder in der Kugelmühle, ein Zusammenschweißen
der Teilchen verhinderte.
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Fig. I zeigt in Iooofacher Vergrößerung ein handelsübliches, für
pyrotechnische Zwecke weitgehend entfettetes Aluminiumblättchenpulver mit 0,2 0/o
Fett (Stearinsäure) und einem Aluminiumoxydgehalt von II°/o. Das Pulver ist in Kunstharz
eingebettet; die sichtbaren Blättchen sind senkrecht oder nahezu senkrecht geschnitten.
Dieses Pulver hat ein Schüttgewicht von O,I2 kg/l.
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Fig. 2 zeigt in einem in gleicher Weise genommenen Schliffbild und
in Iooofacher Vergrößerung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes
Aluminiumblättchenpulver, das 0,2 0/o Stearinsäure und 110/o Aluminiumoxyd enthält
und ein Schüttgewicht von o,85 kg/l aufweist. Die einzelnen Blättchen sind flächenmäßig
ungefähr gleich groß und auch gleich dick wie im Pulver nach Fig. I; da sie aber
zum größten Teil zu mehreren miteinander verschweißt sind, sind die Pulverteilchen
viel größer als in Fig. I. Durch das Verschweißen ergibt sich das höhere Schüttgewicht.
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Fig. 3 zeigt vom selben Pulver wie in Fig. 2 einige noch gröbere
Pulverteilchen. Die Aufnahmebedingungen waren die gleichen wie für Fig. I und 2.
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Der angegebene Fettgehalt(Stearinsäuregehalt) umfaßt die freie Stearinsäure
und das Aluminiumstearat, das sich immer in gewissem Umfang während der Herstellung
des BIättchenpulvers bildet.
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Wenn man unter den gleichen Bedingungen handelsübliches, fetthaltiges
Aluminiumblättchenpulver für
Anstrichfarben betrachtet, kann man
auch Gebilde wahrnehmen, die auf den ersten Blick ähnlich aussehen wie die aus zusammengeschweißten
Einzelblättchen bestehenden, gröberen Pulverteilchen von Fig. 2 und 3.
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Bei diesem handelsüblichen Aluminiumblättchenpulver sind die einzelnen
Blättchen nicht zusammengeschweißt, sondern durch das Schmiermittel zusammengeklebt;
sie trennen sich voneinander, sobald man sie in ein Fettlösungsmittel, wie Lackbenzin,
einführt. Dieses fetthaltige Pulver ist für die Herstellung von Aluminiumsinterkörpern
hoher Warmfestigkeit völlig unbrauchbar.
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Während der Herstellung des Aluminiumblättchenpulvers mit höherem
Schüttgewicht ist es vorteilhaft, mindestens eine Lagerung von mehreren Wochen,
zweckmäßig von 4 oder mehr Wochen, einzuschalten, was die Erzielung eines garantierten
Oxydgehaltes-und die Vermeidung einer wesentlichen Nachoxydation gewährleistet.
Dadurch wird auch die Gefahr einer Explosion mit ziemlicher Sicherheit vermieden.
Es muß selbstverständlich ein für die Herstellung von Aluminiumsinterkörpern hoher
Warmfestigkeit. bestimmtes Aluminiumblättchenpulver angestrebt werden, das sich
durch lange Lagerung nicht oder praktisch nicht ändert. Wird die mehrwöchige Zwischenlagerung
nicht eingehalten, so kann ein praktisch unveränderliches Aluminiumblättchenpulver
nicht mit Sicherheit erhalten werden. Wenn dann ein solches Pulver nicht auf einmal
verbraucht wird, so werden Sinterkörper erhalten, die in ihren Eigenschaften voneinander
mehr oder weniger abweichen. Aber auch wenn die Gesamtmenge des Pulvers auf einmal
aufgebraucht werden soll, ist es wünschenswert, daß der Erfolg nicht davon abhängig
ist, ob das Pulver mehr oder weniger lang in der Fabrikationsstätte aufbewahrt worden
ist.
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Wie bei der Herstellung des leichten Aluminiumblättchenpulvers für
die Fabrikation der eingangs erwähnten Aluminiumsinterkörper hoher Warmfestigkeit
ist es möglich, schwach legiertes Aluminium an Stelle von Reinaluminium zu benutzen,
ohne das Ergebnis in nennenswerter Weise zu beeinträchtigen.
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Die Herstellung des schweren Aluminiumblättchenpulvers kann in den
üblichen Maschinen erfolgen, z. B. in Stampfern oder in einer Kugelmühle, wie sie
beispielsweise in den schweizerischen Patentschriften 105 987 und 176 695, in der
USA.-Patentschrift I 785 283 und in der britischen Patentschrift 430 777 beschrieben
ist.
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Die bei der Herstellung des schweren Aluminiumblättchenpulvers benutzte
Fettmenge richtet sich nach dem gev. ünschten Erfolg und auch nach den Ausgangsstoffen
und nach der Arbeitsweise.
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Sie muß geringer als IO/o sein und kann beispielsweise o,2 bis o,8
0/o betragen. (Es handelt sich hier wie an allen anderen Stellen der Beschreibung
und- der Ansprüche um Gewichtsprozente, in keinem Fall um Volumprozente.) Die am
meisten verwendeten Fettsäuren, z. B. Stearinsäure, wandeln sich während-der Herstellung
desAluminiumblättchenpulvers zum Teil in entsprechende Aluminiumsalze und bleiben
als solche an der Aluminiumoberfläche haften. Dies läßt sich beispielsweise bei
der Behandlung des fertigen Pulvers durch organischeFettlösungsmittel, z. B. Äthyläther,
nachweisen, indem die noch unveränderten Fettsäuren in Lösung gehen, die fettsauren
Aluminiumsalze dagegen ungelöst bleiben.
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AlsAusgangsstoff für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
eignen sich die durch Auftropfenlassen von flüssigem Aluminium auf eine um eine
vertikale Achse rotierende Scheibe erhaltenen flachen Gebilde sehr gut. Man kann
aber auch von Folienabfällen ausgehen, ebenso von anderen mehr oder weniger feinverteilten
Ausgangsstoffen, wie sie bei der Herstellung von Aluminiumblättchenpulver für Anstrichzwecke
benutzt werden.
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erwindung. Selbstverständlich
sind im Rahmen derselben andere Ausführungsformen möglich.
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Beispiel I Als Ausgangsmaterial werden Aluminiumfolienabfälle mit
einem Reinheitsgrad von 99,2 bis 99,5 0/o verwendet. Sie werden zunächst in sogenannten
Rundstampfern, die den Fachleuten bekannt sind und beispielsweise im Buche »Technologie
des Aluminiums und seiner Legierungen« von A. von Zeerleder, Akademische Verlagsgesellschaft,
Leipzig, 5. Aufl., S. 4I7, abgebildet sind, nach Zugabe von 0,4°/0 Stearinsäure
zerkleinert, und zwar zunächst zur Teilchengröße o bis 3,3 mm und dann zur Teilchengröße
orbis 0,7 mm. Hierauf wird die erhaltene Masse in Mengen von 30 bis 40 kg und ohne
weitere Fettzugabe in eine Kugelmühle der bereits erwähnten Art eingeführt und IO
Stunden unter Schutzgas darin gemahlen. Das erhaltene Aluminiumblättchenpulver weist
einen Fettgehalt von etwa 0,2 0/o, einen Oxydgehalt von etwa In 01, und ein Schüttgewicht
von etwa I kg/l auf. Ähnliche Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn man die Fettzugabe
etwas steigert, so auf o,6, 0,7 oder o,8 O/o. Größere Chargen erfordern ein längeres
Mahlen in der Kugelmühle. Durch Variation der Feinheit des in die Kugelmühle eingebrachten
Materials, der Mahldauer, des Beschickungsgewichtes und des Fettzusatzes können
Oxydgehalt, Fettgehalt und Schüttgewicht geändert werden. So kann der Oxydgehalt
des fertigen Pulvers 8 bis I5 0/o oder noch mehr betragen. Das Schüttgewicht kann
bis auf r,5 kg/l gebracht werden und der Fettgehalt zwischen 0,15 und 0,3 ovo varieren.
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Beispiel 2 Als Ausgangsmaterial wird Aluminium von 99,6 OJo Reinheit
verwendet, das 0,22 bis 0,28 0/o Eisen und 0,I2 bis o,I4°/o Silizium enthält. Die
Verarbeitung zum gewünschten Blättchenpulver höheren Schüttgewichtes für die Sinterung
erfolgt in acht Stufen.
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In der ersten Verarbeitungsstufe werden Streifen von IO bis 15 cm
Länge, I bis 2 cm Breite und O,I bis 0,2 mm Dicke in einer besonderen Gießvorrichtung
hergestellt. Diese Vorrichtung weist eine Pfanne mit Öffnungen im Boden auf; das
in der Pfanne befindliche geschmolzene Aluminium fließt aus und fällt auf eine wassergekühlte,
um eine vertikale Achse rotierende Metallplatte. Die entstehenden, erstarrten Streifen
werden
infolge der Zentrifugalkraft seitlich weggeschleudert und aufgefangen.
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In der zweiten Verarbeitungsstufe werden die erhaltenen Streifen
in Stampfwerken (Rundstampfern) unter Zugabe von 0,40/0 pulverisierter Stearinsäure
zu Schuppen (Blättchen) von einer Größe von o bis 3,3 mm verarbeitet. Das Stampfwerk
besteht aus der Stampfwanne und zwölf im Kreis angeordneten Stösseln von je 45 kg
Gewicht. Der Hub der Stössel beträgt go mm, die Tourenzahl der Hubschnecke 80 je
Minute. Die Produktion eines solchen Stampfwerkes beträgt ungefähr 3,6 kg Schuppen
je Stunde; von Zeit zu Zeit wird Material nachgefüllt. Die Schuppengröße wird durch
Siebe, die in den Auswurföffnungen eingesetzt sind, bestimmt.
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In der dritten Verarbeitungsstufe werden die erhaltenen Schuppen
in einem zweiten, gleichen Stampfwerk auf eine Größe von o bis 0,7 mm nach nochmaligem
Zusetzen von 0,40/0 Stearinsäure weiter zerkleinert.
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Die Maschinenleistung beträgt etwa 4 kg Schuppen je Stunde.
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In der vierten Verarbeitungsstufe werden die Schuppen der Größe von
o bis 0,7 mm in einer Kugelmühle zu Pulverteilchen der Feinheit o bis 0,057 mm weiter
verarbeitet. Die Kugelmühle hat einen inneren Durchmesser von 60 cm, eine Länge
von 3,5 m und weist innen sechs Längsrippen auf. Die Tourenzahl beträgt 38 je Minute.
Die Kugelfüllung besteht aus 1500 kg Stahlkugeln eines Durchmessers von 5,6 mm.
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Der Austrag des Pulvers erfolgt kontinuierlich und pneumatisch. Das
Pulver gelangt auf einen Sichter aus Bronzegewebe, dessen Maschenweite o,o57 mm
beträgt. Das nicht durchgelassene gröbere Material wird in die Kugelmühle zurückgeführt.
Das Mahlen erfolgt hier in bekannter Weise unter Schutzgas mit geringem Sauerstoffzusatz,
wie beispielsweise in folgenden Patenten beschrieben: schweizerische Patentschrift
158 013, französische Patentschrift 716 707, deutsche Patentschrift 6I9 624, italienische
Patentschrift 299 324. In dieser Verarbeitungsstufe wird keine Stearinsäure mehr
zugesetzt. Die Produktion der Kugelmühle beträgt ungefähr In kg je Stunde. Das erhaltene
Pulver hat einen Fettgehalt von 0,4 bis o,6% und einen Oxydgehalt von 4,5 bis 5,5
°/0 Ein Teil des im Stampfwerk zugesetzten Schmiermittels (im ganzen o,8 0/o in
bezug auf die zu verarbeitende Metallmenge) wird durch Oxydation und Umsetzung zu
Aluminiumsalzen bei der Verarbeitung aufgebraucht. Bei der Siebeprobe erhält man
folgenden Rückstand:
| Tyler Sieb Nr. Teilchengröße |
| I70 0,4 bis 2,0% |
| 250 3,2 - I6,4 |
| 270 5,1 - 4,60/0 |
| 325 32,5 - 17,80/0 |
| 400 20,0 - 20,40/e |
| Durchgang: 400 37,0 - 39,40/0 |
Es wird nun eine fünfte Verarbeitungsstufe eingeschaltet, die darin besteht, daß
das Pulver unter freiem Luftzutritt so lange trocken gelagert wird, bis der Fettgehalt
auf 0,35 bis 0,40/0 gesunken ist. Diese Lagerung nimmt 4 bis 8 Wochen in Anspruch.
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In der sechsten Verarbeitungsstufe wird das ausgelagerte Material
in der Kugelmühle, selbstverständlich wieder unter leicht sauerstoffhaltigem Schutzgas
(Zusammensetzung beispielsweise 92 bis 95% Stickstoff, 8 bis 5 0/0 Sauerstoff),
weiterverarbeitet, bis ein Pulver der Feinheit von o bis 0,035 mm erhalten wird
Die Verarbeitung erfolgt in Chargen von etwa 35 kg Die Mahlzeit beträgt 5 Stunden.
Am Schluß des Mahlvorganges wird das Pulver pneumatisch ausgetragen. Das erhaltene,
blättchenförmige Pulver hat folgende Charakteristiken: Fettgehalt ..............
0,2 bis 0,25% Oxydgehalt ............. 9,0 bis 10,5% Schüttgewicht etwa ...... o,85
kg/l Die siebente Verarbeitungsstufe besteht darin, daß das von der Kugelmühle kommende
Pulver mit Hilfe eines Siebes der Maschenweite 0,I3 mm nachgesiebt wird, und zwar
zur Entfernung fremder Teilchen, so z. B. von Kugelteilchen (es kommt ab und zu
vor, daß eine Kugel der Mühle zertrümmert wird).
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Als achte Verarbeitungsstufe wird eine Lagerung von etwa 2 bis 3
Monaten angeschlossen, wobei der Fettgehalt noch um etwa 0,05 0/o sinkt. Der Oxydgehalt
steigt um I bis 1,50/0 an; ohne Zwischenlagerung würde er in viel größerem Maße
steigen. Das erhaltene Pulver hat folgende Charakteristiken: Fettgehalt ..............
0,I5 bis 0,20 0/e Oxydgehalt .............. IO,O bis I2,0°/o Schüttgewicht ...........
o,85 kg/l Das auf die beschriebene Art und Weise gewonnene, noch unbekannte, nahezu
fettfreie Aluminiumpulver mit höherem Schüttgewicht eignet sich nicht für Anstrichfarben,
da es eine nur sehr geringe Schwimmfähigkeit (»leafing property«) aufweist. Es ist
aber ein vorzüglicher Ausgangsstoff für die Herstellung von Leichtmetallsinterkörpern
hoher Warmfestigkeit Will man einen zylindrischen Sinterkörper von 10 cm Höhe und
eines spezifischen Gewichts von 2,7 g/cm3 aus diesem Pulver herstellen, so muß nur
noch eine Säule von beispielsweise 27 bis höchstens rund 40 cm statt (wie bei dem
handelsüblichen Aluminiumblättchenpulver) von I35 bis 300 cm zusammengepreßt werden.
Die Vorteile liegen auf der Hand. Es sind viel kleinere Hübe erforderlich als bei
Verwendung von normalem fettarme Aluminiumblättchenpulver, so daß man auch hohe
Körper ohne Zusammenschichtung und daher ohne inhomogene, schwächere Stellen erzeugen
kann. Auch beim Transport und bei der Lagerung ist ein solches Aluminiumblättchenpulver
mit höherem Schüttgewicht viel vorteilhafter als das leichte, handelsübliche, entfettete
Aluminiumblättchenpulver, da der Platzbedarf bedeutend kleiner ist. Hinzu kommt,
daß beim Verpressen weniger Pulver zwischen Rezipienten und Preßstempel entweicht.
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Nach der vorliegenden Erfindung lassen sich Aluminiumsinterkörper
herstellen, welche die eingangs
erwähnten Festigkeiten mindestens
in einer Richtung haben, nämlich: Streckgrenze .. . 25 bis 30 kg/mm2 Zugfestigkeit
.... . 30 bis 35 kg/mm2 Dehnung (d IO) . . 5 bis 80/0 Brinellhärte . . . 80 bis
IOO kg/mm2 Dabei werden die erhaltenen Eigenschaften durch eine Glühung auf beispielsweise
200 bis 500° C nicht beeinträchtigt; darüber hinaus besitzen diese Sinterkörper
eine nennenswerte Warmfestigkeit, d. h. eine nennenswerte mechanische Festigkeit
in der Wärme.
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Man kann selbstverständlich auch Sinterkörper mit etwas niedrigerer
mechanischer Festigkeit erzeugen, z. B. mit einer mechanischen Festigkeit von etwa
25 kg/mm2 und einer Brinellhärte von 75 kg/mm2.
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PATENTANSPRSCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Aluminium sinterkörpern
mit einem spezifischen Gewicht von höchstens 3 g/cm2, einer Zugfestigkeit von über
25 kg/mm2 wenigstens in einer Richtung und einer Brinellhärte von mindestens 75
kg/mm2 auch im geglühten Zustand durch Zusammenpressen oder Warmverformen und Sintern
von fettarmem oder fettfreiem, oberflächlich oxydiertem Aluminiumblättchenpulver,
dadurch gekennzeichnet, daß ein oberflächlich oxydiertes Aluminiumblättchenpulver
mit einem Schüttgewicht von mindestens 0,7 kg/l, einem Oxydgehalt von mindestens
60/0 und einem Gesamtfettgehalt von weniger als 0,30/0 verwendet wird.