AlMg1SiCu Metallpulverspritzgussteile

Produktbeschreibung

F & E-Daten

Metallspritzguss beinhaltet das Mischen von Metallpulver mit einem Bindemittel, um ein Ausgangsmaterial zu bilden. Diese Mischung wird dann unter Verwendung einer Spritzgussausrüstung ähnlich derjenigen, die in der Kunststoffindustrie verwendet wird, spritzgegossen. Dadurch entsteht ein „Grünkörper“. Der Grünkörper hat eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit, um ihn handhaben zu können. Der Grünkörper wird dann weiter verarbeitet, um das Bindemittel zu entfernen und die Metallpulverpartikel zu sintern, um den Endartikel zu bilden. Bindemittel umfassen typischerweise mehr als eine thermoplastische Verbindung, Weichmacher und andere organische Substanzen. Idealerweise ist das Bindemittel bei Spritzgusstemperaturen geschmolzen oder flüssig, verfestigt sich jedoch in der Form, wenn der Grünkörper abkühlt. Das Rohmaterial kann beispielsweise durch Granulieren in feste Partikel umgewandelt werden. Dieses Granulat kann gelagert und später der Spritzgießmaschine zugeführt werden. Eine typische Spritzgussausrüstung umfasst eine beheizte Schnecke oder einen beheizten Extruder mit einer Düse, durch die die Mischung in einen Formhohlraum extrudiert wird. Der Extruder wird beheizt, um sicherzustellen, dass das Bindemittel in flüssiger Form vorliegt, und die Düsentemperatur wird normalerweise sorgfältig kontrolliert, um konstante Bedingungen zu gewährleisten. Geeigneterweise wird die Temperatur der Form auch so gesteuert, dass die Temperatur niedrig genug ist, um sicherzustellen, dass der Grünkörper starr ist, wenn er aus der Form entfernt wird. Der Grünkörper ist größer als der fertige Gegenstand, da das Bindemittel einen voluminösen Teil des Grünkörpers einnehmen kann. Die weitere Verarbeitung des Grünkörpers umfasst die Entbinderung und das Sintern. Der Binder kann vor dem Sintern vollständig entfernt werden. Alternativ kann das Bindemittel vor dem Sinterschritt teilweise entfernt werden, wobei eine vollständige Entfernung des Bindemittels während des Sinterschritts erreicht wird. Das Bindemittel kann durch Auflösen des Bindemittels mit einem Lösungsmittel oder durch Erhitzen des Grünkörpers zum Schmelzen, Zersetzen und/oder Verdampfen des Bindemittels entfernt werden. Lösungsmittelentfernung und thermische Entfernung können auch in Kombination verwendet werden. Der Sinterschritt beinhaltet das Erhitzen des Grünkörpers, um die einzelnen Metallpartikel metallurgisch miteinander zu verbinden. Das Sintern bei der Herstellung von AlMg1SiCu-Metallpulver-Spritzgussteilen ähnelt im Allgemeinen demjenigen, das bei der herkömmlichen Pulvermetallteilherstellung verwendet wird. Während des Sinterschritts wird im Allgemeinen eine nichtoxidierende Atmosphäre verwendet, um eine Oxidation des Metalls zu vermeiden. Beim Sintern im Metallspritzguss verdichtet sich der nach dem Entfernen des Binders verbleibende poröse Körper und schrumpft. Die Sintertemperatur und das Temperaturprofil werden normalerweise streng kontrolliert, um die Form des Artikels beizubehalten und eine Verformung des Artikels während des Sinterns zu verhindern. Auf diese Weise kann aus dem Sinterschritt ein Endformgegenstand gewonnen werden. Das Metallspritzgießen eignet sich zur Herstellung von Gegenständen aus nahezu jedem Metall, das in geeigneter Pulverform hergestellt werden kann. Es ist jedoch schwierig, Aluminium beim Metallspritzgießen zu verwenden, da der anhaftende Aluminiumoxidfilm, der immer auf der Oberfläche von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteilchen vorhanden ist, das Sintern hemmt. Das US-Patent Nr. 6,761,852, übertragen auf Advanced Materials Technologies Pte Ltd, beschreibt ein Metallspritzgießverfahren zum Bilden von Teilen aus Aluminium und seinen Legierungen. Bei diesem Verfahren werden Pulver aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit Pulvern gemischt, die Materialien enthalten, von denen gesagt wird, dass sie mit Aluminiumoxid Eutektika bilden, wie etwa Siliziumkarbid oder Metallfluoride. Dieses Hybridpulver wird dann mit einem Binder vermischt, spritzgegossen, entbindert und gesintert. Bei dem Verfahren von US 6,761,852 soll Siliziumkarbid oder Metallfluorid eine eutektische Mischung mit Aluminiumoxid bilden, die das Aluminiumoxid auflösen soll, um während des Sinterns einen innigen Kontakt zwischen den Aluminiumoberflächen zu erreichen. Die Anmelder machen nicht geltend, dass der in dieser Beschreibung erörterte Stand der Technik Teil des allgemeinen Allgemeinwissens in Australien oder einem anderen Land ist. In dieser gesamten Beschreibung sollten der Begriff "umfassend" und seine Äquivalente in einem offenen Sinn betrachtet werden, sofern der Kontext nichts anderes vorschreibt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Metallspritzgießverfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, Gegenstände aus Aluminium, Aluminiumlegierungen und Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen herzustellen. In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Artikels durch Metallspritzgießen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereit, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: * Bilden eines Artikels umfassend Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspulver oder beides und optional Keramikpartikel. eine Mischung aus einem Bindemittel und einer Sinterhilfe, die ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt enthält; Spritzgießen der Mischung; Entfernen des Bindemittels; und Sintern; wobei das Sintern in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre und in Gegenwart eines Sauerstoffabsorbers durchgeführt wird. Der Sauerstoffgetter kann jedes Metall umfassen, das eine höhere Affinität für Sauerstoff als Aluminium hat. Einige Beispiele für geeignete Metalle zur Verwendung als Sauerstoffabsorber umfassen Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Seltenerdmetalle. Wenn mehr als ein Seltenerdmetall als Sauerstoffabsorber verwendet wird, ist es bevorzugt, ein Seltenerdmetall der Lanthanidengruppe zu verwenden. Magnesium ist das bevorzugte Metall zur Verwendung als Sauerstoffabsorber, da es einen hohen Dampfdruck hat, leicht verfügbar und relativ kostengünstig ist. In einigen Ausführungsformen kann während des Sinterns ein Volumen-Sauerstoffabsorber um den zu sinternden Gegenstand angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann ein pulverförmiger Sauerstoffabsorber während des Sinterns um oder auf dem zu sinternden Gegenstand angeordnet sein. Als weitere Option kann der Sauerstoffabsorber mit Aluminium oder einer Aluminiumpulverlegierung oder mit der der Spritzgussanlage zugeführten Mischung gemischt werden. In einer anderen Ausführungsform ist der Sauerstoffabsorber als Komponente der Legierung vorhanden, die der Mischung zugesetzt wird, wie beispielsweise in einem Legierungspulver, das der Mischung zugesetzt wird. Beispielsweise können Legierungspulver, die Aluminium und Magnesium (und möglicherweise andere Komponenten) enthalten, zu der Mischung hinzugefügt oder in diese eingearbeitet werden. Beispiele für einige Legierungen, die in die Mischung eingearbeitet werden können, umfassen Al{{0}}.9-Gewichte. /. Mg- und Al-2-Gewicht. /. Cu-9,3 Gew. /. Mg-5.4 wt n/. Si. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, stellen die Erfinder die Hypothese auf, dass der Sauerstoff-Getter jeglichen Sauerstoff entfernt, der während des Sinterns in der das Teil umgebenden Atmosphäre vorhanden sein kann. Sauerstoffabsorber können auch verwendet werden, um das Aluminiumoxid zu reduzieren, das die Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteilchen umgibt. Dies trägt dazu bei, die die Partikel umgebende Aluminiumoxidschicht aufzubrechen, frisches Metall freizulegen und ein Sintern der Aluminium- oder Aluminiumlegierungspartikel zu ermöglichen. Wie oben erwähnt, ist Magnesium ein geeigneter Sauerstoffabsorber. Magnesium ist nicht nur relativ billig, sondern hat auch einen hohen Dampfdruck. Somit kann Magnesiumdampf während des Sinterschritts (der bei hoher Temperatur stattfindet) den zu sinternden Gegenstand umgeben. Sinterhilfsmittel werden der Mischung vor dem Spritzgießen der Mischung zugesetzt. Sinterhilfsmittel sind Metalle mit niedrigen Schmelzpunkten. Beispielsweise kann die Sinterhilfe ein Metall sein, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Aluminium hat. Vorzugsweise umfasst die Sinterhilfe ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, das in festem Aluminium unlöslich ist. Einige Beispiele für geeignete Sinterhilfsmittel umfassen Zinn, Blei, Indium, Wismut und Antimon. Zinn hat sich als besonders geeignet erwiesen, um das Sintern von Aluminium und Aluminiumlegierungen zu unterstützen. Daher ist Zinn ein bevorzugtes Sinterhilfsmittel. Zinn ist das bevorzugte Sinterhilfsmittel zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung, da festgestellt wurde, dass Zinn die Bildung von Aluminiumnitrid während des Sinterns hemmt (wodurch die Bildung von überschüssigem Aluminiumnitrid vermieden wird, das die Eigenschaften des Endgegenstands nachteilig beeinflussen kann), und The die Oberflächenspannung des geschmolzenen Aluminiums wird ebenfalls verändert, wodurch eine gute Verteilung der flüssigen Aluminiumphase während des Sinterns gefördert wird. Bezogen auf das Gesamtgewicht des Metallpulvers und des Sinterhilfsmittels beträgt die zugesetzte Menge des Sinterhilfsmittels nicht mehr als 1 0 Gewichtsprozent. Vorzugsweise ist das Sinterhilfsmittel in einer Menge von 0,1 % bis 10 Gewichtsprozent, bevorzugter 0,5 % bis 3 Gewichtsprozent, noch bevorzugter etwa 2 Gewichtsprozent. Wenn Zinn als Sinterhilfe verwendet wird, kann es in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent der Mischung hinzugefügt werden, bevorzugter {{30} },5 bis 4 Gew.-%, noch bevorzugter 0,5 bis 2,0 Gew.-%. Zinn schmilzt bei 232 ° C, viel niedriger als Aluminium (66 (TC), und hat keine intermetallische Phase. Zinn ist in festem Aluminium mit einer maximalen Feststofflöslichkeit von weniger als 0,15 Prozent unlöslich. Aluminium ist vollständig mit flüssigem Zinn mischbar und bildet a mischbar Darüber hinaus ist die Oberflächenspannung von flüssigem Zinn deutlich geringer als die von Aluminium, und die Erfinder haben gezeigt, dass Spuren von Zinn die Benetzungseigenschaften und das Sinterverhalten von Aluminium verbessern können Aus diesen Gründen ist Zinn ein besonders bevorzugtes Sinterhilfsmittel Der Sinterschritt wird in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, nehmen die Erfinder an, dass das Durchführen des Sinterschritts in einer Stickstoffatmosphäre die Bildung von Aluminiumnitrid fördern kann.Die Erfinder nehmen an, dass die Bildung von Aluminiumnitrid während Der Sinterschritt kann dazu beitragen, den Aluminiumoxidfilm zu beschädigen oder aufzubrechen, der normalerweise die Aluminium- oder Aluminiumlegierungspartikel umgibt. Verwendung von Zinn als Sinterhilfe kann auch dazu beitragen, die Bildung von AlN zu kontrollieren, da überschüssiges Aluminiumnitrid, das während des Sinterns gebildet wird, den Eigenschaften des Endgegenstands abträglich sein kann. Wenn hochreines Aluminium als Beschickungspulver verwendet wird, haben die Erfinder herausgefunden, dass das Sintern des Aluminiumpulvers in einer Stickstoffatmosphäre zu einer schnellen Umwandlung von Aluminium in Aluminiumnitrid führen kann. Da Aluminium in diesen Fällen schnell zu Aluminiumnitrid umgewandelt werden kann, besteht also die Gefahr, dass der gesamte Artikel zu Aluminiumnitrid umgewandelt werden kann. Die Verwendung von Zinn als Sinterhilfsmittel kann in diesen Fällen die Bildung von überschüssigem AlN begrenzen. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, postulieren die Erfinder, dass durch die Bildung von Aluminiumnitrid die Stickstoffatmosphäre den Aluminiumoxidfilm auf der Oberfläche der Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteilchen zerstört. Es wird ferner angenommen, dass die Zerstörung des Aluminiumoxidfilms das Sintern der Aluminium- oder Aluminiumlegierungspartikel bewirkt. Die den Sinterschritt durchführende Atmosphäre kann einen geringen Wassergehalt aufweisen, beispielsweise einen Wasserdampfpartialdruck von weniger als 0,001 kPa aufweisen. Der Taupunkt der im Sinterschritt verwendeten Atmosphäre kann unter -60 Grad liegen, bevorzugter unter -70 Grad. Wenn Magnesium als Sauerstoffabsorber verwendet wird, reagiert es mit Sauerstoff und Wasser, wodurch der Wassergehalt in der Atmosphäre weiter reduziert wird. Es wird davon ausgegangen, dass Wasserdampf für das Sintern von Aluminium äußerst schädlich ist. Die Atmosphäre ist eine stickstoffhaltige Atmosphäre. Die Atmosphäre kann hauptsächlich aus Stickstoff bestehen. Die Atmosphäre kann zu 100 Prozent aus Stickstoff bestehen. Die Atmosphäre kann auch ein Inertgas umfassen. Das Inertgas kann einen kleinen Teil der Atmosphäre ausmachen. Die Atmosphäre kann im Wesentlichen frei von Sauerstoff und Wasserstoff sein. In dieser Hinsicht ist das während des Sinterns als Atmosphäre zugeführte Gas geeigneterweise frei von Sauerstoff oder Wasserstoff. Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Bindemittel kann irgendein Bindemittel oder eine beliebige Bindemittelzusammensetzung sein, die bekanntermaßen als Bindemittel beim Metallspritzgießen geeignet ist. Wie dem Fachmann bekannt, ist das Binden des Bindemittels üblicherweise eine organische Komponente oder eine Mischung aus zwei oder mehr organischen Komponenten. Das Bindemittel enthält vorzugsweise eine thermoplastische Komponente, die es dem Bindemittel ermöglicht, zu schmelzen, wenn Wärme zugeführt wird. Auch das Bindemittel sollte nach dem Spritzgießen roh sein. Der Körper stellt eine ausreichende Festigkeit bereit, um eine Handhabung des Grünkörpers zu ermöglichen. Vorzugsweise kann das Bindemittel von dem Grünkörper auf eine Weise entfernt werden, die die Unversehrtheit des Grünkörpers während der Bindemittelentfernung aufrechterhält. Vorzugsweise hinterlässt der Klebstoff nach dem Entfernen des Bindemittels keine Rückstände. Der Binder kann aus mehr als zwei Materialien bestehen. Die zwei oder mehr Materialien, die das Bindemittel bilden, können so ausgewählt werden, dass sie nacheinander von dem Grünkörper entfernt werden können. Auf diese Weise ist es einfacher, eine Klebstoffkontrolle zu erreichen. Sie erleichtert die Beibehaltung der Formintegrität des Grünkörpers während des Bindemittelentfernungsprozesses. Diesbezüglich sollte beachtet werden, dass, wenn das Bindemittel zu schnell entfernt wird, das Risiko steigt, dass der Grünkörper seine Formintegrität verliert. Das Bindemittel kann unter Verwendung einer oder mehrerer bekannter Techniken zum Entfernen von Bindemittel beim Metallspritzgießen entfernt werden. Beispielsweise kann das Bindemittel durch Auflösen in einem Lösungsmittel, durch Wärmebehandlung zum Schmelzen, Verdampfen oder Zersetzen des Bindemittels, durch katalytische Entfernung oder durch Kapillarwirkung entfernt werden. In der Phase der Bindemittelentfernung können mehr als zwei Techniken zur Entfernung des Bindemittels verwendet werden. Beispielsweise kann der erste Schritt bei der Bindemittelentfernung eine Lösungsmittelextraktion gefolgt von einer thermischen Entfernung von verbleibendem Bindemittel umfassen. Der Fachmann wird verstehen, dass eine breite Palette von Bindematerialien verwendet werden kann. Einige Beispiele umfassen organische Polymere wie Stearinsäure, Wachse, Paraffine und Polyethylen. Ohne in irgendeiner Weise eingeschränkt werden zu wollen, haben die Erfinder Bindemittel einschließlich Stearinsäure, Palmölwachs und Polyethylen hoher Dichte in experimentellen Arbeiten im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Sinterschritt beinhaltet das Erhitzen des Grünkörpers auf eine Temperatur, bei der das Aluminium oder die Aluminiumlegierung sintert, um einen dichten Körper zu bilden. Der Sinterschritt umfasst vorzugsweise das Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 550 Grad bis etwa 650 Grad , mehr bevorzugt 590 Grad bis 640 Grad , am meisten bevorzugt 610 Grad bis 630 Grad . Die Sinterzeiten können variieren. Verwenden Sie im Allgemeinen für höhere Sintertemperaturen kürzere Sinterzeiten. Grundsätzlich sollte die Sinterzeit lang genug sein, um sicherzustellen, dass eine maximale Verdichtung des Artikels stattgefunden hat. Es wurde festgestellt, dass nicht mehr als 2 Stunden Sintern bei einer Temperatur von 620 Grad bis 630 Grad zufriedenstellend sind. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch sowohl längere Sinterzeiten als auch kürzere Sinterzeiten. Die im Sinterschritt verwendete Erwärmungsrate und das Wärmeprofil werden bei Metallspritzgussverfahren normalerweise streng kontrolliert, um optimale Eigenschaften im Endgegenstand zu erhalten. Fachleute können leicht verstehen, wie die geeignete Aufheizgeschwindigkeit und Temperaturverteilung, die im Sinterschritt verwendet werden, bestimmt werden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist auf Aluminiummetall und Aluminiumlegierungen anwendbar. Jede Aluminiumlegierung kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, einschließlich Aluminiumlegierungen der Serien 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 und 8000. Keramische Teilchen können mit Aluminium- oder Aluminiumlegierungspulver gemischt werden, um Aluminiummetallmatrix-Verbundwerkstoffe herzustellen. Keramische Teilchen werden verwendet, um die Eigenschaften von gesinterten Produkten zu verbessern oder zu steuern. Solche Eigenschaften können Verschleißfestigkeit, Härte oder Wärmeausdehnungskoeffizient umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Nicht einschränkende Beispiele für typische Keramikmaterialien umfassen SiC, Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 , BN und TiB 2 . Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann in bekannten Metallspritzgussanlagen durchgeführt werden. Spezifische Ausführungsformen testen verschiedene Legierungen und Pulverzusammensetzungen, Partikelgrößen und Partikelformen. D5 ( ) ist das sphärische AA6061-Pulver von 10 pm und das sphärische Zinn mit einem Partikeldurchmesser von < 45 pm wird bevorzugt 2 Gewichtsprozent Zinn und 3 Gewichtsprozent Stearinsäure, 52 Gewichtsprozent Palmölwachs und 45 Gewichtsprozent Polyethylen hoher Dichte. Die Rohmaterialien wurden 180 Minuten lang bei 165 Grad gemischt. Nach der Granulierung wurden die Rohstoffe unter Verwendung einer Arburg-Formmaschine zu Standard-Ziehstäben spritzgegossen. Die Lösungsmittelablösung wurde in n-Hexan bei 40 Grad für 24 Stunden durchgeführt. Die restliche Entbinderung und das Sintern wurden in einem geschlossenen Röhrenofen kombiniert. Die bevorzugte Atmosphäre ist ein hochreiner Stickstoffstrom von 1 Liter/min. Das bei der experimentellen Arbeit verwendete Wärmeprofil ist in Tabelle 1 gezeigt. Magnesiumstäbe wurden während des Sinterns um den Gegenstand herum angeordnet. An dem so gesinterten Material wurden Zugversuche durchgeführt. Extensometerskala Die Länge beträgt 25 mm und die Traversengeschwindigkeit 0,6 mm/min. Die Rockwell-Härte (HRH) der Ober- und Unterseite wird mit einer 1/8-Zoll-Stahlkugel und einer Last von 60 kg gemessen.

The large variation in hardness may be due to the high porosity level. When the sintering time increased to 2 hours, the density and hardness increased to 94.9±0.3% and 66.9±2.9, respectively. However, further increasing the sintering temperature to 630"C did not significantly increase the density and hardness. The density at this condition was 95.3 ± 0.3%, and the hardness was 69.0 ± 0.9. Typical stress/strain of the parts sintered under various conditions The curves are plotted in Figure 4. The part sintered at 620"C for 2 hours had the best mechanical properties with a 0.2% yield strength of 58 MPa, a tensile strength of 156 MPa and an elongation at break of 8.9%. The tensile properties of the parts sintered at 630°C were slightly lower than this, although the density was higher. This may be due to the coarsening of the microstructure at the higher sintering temperature. For the parts sintered at 620°C for 1 hour , low density produces poor mechanical properties. The tensile strength is 98MPa and the strain is 1.7%. Optical micrographs show that the grain size remains at about the original particle size and is smaller than 20pm. Backscattered electron images show a tin-rich phase ( In the electron image white control, in the optical image black control) distribution and size. Do not see obvious hole. Further embodiment prepares various percentages-325 mesh elemental magnesium powder or pre-alloyed powder rich in magnesium, and Mixed into the raw material. The raw material is then compacted into a 25.4mm diameter disc using a thermoforming machine. The disc is sintered in nitrogen without magnesium nuggets in the furnace. Before sintering the disc containing the pre-alloyed powder, the The furnace was run under vacuum at 680°C for 4 hours to remove any magnesium residues in the furnace. The parts were loaded into steel crucibles with loose lids to minimize the effect of air flow. Results The addition of elemental magnesium had an effect on the sintered density The effect is shown in Figure 6. It was found that the highest sintered density of ~94% was obtained with 1.0 wt.% Mg. At 0.5 wt.% Mg, the oxygen was not sufficiently absorbed and the part deformed due to the porous surface layer. Weight % elemental magnesium powder is added in the raw material to cause low sintered density (80%) due to nitriding. For safety considerations, it is not preferred to add elemental magnesium powder to the raw material. Yet, add magnesium in the form of pre-alloyed powder Some disadvantages of elemental powder can be overcome by adding to the raw material.Example - Addition of AlMg powder to the raw material The composition obtained from Aluminum Powder Company is Al-2 wt./oCu-9.3 wt%Mg-5.4 wt./Si and Al-7.9 wt. ./oMg pre-alloyed powder.Al-2 weight./oCu-9.3 weight n/.Mg-5.4 weight n/.The average particle diameter of Si powder is about 25|im, Al-7.9 weight./.Mg powder The average particle size is about 40 μm. Both have regular particle shapes. Al-2 weight./. Cu-9.3 weight y. Mg-5.4 weight./. The solid phase temperature of Si is about 540°C, which is at 600. C is completely liquefied. The solidus temperature of Al-7.9 wt% Mg is about 540°C, which is completely liquefied at 620°C. Figure 7 shows the results for these alloys as well as alloy AA6061 and for AA6061+7.5wt./.Al-2wt %0>9,3 Gewichtsprozent Mg-5.4wtn/.Si-Mischungen, Flüssigkeitsgehalt als Funktion der Temperatur. Es wurde festgestellt, dass das Sintern von AA6061 plus 7,5 Prozent Al-2wt./.Cu bei 610 Grad in Stickstoff - 9,3 Gew./. Mg - 5,4 Gew. MSi plus 2 Gew./. Sn-Rohmaterialmischung für 2 Stunden erzeugte ein Teil ohne Verformung und mit einer theoretischen Dichte von 97 Prozent. Beispiel – Die Verwendung von Zinn als Sinterhilfsmittel für allgemeines Sn wurde als wirksames Sinterhilfsmittel für gepresste oder unverdichtete Aluminiumlegierungen und verdichtete Produkte, die durch Rapid Prototyping hergestellt wurden, verwendet. Die Erfinder haben gezeigt, dass Zinn eine wichtige Rolle beim Sintern von geklopftem losem Pulver und pulverspritzgegossenen kompaktierten Aluminiumprodukten spielt. An den Korngrenzen verbleibt jedoch nach dem Sintern Zinn, da Zinn in festem Aluminium praktisch unlöslich ist. Überschüssiges Zinn verschlechtert die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Duktilität, die für aus Pulvern hergestellte Aluminiumlegierungen sehr wünschenswert ist. Die abgelösten Teile (braune Teile) von pulverspritzgegossenen Aluminium-Kompaktprodukten haben nur etwa 85 Prozent relative Dichte. Nach dem Entfernen des Polymerbindemittels gibt es offene Kanäle in dem porösen abgelösten Teil, die die Oberflächen der Teile verbinden. Geklopfte lose Pulver haben nur etwa 40-60 Prozent relative Dichte und die verbundenen Poren können offene Kanäle zur Oberfläche bilden. Um diese Kanäle abzudichten, ist ein großes Flüssigkeitsvolumen erforderlich. Im vorherigen Beispiel haben wir herausgefunden, dass 4 Prozent Zinn das Sintern von lose verdichtetem reinem Aluminiumpulver erleichtert; das Hinzufügen von 2 Prozent Zinn verbesserte das Sintern von pulverspritzgegossenen kompaktierten AA6061-Produkten. In diesem Beispiel haben wir die zugegebene Zinnmenge minimiert, während wir das Flüssigkeitsvolumen beibehalten haben, indem wir etwas vorlegiertes Aluminiumpulver hinzugefügt haben. Das Hinzufügen großer Mengen an vorlegiertem Pulver trägt auch dazu bei, den Legierungsgehalt im Sinterteil zu erhöhen und seine Festigkeit zu erhöhen. Eine Verringerung des Zinngehalts kann helfen, die Duktilität zu verbessern. Auf diese Weise können die mechanischen Eigenschaften des Legierungssystems weiter verbessert werden. elementares Zinn (<43pm) was used as a sintering aid to reinforce the pre-alloyed Al-2wt%Cu-9.3wt. /. Mg-5.4 weight Q/. Liquid phase sintering of fine AA6061 powder (<20 microns) of Si powder (<30 iim). According to AA6061+X weight n/. Sn+Y weight. /. Al-2 weight. /. Cu-9.3 wt% Mg-5.4 wt. /. For the formulation of Si, the various powders were mixed in a Turbula mixer for 30 minutes. The mixed powder was poured into an alumina crucible, tapped and closed with aluminum foil. Then, they were sintered in a steel tube furnace at different temperatures for 2 hours under a nitrogen flow of 0.5 L/min. The sintered density was obtained by the Archimedes method and converted into a percentage of the theoretical density (TDM) for each alloy. Polished samples were used for optical and scanning electron microscopy (SEM). Figure 8 shows that the sintered density of AA6061+X weight MSn loose powder increases with the increase of sintering temperature. For 2 weight n/. The density of the Sn alloy system increases at 580°C, and for 1 wt./. The density of the Sn system increases at 590°C. The addition of tin significantly enhances sintering, and much higher sintering densities are obtained for alloys containing tin. Alloys containing 1.0 or 2.0 wt% tin have a sintered density above ~95% over the sintering temperature range of 600630°C. Only 83%, 88% and 93% sintered densities were obtained. For liquid phase sintering, liquid volume is one of the most critical factors for densification and part shape retention. Al-Sn alloy systems are controlled by temperature, aluminum alloy composition and tin content The liquid volume of . Figure 7 shows the effect of temperature on the liquid volume fraction for the tested alloys. The data were calculated using ThermoCalc. The addition of tin was not considered. For AA6061+xwt./.Al-2wt./.Cu- 9.3 wt. Q/.Mg-5.4 wt. MSi alloy, calculated based on the final total alloy content.Pre-alloyed Al-2 wt.°/.Cu-9.3 wt./.Mg-5.4 wt./.The solid phase point of Si powder is 582°C, it is completely liquefied at 604°C. Therefore, this alloy, if sintered alone, is very difficult to control during processing because of the narrow melting range. However, the liquid with high magnesium content formed early can be purged from the sintering furnace Oxygen, and helps to seal the open channels in the loose powder before severe oxidation usually begins at about 58060 (TC). Figure 9 shows the addition of 0%, 2.5% and 7.5% Pre-alloyed Al-2 wt. /. Cu-9.3 wt. /. Mg-5.4 wt. /. AA6061 + 0.5 wt. of Si powder. /. Sintered density of Sn loose powder. Because of increased liquid volume, AA6061 + 0.5 wt. /. The sintered density of Sn increases steadily with temperature up to 630°C. Al-2 weight is melted at a sintering temperature of 600°C for a 2.5% by weight addition and 590°C for a 7.5% by weight addition. /. Cu - 9.3 wt. /. Mg - 5.4 wt. /. Si powder gives a drastic increase in density of the liquid. However, for AA6061 + 0.5 wt. /. Sn + 7.5 wt. /. Al - 2 wt. / oCu -9.3 wt./. Mg -5.4 wt. 0/. Si alloy system, after peaking at 610°C, excess liquid soon leads to density reduction at 620°C. Density reduction may be due to early formation inside the part The reason for the gas of the clamping liquid. Adding 2.5% by weight of pre-alloyed Al-2 wt./. Cu-9.3 wt./. Mg-5.4 wt./. Si powder helps to maintain in the temperature range of 600620°C The density plateau of 97°/.Density begins to reduce under 630 ℃. Those skilled in the art can It is understood that the invention is capable of variations and modifications other than those specifically described. It is to be understood that the present invention includes all changes and modifications which fall within its spirit and scope.

Rechteanfrage

1. Verfahren zum Bilden eines Artikels durch Metallspritzgießen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei das Verfahren die Schritte des Bildens eines Artikels umfasst, der Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspulver oder beides und optional Keramikpartikel, ein Bindemittel und eine Sintermischung umfasst Hilfsmittel aus niedrigschmelzenden Metallen; • Spritzgießen der Mischung; • Entfernen des Bindemittels; und • Sintern; wobei das Sintern in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre und in Gegenwart eines Sauerstoffabsorbers durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffabsorber ein Metall mit einer höheren Affinität für Sauerstoff als Aluminium umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Sauerstoffabsorber ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Seltenerdmetallen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Sauerstoffabsorber Magnesium ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bulk-Sauerstoffabsorber während des Sinterns um das gesinterte Produkt positioniert wird oder der pulverförmige Sauerstoffgetter während des Sinterns um oder auf dem gesinterten Produkt positioniert wird oder absorbiert. Das Sauerstoffmittel wird mit dem Aluminium oder Aluminium gemischt Pulverlegierung, oder mit der Mischung, die der Spritzgussausrüstung hinzugefügt wird, oder der Sauerstoffabsorber ist als eine Komponente der Legierung vorhanden, die der Mischung hinzugefügt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sinterhilfe ein Metall ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als Aluminium hat und in festem Aluminium unlöslich ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Sinterhilfe Zinn umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sinterhilfsmittel in einer Menge von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Metallpulvers und des Sinterhilfsmittels, vorhanden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Sinterhilfe in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent vorhanden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Sinterhilfsmittel in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-% vorhanden ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Atmosphäre, in der der Sinterschritt durchgeführt wird, einen geringen Wassergehalt aufweist, wobei der Partialdruck des Wasserdampfs weniger als 0,001 kPa beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel eine thermoplastische Komponente umfasst, die in der Lage ist, das Schmelzen des Bindemittels zu bewirken, wenn Wärme zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel aus zwei oder mehr Materialien hergestellt ist und die Materialien so ausgewählt sind, dass sie nacheinander von dem Grünkörper entfernt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel durch Auflösen in einem Lösungsmittel, Schmelzen, Verdampfen oder Zersetzen des Bindemittels durch Wärmebehandlung, durch katalytische Entfernung oder durch Kapillarwirkung entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei zwei oder mehr Binderentfernungstechniken verwendet werden, um den Binder zu entfernen.

16. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel Stearinsäure, Palmölwachs und Polyethylen hoher Dichte umfasst.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sinterschritt das Erhitzen des Grünkörpers auf eine Temperatur umfasst, bei der das Aluminium oder die Aluminiumlegierung sintert, um einen dichten Körper zu bilden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Temperatur im Bereich von etwa 550 Grad bis etwa 650 Grad liegt.

19. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung Keramikpartikel umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus SiC, Al2O3, AlN, SiO2, BN und TiB2 besteht.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Atmosphäre Stickstoff oder eine Mischung aus Stickstoffflocken und einem Inertgas umfasst.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Atmosphäre im Wesentlichen frei von Sauerstoff oder Wasserstoff ist. Vollständige Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft Metallspritzgießen.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines Artikels aus spritzgegossenen Teilen aus AlMg1SiCu-Metallpulver durch Metallspritzgießen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei das Verfahren die Schritte des Bildens eines Artikels umfasst, der Aluminiumpulver oder Aluminiumlegierungspulver oder beides enthält optional ist eine Mischung aus Keramikpartikeln, einem Bindemittel und einem Sinterhilfsmittel einschließlich eines niedrigschmelzenden Metalls vorhanden; Spritzgießen der Mischung; Entfernen des Binders, um einen Grünkörper zu bilden; Sintern des Grünkörpers in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre und in Gegenwart eines Sauerstoffabsorbers.

Metallspritzgussverfahren

Erkennungssysteme