Imprägnierung ist ein wunderbarer sekundärer Prozess zum Füllen der Poren von PulvermetallteileEs gibt ein anderes Verfahren, um dies zu erreichen: Infiltration.
Infiltration in Pulvermetallurgie führt geschmolzenes Metall durch Kapillarwirkung ein, füllt die Poren und verfestigt sich zu einem dichteren, zusammenhängenderen Teil.
Da die Kupferinfiltration der am häufigsten vorkommende Infiltrationsprozess ist, konzentrieren wir uns in diesem Blog darauf.
Inhalte
Kupferinfiltration in der Pulvermetallurgie
Nachfolgend ist der Prozessablauf der Kupferinfiltration von pulvermetallurgischen Teilen dargestellt.
Berechnen Sie die Porosität der Teile
Zunächst berechnen Sie die Porosität des Teils, also den Volumenanteil der Hohlräume im Material. Zur Messung der Porosität können Sie verschiedene Messverfahren wie Dichtemessungen oder Diagramme anwenden.
Berechnen Sie das Gewicht von Kupfer
Anschließend multiplizieren Sie das Gesamtvolumen der Teile mit dem Porositätsprozentsatz, um das erforderliche Kupfervolumen zu erhalten. Darüber hinaus ermitteln Sie das Gewicht des Kupfers anhand seiner Dichte.
Kupferplatten herstellen
Zur Herstellung dieser Kupferplatten können Sie Formen aus Grünling verwenden. Oder Sie pressen ein rundes Kupferstück und legen es über das filigrane Teil. Nachdem sich die Kupferplatte aufgelöst hat, kann sie weiterhin in alle Teile eindringen.
Kupferinfiltrationsmethode
Bei der Kupferinfiltration in der Pulvermetallurgie kommen typischerweise die folgenden zwei Methoden zum Einsatz:
- Eine Methode besteht darin, Kupferplatten auf verdichtete Pulverkomponenten zu legen und diese dann gemeinsam in den Sinterofen zu schicken. Diese Methode ist kostengünstiger und erfordert keine zusätzlichen Arbeitsschritte.
- Die andere Möglichkeit besteht darin, Kupferplatten auf die gesinterten Teile zu legen und diese anschließend erneut in den Sinterofen zu geben. Diese Methode ist zwar teurer, die kupferinfiltrierten Komponenten weisen jedoch bessere mechanische Eigenschaften auf.
Denn während der ersten Sinterprozess, hat sich bereits ein Skelett zwischen den Metallpulvern gebildet und eine Legierungsbildung stattgefunden. Dies ist für den Infiltrationsprozess von Vorteil. Darüber hinaus verfügen Sintermetallteile über eine gewisse Festigkeit. Sie müssen sich also keine Sorgen machen, sie beim Transport zu beschädigen.
Während des Kupferinfiltrationsprozesses führen wir Tests durch, indem wir unterschiedliche Kupfermengen in die Komponenten infiltrieren. Dies hilft uns, die richtige Kupfermenge zu bestimmen und Kosten zu senken.
Experimentelle Tests zeigen, dass eisenbasierte Teile mit einer Dichte von 20–6.6 g/cm³ einer 7.0%igen Kupferinfiltrationsbehandlung unterzogen werden. Die Oberflächenhärte kann HRB 96–99 erreichen, und die Druckfestigkeit kann ohne Härtung 1120–1280 MPa erreichen.
Die Metallographie von Proben vor und nach der Kupferinfiltration
(a) Matrixprobe; (b) 20 % Kupferinfiltrationsprobe
Zusätzliches Material während des Infiltrationsprozesses
Bei der Infiltration in der Pulvermetallurgie wird neben Kupfer auch etwas Eisen, Mangan oder Zink zugegeben.
- Eisen
Der Zweck der Eisenzugabe besteht darin, zu verhindern, dass das Eisen in den Teilen schmilzt und beim Schmelzen des Kupfers Dellen entstehen. Daher wird zunächst Eisen hinzugefügt, um es vorzusättigen.
- Mangan, Zink
Um Sauerstoff aus der Benetzungsumgebung zu absorbieren und die Benetzbarkeit von Kupfer mit Eisen zu verbessern, können Mangan oder Zink zugesetzt werden. Sie erleichtern das reibungslose Eindringen von Kupfer in die Poren eisenhaltiger Bauteile. Außerdem hilft dies, Rückstände zu entfernen.
Vorteile der Kupferinfiltration in PM
Dichte erhöhen
Kupferinfiltration erhöht die Dichte pulvermetallurgischer Teile. Beispielsweise weisen eisenbasierte Teile häufig Probleme wie geringe Festigkeit und unzureichende Härte auf. Durch Kupferinfiltration kann die Dichte eisenbasierter Teile auf 7.5 g/cm erhöht werden.3
Stärke verbessern
Darüber hinaus kann Kupfer durch den Infiltrationsprozess in sehr kurzer Zeit in Pulvermetallkomponenten eindringen und in die Umgebung diffundieren, um eine Festigung der Mischlösung zu bewirken und so die Festigkeit des Teils zu erhöhen.
Verbesserte thermische und elektrische Leitfähigkeit
Kupfer ist ein Material mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, daher kann die Kupferinfiltration die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Teilen effektiv verbessern.
Poren füllen
Das Eindringen von Kupfer in die Poren von Teilen trägt zur Verbesserung der Beschichtungsoberfläche bei. Dies verhindert, dass die Beschichtungsflüssigkeit in die inneren Spalten der Teile eindringt und Korrosion verursacht.
Anwendungen des pulvermetallurgischen Infiltrationsprozesses
Power Tools
Die Kupferinfiltration eignet sich ideal für den Einsatz in Elektrowerkzeugen, wie z. B. Antriebsrädern, Antriebsgetrieben, Planetengetrieben und Planetenträgern. Durch das Füllen der Poren im Grundmetall macht die Kupferpenetration Elektrowerkzeuge stärker und langlebiger.
Es trägt zur Wärmeleitung in Elektrowerkzeugen bei, verhindert Überhitzung und verlängert deren Lebensdauer.
Automobilindustrie
Die Kupferinfiltration in der Pulvermetallurgie erhöht die Festigkeit und Härte von Bauteilen. Daher eignen sich kupferinfiltrierte Bauteile ideal für Automobilkomponenten wie Zahnräder, Kupplungsscheiben, Kettenräder und Synchronkörper.
Maschinenbau
Kupferinfiltration verbessert die Zugfestigkeit des Materials und erhöht die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit mechanischer Teile. In Mehrkomponentenbaugruppen weisen kupferinfiltrierte Teile eine gute Dicht- und Haftfestigkeit auf. Dies gilt für verschiedene hydraulische Druckdichtungssysteme wie Ventile und Pumpen.
Imprägnierung vs. Infiltration
Sowohl bei der Imprägnierung als auch bei der Infiltration werden in der Pulvermetallurgie Zusatzstoffe eingebracht, um die Poren der Teile zu füllen.
Durch Infiltration werden die Poren in Bauteilen durch Einbringen von geschmolzenem Metall gefüllt. Dies geschieht häufig bei hohen Temperaturen. Der Hauptzweck besteht darin, die Dichte und Festigkeit von Bauteilen zu erhöhen.
Imprägnierung Bei dieser Methode werden nichtmetallische Materialien wie Öle und Harze in poröse Metallteile eingebracht. Die Imprägnierung erfolgt üblicherweise bei Raumtemperatur unter hohem Druck, um das Material in die inneren Hohlräume der Teile eindringen zu lassen.
Die Ölimprägnierung verbessert die Produktschmierung und Oberflächenversiegelung, während die Harzinfiltration das Abdichten von Löchern unterstützt. Die Versiegelung ist wichtig für spätere Oberflächenbehandlungen wie:
- Galvanisieren
- Vernickelt
- Verchromung
- Dacromet
Auch bei der Kupferinfiltration gab es in unserer Produktion einige Probleme. Wenn beispielsweise die Dichte der Grünteile größer als 6.9 g/cm ist,3ist es schwierig, den Infiltrationsprozess durchzuführen.
Dies liegt daran, dass einige der Lücken in den Teilen geschlossen wurden und keine Verbindung zur Außenwelt haben. Das geschmolzene Metall kann nicht in die inneren Lücken eindringen, was zu Metallrückständen führen würde.
Bei Produkten mit hohen Festigkeitsanforderungen oder beträchtlicher Höhe führen wir üblicherweise eine sekundäre Infiltration durch. Drehen Sie das Produkt nach dem ersten Infiltrationsprozess um und legen Sie das Kupferstück für eine weitere Infiltration ein.
FAQ
1. Was ist der Unterschied zwischen Flüssigphasensintern und Infiltration in der Pulvermetallurgie?
Flüssigphasensintern führt dem Substrat ein flüssiges Metall zu. Die flüssige Phase fördert die Neuanordnung und Bindung fester Partikel, was zu einer Verdichtung und verbesserten Eigenschaften führt.
Bei der Infiltration wird ein Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, wie beispielsweise Kupfer, durch hohe Temperaturen in einen geschmolzenen Zustand gebracht. Durch Kapillarwirkung dringt es in die Hohlräume des Metalls ein.