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Werkstofftechnik 2 - Herstellung des metallischen Pulvers

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Werkstofftechnik 2

Herstellung des metallischen Pulvers

Die Pulvermetallurgie ist stark an die Verarbeitungsmethoden der Keramik angelegt und umfasst drei Ablaufschritte. Zu Beginn gilt es das metallische Pulver herzustellen. Dieser Vorgang zeichnet sich besonders durch seine unterschiedlichen Varianten aus, dh. je nach Größe und Form der Teilchen entsteht ein individuelles Pulver. Schon mit der anfänglichen Zusammensetzung des Pulver kann Einfluss auf die späteren Anforderungen des Werkstücks genommen werden. Aber auch auf das anschließende Pressen und Sintern hat die Pulverzusammensetzung direkten Einfluss.

Veranschaulichungsbeispiele

Beispiel

Ist das Pulver unregelmäßig geformt, so führt dies zu einem vorteilhaften Press- und Sinterverhalten, jedoch ergeben sich hieraus schlechte Fließeigenschaften, die für eine gleichmäßige und zügige Formfüllung zwingend erforderlich sind.

Beispiel

Besteht das Pulver aus kugeligen Bestandteilen, so sind die Fließeigenschaften besser und die Schüttdichten, aufgrund der kugelform höher. Wobei dann aber geringere Dichten in Kauf genommen werden müssen. 

Diese Fälle zeigen, dass schon zu Beginn, also bei der Pulverherstellung, darauf geachtet und abgewägt werden muss, welche Anforderungen unablässlich und welche Anforderung vernachlässigt werden können. Vorzugsweise verwendet man Pulver, dass sowohl größere Bestandteile, als auch kleine Bestandteile umfasst. Diese Mischung hat den Vorteil, dass die Zwischenräume, die die größeren Stücke zwangsläufig erzeugen, von den kleineren Stücken verfüllt werden und somit die Dichte erhöht wird. 

Herstellung des Pulvers

Die Herstellung des Pulvers erfolgt entweder mechanisch oder chemisch.

Mechanische Herstellung

Bei mechanische Pulverisierung wird das Ausgangsmaterial [Metall] gemahlen oder eine metallische Schmelze verdüst.

Mahlen von Metallen $\Longrightarrow $ in Kugelmühlen für spröde Werkstoffe. Mahlflüssigkeiten unterstützen diesen Vorgang indem sie die Oberflächenenergie des Metalls senken. Zudem unterbinden Mahlflüssigkeiten ein Verklumpen des gewonnen Pulvers [Agglomeration].

Wichtig

Die Pulverteilchen, die man nach dem Mahlvorgang erhält, sind meistens unregelmäßig und kantig. 

Verdüsen von flüssigen Schmelzen $\Longrightarrow $ unterstützt durch Druckgas- oder Druckwasserstrahl  für die Herstellung von Eisen- und Nichteisenmetallpulvern. Handelt es sich um einen oxidationsunempfindlichen Stoff, bzw. ist eine minimale Oxidation zulässig, wird die Verdüsung mit einem Druckgasstrahl durchgeführt. Oxidationsempfindliche Metalle hingegen, werden meist mit einem Druckwasserstrahl und mit einem Inertgasstrahl verdüst.

Merke

Manche Metalle haben ein derart hohe Oxidationsempfindlichkeit, dass selbst bei einer anschließenden Lagerung und einem Transport des Pulvers nicht auf Inertgas verzichtet werden kann.  

Wie das gewonnen metallische Pulver letztlich aussieht, hängt direkt mit der Viskosität, dem Erstarrungsintervall, der Oberflächenspannung der Schmelze, aber auch mit der Fläche auf der die Schmelztröpfchen verdüst werden zusammen.

Wichtig

Typische Pulverteilchenformen des Verdüsens sind kugelig, schwammig, plattenförmig.

Chemische Herstellung

Bei dieser Herstellungsart unterscheidet man zwischen der rein chemischen und der elektrochemischen Pulvergewinnung. Im Folgenden ein Übersicht der gängigsten Gewinnungmöglichkeiten:

  • Reduzieren gemahlener Metalloxide,
  • Thermische Zersetzung gasförmiger Metallverbindungen,
  • Ausfällen von Metallen aus ihren Salzlösungen,
  • Elektrolytisches Abscheiden von Metallen auch aus ihren Salzlösungen.

Unabhängig davon welches Verfahren zur Pulverherstellung gewählt wird, beinahe immer ist eine anschließende Aufbereitung erforderlich. In der nachfolgenden Tabelle eine Übersicht möglicher Probleme inklusive der zugehörigen Lösung.

Problem Lösung
Pulver durch falsche Lagerung oxidiert $\rightarrow $ Reduzierendes Glühen
Pulver weist schlechtes Pressverhalten auf $\rightarrow $ Reduzierendes Glühen
Pulver ist sinterträge $\rightarrow $ Aktivität durch erneutes Mahlen erhöhen
Pulver ist zu sinteraktiv $\rightarrow $ Deaktivierung durch Glühen
Pulver zu fein, daher schlechte Fließeigenschaften $\rightarrow $ Granulieren und anschließend Zerkleinern für bessere Teilchengröße