DE1608365B1

DE1608365B1 - PROCESS AND DEVICE FOR CONTINUOUS SINTERING OF METAL POWDER ON A METAL STRIP

Info

Publication number: DE1608365B1
Application number: DE19671608365
Authority: DE
Inventors: Arthur Haupitzer; Hans-Peter Dipl-Ing Jung; Erich Dr Rer Nat Roemer
Original assignee: GLYCO METALL WERKE
Current assignee: GLYCO METALL WERKE
Priority date: 1967-11-02
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1971-12-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufsintern von Metall- und/oder Legierungspulver auf Metallband, vorzugsweise kaltgewalztes Stahlband, wobei das Metall- bzw. Legierungspulver lose auf das Band geschüttet wird. The invention relates to a method and a device for the continuous sintering of metal and / or alloy powder onto metal strip, preferably cold-rolled steel strip, the metal or alloy powder being poured loosely onto the strip.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem Metallbänder zunächst, nachdem sie in endloser Folge aneinander geschweißt worden sind, nach Reinigung, Entfettung usw. in einer Vorrichtung mit Metallpulver bestreut werden. Anschließend fährt man bei diesem bekannten Verfahren die bestreuten Bänder in eine elektrisch, mit Gas oder öl beheizte Kammer mit reduzierender Atmosphäre und erhitzt dort auf die Sintertemperatur (britische Patentschrift 938 210). Dieses bekannte Verfahren ist aber mit erheblichen Schwierigkeiten und Nachteilen verbunden.A method is known in which metal strips are first, after they have been welded to one another in endless succession, after cleaning, degreasing, etc., sprinkled with metal powder in a device. In this known method, the sprinkled strips are then moved into an electrically heated chamber with gas or oil with a reducing atmosphere and heated there to the sintering temperature (British patent specification 938 210). However, this known method is associated with considerable difficulties and disadvantages.

Ein kontinuierliches und vor allem gleichmäßiges Erhitzen stößt auf Schwierigkeiten. In der Sinterk2mrner verzieht sich das Bandmaterial. Durch das Verziehen entstehen Wellen, von denen das lose aufgestreute Metallpulver abrutscht. Dadurch wird es unmöglich gemacht, in einem solchen Verfahren eine aufgesinterte Schicht in gleichmäßiger, vorherbestimmter Dicke zu erzeugen. Das von dem Band auf Boden oder Einbauten der Kammer oder des Ofens fallende Pulver ist bei der dort herrschenden Temperatur geeignet, das Ofenmaterial z. B. durch Legierungsbildung zu zerstören.Continuous and, above all, even heating occurs Trouble. The strip material warps in the sintered core. By the Warping creates waves from which the loosely scattered metal powder slips off. This makes it impossible to sinter it on in such a process Create a layer in a uniform, predetermined thickness. That from the tape Powder falling on the floor or internals of the chamber or furnace is at the there prevailing temperature suitable, the furnace material z. B. by alloying to destroy.

Bei dem bekannten Verfahren entstehen die Wellen durch Eigenspannungen und eine ungleichmäßige Wärineaufnahme, die zu ungleichmäßiger AusdeW-nung des Bandes führen. Versuche, die Wärmeaufnahme durch Strahlung intensiver zu gestalten, indem die Bandunterseite mit Farbanstrichen (Ruß) versehen wird, sind fehlgeschlagen, da sich die beabsi#chtigte Vermeidung der Wellenbildung in dem Band nicht in ausreichendem Umfang und mit ausreichender Sicherheit erreichen ließ. Außerdem kann sich ein solcher unterseitiger Anstrich, beispielsweise bei Stahlband infolge Aufkohlung, nachteilig auswirken.In the known method, the waves are created by internal stresses and uneven heat absorption, which leads to uneven expansion of the belt to lead. Try to make the heat absorption by radiation more intense by the underside of the belt is painted (soot) have failed, since the intended avoidance of the formation of waves in the band is not sufficient Scope and with sufficient certainty. In addition, such a Coating on the underside, for example in the case of steel strip, is disadvantageous as a result of carburization impact.

Weiterhin zeigt es sich, daß Metallpulver Stoffe enthalten können, die eine einwandfreie Sinterung örtlich behindern. Sofern eine darauffolgende Tränkung der SintermetaUschicht mit einem Metall oder Kunststoff vorgesehen ist, stößt dies ebenfalls auf Schwierigkeiten, da die Umgebung solcher Verunreinigungen von den Tränkwerkstoffen nicht richtig benetzt wird und die Tränkwerkstoffe daher abgestoßen werden.It also shows that metal powders can contain substances which locally hinder proper sintering. If a subsequent impregnation the sintered metal layer is provided with a metal or plastic, this impacts also to difficulties, since the environment of such impurities from the Impregnating materials is not properly wetted and the impregnating materials are therefore repelled will.

Schließlich tritt bei der praktischen Durchführung des bekannten Verfahrens als weiterer Störfaktor auf, daß das aufgeschüttete Metallpulver durch unregelmäßige Erwärmung stellenweise dichter zusammen sintert. Dies führt zu Rissen in der Sinterschicht.Finally, when the known method is carried out in practice, a further disruptive factor is that the heaped metal powder sinters closer together in places as a result of irregular heating. This leads to cracks in the sintered layer.

Auch ist bereits ein einstufiger Sintervorgang für ein Metallband mit aufgestreutem Pulver bekannt (USA.-Patentschrift 2290398), bei dem die Erhitzungsgeschwindigkeit außerordentlich hoch sein soll und deshalb das Sintern und gleichzeitige Binden der Metallpulverlage in äußerst schneller Weise erfolgen kann. Hierbei handelt es sich aber um ein einstufiges Arbeitsverfahren, bei dem das Erhitzen grundsätzlich unter Schutzgas-Atmosphäre erfolgt. Die schnelle Erhitzungsgeschwindigkeit mag dazu beitragen, daß es bei Benutzung von gut vorbehandelten Stahlband, das im wesentlichen von inneren Spannungen frei ist, nicht mehr merklicli zu der Wellenbildung kommt. Tatsächlich ist es aber nicht möglich, mit einem einstufigen Verfahren die Verwerfungen im Stahlband so sicher und weitgehend zu unterbinden, daß es auch nicht mehr zu irgendwelchen Dichteschwankungen in der aufgeschütteten Metallpulverlage kommt. Vor allen Dingen ist es aber bei einem solchen Verfahren und dessen Vorrichtung nicht möglich, die durch irgendwelche praktisch nicht nachweisbare Verunreinigung im Metallpulver auftretenden Fehlerstellen in der gesinterten Lage zu vermeiden. Die bekannte einstufige Durchführung des Sintervorganges mit extrem schneller Aufheizung bedeutet naturgemäß, daß eine ganz erhebliche Heizleistung zugeführt werden muß, um ein solches schnelles Aufheizen auf die volle Sintertemperatur, also etwa 1000 bis 1500'C zu erreichen. Die für das schnelle Aufheizen auf die volle Sintertemperatur erforderliche erhöhte Leistung muß naturgemäß dann auch wieder durch erhöhte Kühlungsmaßnahmen gesteuert werden, was bei dem bekannten Verfahren durch die in den Sinterofen eingeführte Wasserkühlung zum Ausdruck kommt. Es wird also bei dem bekannten Sintervorgang eine übermäßig große Energiemenge vergeudet.A one-step sintering process for a metal strip with scattered powder is also known (US Pat. No. 2290398), in which the heating rate should be extremely high and therefore the sintering and simultaneous bonding of the metal powder layer can take place extremely quickly. However, this is a one-step process in which the heating is always carried out under a protective gas atmosphere. The rapid heating rate may contribute to the fact that when using well-pretreated steel strip, which is essentially free from internal stresses, there is no longer any noticeable wave formation. In fact, however, it is not possible to use a one-step process to prevent the warping in the steel strip so reliably and largely that there are no longer any density fluctuations in the heaped metal powder layer. Above all, however, with such a method and its device it is not possible to avoid defects in the sintered layer caused by any practically undetectable contamination in the metal powder. The known single-stage implementation of the sintering process with extremely rapid heating naturally means that a very considerable heating power must be supplied in order to achieve such rapid heating to the full sintering temperature, that is to say about 1000 to 1500.degree . The increased power required for rapid heating to the full sintering temperature must then naturally also be controlled again by increased cooling measures, which in the known method is expressed by the water cooling introduced into the sintering furnace. Thus, an excessively large amount of energy is wasted in the known sintering process.

Durch die Erfindung sollen diese Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren in einfacher Weise behoben werden, ohne daß der Verfahrensablauf behindert oder verlangsamt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß das Band mit dem aufgeschütteten Pulver vor dem Sinterprozeß bei einer Temperatur von mindestens 300'C einer oxydierenden Wärmebehandlung mit wesentlich erhöhter Erhitzungsgeschwindigkeit wie im eigentlichen Sinterprozeß unterworfen wird.The invention is intended to remedy these difficulties and disadvantages of the known methods in a simple manner, without the process sequence being hindered or slowed down. This is achieved by subjecting the strip with the poured powder to an oxidizing heat treatment at a temperature of at least 300 ° C. with a significantly increased heating rate as in the actual sintering process before the sintering process.

Wie Versuche gezeigt haben, wird durch dieses verhältnismäßig schnelle Aufheizen des Bandes mit dem aufgestreuten Pulver in einer Vorwärmzone die Verformung des Bandes, insbesondere die Ausbildung von Wellen im Band vermieden. Durch die schnelle Zuführung verhältnismäßig großer Wärmemengen werden bei dem Verfahren nach der Erfindung auch die weiteren auf ungleichmäßige Erwärmung des Bandes zurückzuführenden störenden Erscheinungen nicht mehr festgestellt. Dies könnte beispielsweise auf das schnelle überschreiten kritischer Temperaturbereiche oder auf beschleunigte Wärmeverteilung innerhalb des Bandes und des aufgestreuten Pulvers zurückzuführen sein. Durch das oxydierende schnelle Aufheizen lassen sich auch in dem aufgeschütteten Pulver unvermeidlich enthaltene Verunreinigungen unschädlich machen.As tests have shown, this is relatively quick The deformation is heated up in a preheating zone with the powder sprinkled on it of the belt, in particular avoiding the formation of waves in the belt. Through the rapid supply of relatively large amounts of heat are in the process according to of the invention also the further attributable to uneven heating of the strip disturbing phenomena no longer detected. This could be on, for example the rapid exceeding of critical temperature ranges or accelerated Due to the heat distribution within the band and the scattered powder be. Due to the oxidizing, rapid heating, it can also be used in the heaped up Make the impurities inevitably contained in the powder harmless.

Die oxydierende Wärmebehandlung des auf das Band gestreuten Metallpulvers bietet daneben den Vorteil, daß das Metallpulver beim. Oxydieren soweit zusammenbackt, daß keine Relativbewegung von Metallteilchen mehr erfolgt.The oxidizing heat treatment of the metal powder scattered on the belt also has the advantage that the metal powder when. Oxidize to the extent that it cakes, that there is no longer any relative movement of metal particles.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung der Durchführung des Verfahrens und der dazu zu benutzenden Vorrichtung und F i g. 2 eine etwas abgewandelte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Gemäß F i g. 1 läuft das zunächst in endloser Folge zusammengeschweißte Metallband, beispielsweise Stahlband, nachdem es in geeigneter Weise gereinigt und entfettet worden ist, unter einer Pulveraufstreuvorrichtung 2 hindurch, die eine gleichmäßige Schicht 3 von Pulver auf der Oberseite des Bandes 1 abla 'gert. Das Band 1 läuft dann mit der aufgestreuten Pulverschicht 3 in eine Kammer 4, in der eine oxydierende Atmosphäre, beispielsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, aufrechterhalten wird. In dieser Kammer 4 wird das Band 1 mit dem auf-(Yestreuten Pulver 3 beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Induktionsspule direkt und mit erhöhter Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa 15' C/sec. auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Metallpulverteilchen an ihrer Oberfläche oxydieren und Verunreinigungen aus dem Metallpulver herausbrennen. Diese Temperatur liegt für Metallpulver auf Kupferbasis beispielsweise bei 400'C. Das Metallpulver backt dabei schon soweit zusammen, daß keine Relativbewegung von Metallteilchen mehr erfolgen kann.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows F i g. 1 shows a schematic representation of the implementation of the method and the device to be used for this, and FIG. 2 shows a somewhat modified device for carrying out the method according to the invention. According to FIG. 1 , the metal band, for example steel band, initially welded together in endless succession, after it has been suitably cleaned and degreased, passes under a powder sprinkling device 2 which deposits a uniform layer 3 of powder on the upper side of the band 1. The belt 1 then runs with the powder layer 3 scattered on it into a chamber 4 in which an oxidizing atmosphere, for example air or air enriched with oxygen, is maintained. In this chamber 4, the strip 1 with the scattered powder 3 is heated, for example by means of an induction coil (not shown), directly and at an increased heating rate of about 15 ° C./sec. To a temperature at which the metal powder particles oxidize on their surface and contaminate them For metal powder based on copper, this temperature is, for example, 400 ° C. The metal powder bakes together to such an extent that no relative movement of metal particles can take place.

Aus dieser Kammer 4 mit oxydierender Atmosphäre läuft das Metallband mit der zusammenaebackenen Metallpulverschicht in die Erhitzungskammer 6 des Sinterofens 5 und wird dort mit normaler Erhitzungsgeschwindigkeit von beispielsweise 5' C/sec. bis auf Sintertemperatur, beispielsweise 1000 bis 1200' C, erhitzt. Die Induktionsspule 4 kann auch entsprecliend der Kammer 4 in einem Abstand vor dem Eingang des Sinterofens 5 angeordnet sein. Zum übergang von der Kammer 4 zum Sinterofen 5 läßt sich das Band 1, wie in F i g. 1 angedeutet, durch Normalatmosphäre führen. Der Sintervorgang im Ofen 5 wird dann in bekannter Weise in reduzierender Atmosphäre durchgeführt.From this chamber 4 with an oxidizing atmosphere, the metal strip with the bonded metal powder layer runs into the heating chamber 6 of the sintering furnace 5 and is heated there at a normal heating rate of, for example, 5 ° C./sec. heated to sintering temperature, for example 1000 to 1200 ° C. The induction coil 4 can also be arranged corresponding to the chamber 4 at a distance in front of the entrance of the sintering furnace 5 . For the transition from the chamber 4 to the sintering furnace 5 , the belt 1, as in FIG. 1 indicated, lead through normal atmosphere. The sintering process in the furnace 5 is then carried out in a known manner in a reducing atmosphere.

Gemäß F i a,. 2 ist lediglich vor dem Eingano, des Sinterofens 5 eine Induktionsspule 4' gesetzt, durch deren Innenraum das Band 1 mit dem auf geschütteten Pulver 3 läuft.According to F i a ,. 2, an induction coil 4 'is only placed in front of the entrance to the sintering furnace 5 , through the interior of which the belt 1 with the poured powder 3 runs.

Der Innenraum der Induktionsspule ist zur Außenatmosphäre offen -, so daß diese während der im Bereich der Induktionsspule 4 stattfindenden Wärmebehandluno, oxvdierend wirkt.The interior of the induction coil is open to the outside atmosphere - so that it has an oxidizing effect during the heat treatment taking place in the area of the induction coil 4.

Claims

1. A process for the continuous sintering of metal powder to metal strip, wherein the Crereinigte, defatted band sprinkled consecutively with metal powder and the metal powder is sintered under a reducing atmosphere or inert gas in a reaction chamber, d a d URC h in that the band with the is sgeschwindigkeit as subjected heaped powder before the sintering process at a temperature of at least 300 'C to an oxidizing heat treatment with significantly increased heating rate, for example at least double Erhitzuna' in the actual sintering process and subsequently thereto tert in a known manner in a reducing atmosphere Gesin CD.

2. The method according to claim 1, characterized in that the oxidizing heat treatment for tape with scattered metal powder based on copper at about 400 'C and with a heating rate of about 15' C / sec. is carried out. 3 * Device for carrying out the method according to claim 1 or 2, in which a transport device for the belt, a device for uniformly applying the metal powder to the belt and a sintering furnace are provided. characterized in that at least one device (4, 4 ') for oxidizing heat treatment is arranged between the powder application device (2) and the sintering furnace (5). 4. Vorrichtun- according to claim 3, characterized in that the device for oxidizing heat treatment is designed as a preheating chamber (4) with an oxidizing atmosphere. 5. Apparatus according to claim 4, characterized in that induction coils acting directly on the metal strip (1) are arranged in the preheating chamber. 6. Apparatus according to claim j, characterized in that the device for oxydiege-generating heat treatment is arranged as an induction coil (4 ') in front of the sintering furnace (5), the interior of which is in communication with the outside atmosphere.