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EP0451093A1 - High melting point metal composite - Google Patents

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Publication number
EP0451093A1
EP0451093A1 EP91810183A EP91810183A EP0451093A1 EP 0451093 A1 EP0451093 A1 EP 0451093A1 EP 91810183 A EP91810183 A EP 91810183A EP 91810183 A EP91810183 A EP 91810183A EP 0451093 A1 EP0451093 A1 EP 0451093A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melting
metal
powder
compound
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP91810183A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günther Höllrigl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alusuisse Lonza Services Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alusuisse Lonza Services Ltd filed Critical Alusuisse Lonza Services Ltd
Publication of EP0451093A1 publication Critical patent/EP0451093A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid

Definitions

  • the invention relates to a process for the production and deposition of a high-melting metallic compound by atomizing an elementary or alloyed metal melt flowing from a crucible into an atomizing device by means of at least one gas stream directed towards the outflowing metal and with the simultaneous addition of a high-melting, powdery solid the mixing zone designed as a spray zone, the material sprayed by the gas stream being directed as a substantially conical spray jet with partial reaction towards a deposition surface where the reaction takes place completely.
  • the invention further relates to an application of the method.
  • the spray deposition of molten elemental metal or a molten alloy with a gas flowing in under high pressure is known per se.
  • the resulting coatings or moldings have a relatively high porosity, which can vary depending on the spray conditions and the spray gas used.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which allows the synthesis of a high-melting compound, which can be controlled with different parameters with respect to the course of the reaction.
  • the object is achieved according to the invention in that by controlling the temperature of the molten metal flowing out of a nozzle and the gas / metal flow ratio of an inert gas supplied under high pressure by forming the connection between the powdered solid and the partially liquid melt drops of the atomized Metal melt produces an exothermic reaction and is maintained.
  • connection through an exothermic enthalpy of reaction of the metallic connection is of essential importance when a high-melting connection is formed.
  • This consequently has the technological advantage that the low-melting component of the intermetallic compound can be atomized at low temperatures.
  • This metal is also called matrix metal.
  • Suitable matrix metals are primarily aluminum and aluminum alloys and other metals with a low melting point, e.g. Magnesium.
  • the second component of the compound to be produced is a high melting point element or a metal which is difficult to melt metallurgically, e.g. because, as in the case of titanium, the melt is very reactive and / or has a high melting point, in particular in the case of the elements titanium, vanadium, manganese, chromium, iron and nickel which are important for the production of intermetallic compounds.
  • the volume fraction of the liquid phase of the finely sprayed matrix metal in droplet form must be controlled in the reaction phase so that - in cooperation with the likewise controlled metal temperature and the volume of inert gas supplied - the required exothermic reaction between the deposited droplets of the matrix metal and the high-melting powder can occur.
  • the proportion of the high-melting powder, in particular an elementary solid phase, is preferably also adjusted to the stoichiometry of a desired intermetallic compound.
  • a desired intermetallic compound For example, single-phase intermetallic compounds are generated.
  • Nitrogen, argon and / or helium which are fed in at high pressure, are particularly suitable as inert gases for spraying the outflowing metal jet.
  • the pressure to completely atomize the molten metal is, for example, in the range from 2 to 10 bar.
  • the method for producing an intermetallic compound of a low-melting matrix metal with at least one high-melting powder is used.
  • aluminide phases of the Al 3 X type are produced from aluminum or an aluminum alloy and a powdery component X, where X consists for example of Ti, V, Ti + V, Ti + Mn, Ti + Fe or Ti + Cr.
  • X denotes the elements Fe, Mn, Cr, V in the y range from 6 to 15 atomic%.
  • the process is also suitable for the production of a solid consisting of a phase mixture of intermetallic compound (eg Al3Ti with 70 to 99% by volume) and an Al mixed crystal which solidifies rapidly from the melt and which contains the compound-forming elements (eg Ti in the case of Al3Ti) contains supersaturated solid solution.
  • a phase mixture of intermetallic compound eg Al3Ti with 70 to 99% by volume
  • an Al mixed crystal which solidifies rapidly from the melt and which contains the compound-forming elements (eg Ti in the case of Al3Ti) contains supersaturated solid solution.
  • FIG. 1 shows schematically a device for performing the method in longitudinal section.
  • a crucible 10 with a ceramic nozzle 12 contains molten metal, in the present case an aluminum alloy heated to over 700 ° C. When the stopper is open, it flows downward and forms a jet 16 of molten metal 14.
  • High-melting powder 22 is guided in the direction of an annular primary nozzle 24 by means of an inert transport gas, which is represented by an arrow 20, over two horizontal delivery channels 18. From this vertically oriented nozzle, the high-melting powder 22, at most mixed with powdered, reacted product as a coolant, flows vertically along the jet 16 under discrete inert gas pressure.
  • the high-melting powder 22 consists, for example, of titanium, titanium + vanadium, titanium + iron, titanium + chromium, titanium + manganese.
  • the inert gas 28 is thrown over at least one opening 30 in the direction of the metal jet 16 and the high-melting metal powder 22.
  • the jet 16 of molten metal is sprayed into fine droplets and whirled through with the high-melting metal powder 22.
  • this mixing zone 32 also called atomization or spraying zone, the reaction with exothermic enthalpy of reaction already begins to take place, namely when a melt droplet accidentally collides with an introduced reactive powder grain of the high-melting powder 22.
  • a spray jet 34 formed next to the mixing zone 32 applies a liquid film on the surface to a collector 36 rotating about an axis A or a layer deposited thereon from the high-melting metallic compound 38 formed as a reaction product.
  • the reactions in the mixing zone 32 and the atomizing jet 34 are practically negligible; however, the prerequisites for a homogeneous reaction product are laid here.
  • the liquid film initially deposited directly on the collector 36 can grow into a full, dense body.
  • the rotating collector 36 is lowered to the extent that the deposited layer thickness increases.
  • the reaction level formed by the liquid film thus remains at a constant level.
  • objects arranged on the collector 36 can be coated; in this case the response time is relatively short.
  • Dashed lines 40 indicate that a portion of the inert gas 28, loaded with fine-grained powder, is returned to the high-melting powder 22 falling into the mixing zone 32.

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

An elemental or alloyed metal melt (14) flowing out of a crucible (10) into an atomising device is atomised by at least one gas flow (28) directed at the metal flowing out. A finely divided reaction mixture is produced by simultaneously adding a high-melting-point solid (22) added in powder form to the mixing zone (32) formed as a spraying zone. The material sprayed by the gas flow essentially forms a conical atomisation jet (34) which is fed in the direction of a deposition surface (36) while being partly reacted. The temperature of the metal melt (16) flowing out of a nozzle (12) and the gas/metal flow ratio of an inert gas (28) fed under high pressure are controlled by producing and maintaining an exothermic reaction as a result of compound formation between the added powder (22) and the partially liquid melt drops of the atomised metal melt (16). The process is used to produce an intermetallic compound from a low-melting-point matrix metal (14) and a high-melting-point powder (22). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und Abscheidung einer hochschmelzenden metallischen Verbindung durch Verdüsen einer aus einem Tiegel in eine Zerstäubervorrichtung fliessenden, elementaren oder legierten Metallschmelze mittels wenigstens eines auf das ausfliessende Metall gerichteten Gasstroms und unter gleichzeitiger Zugabe eines hochschmelzenden, pulverförmig ausgebildeten Festkörpers in die als Versprühzone ausgebildete Mischzone, wobei das durch den Gasstrom versprühte Material als im wesentlichen kegelförmiger Verdüsungsstrahl unter teilweiser Reaktion in Richtung einer Abscheidungsfläche geleitet wird, wo die Reaktion vollständig abläuft. Weiter betrifft die Erfindung eine Anwendung des Verfahrens.The invention relates to a process for the production and deposition of a high-melting metallic compound by atomizing an elementary or alloyed metal melt flowing from a crucible into an atomizing device by means of at least one gas stream directed towards the outflowing metal and with the simultaneous addition of a high-melting, powdery solid the mixing zone designed as a spray zone, the material sprayed by the gas stream being directed as a substantially conical spray jet with partial reaction towards a deposition surface where the reaction takes place completely. The invention further relates to an application of the method.

Die Sprühabscheidung von geschmolzenem elementarem Metall oder einer geschmolzenen Legierung mit einem unter hohem Druck einströmenden Gas ist an sich bekannt. Die dabei entstehenden Beschichtungen oder Formkörper weisen eine verhältnismässig hohe Porosität auf, die je nach Sprühbedingungen und eingesetztem Sprühgas unterschiedlich sein kann.The spray deposition of molten elemental metal or a molten alloy with a gas flowing in under high pressure is known per se. The resulting coatings or moldings have a relatively high porosity, which can vary depending on the spray conditions and the spray gas used.

Weiter ist bekannt, einen ausfliessenden Strahl von geschmolzenem Matrixmetall oder einer entsprechenden Legierung desselben Matrixmetalls durch ein Versprühgerät strömen zu lassen, ein Sprühgas mit einer unterhalb der Temperatur des flüssigen Strahls liegenden Temperatur einströmen zu lassen, welches die Schmelze in einen Sprühregen von kleinen Tröpfchen verwandelt. Zusätzlich kann ein Reaktionsmaterial zugegeben werden, welches wenigstens eine Reaktion mit dem Basismaterial und/oder eine Reaktion mit dem Sprühgas auslöst, was zu gewünschten Eigenschaften bzw. zur Verhinderung verfahrensbedingter Nachteile im abgeschiedenen Substrat führt.It is also known to let an outflowing jet of molten matrix metal or a corresponding alloy of the same matrix metal flow through a spray device, to let in a spray gas with a temperature below the temperature of the liquid jet, which converts the melt into a drizzle of small droplets. In addition, a reaction material can be added which triggers at least one reaction with the base material and / or one reaction with the spray gas, which leads to desired properties or to the prevention of process-related disadvantages in the deposited substrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Synthese einer hochschmelzenden Verbindung, die in bezug auf den Reaktionsablauf mit verschiedenen Parametern steuerbar ist, erlaubt.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which allows the synthesis of a high-melting compound, which can be controlled with different parameters with respect to the course of the reaction.

In bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mittels Steuerung der Temperatur der aus einer Düse ausfliessenden Metallschmelze und des Gas/Metall-Durchflussverhältnisses eines unter Hochdruck zugeleiteten Inertgases durch die Verbindungsbildung zwischen dem pulverförmig zugegebenen Festkörper und den partiell flüssigen Schmelzetropfen der zerstäubten Metallschmelze eine exotherme Reaktion erzeugt und aufrecht erhalten wird.In relation to the method, the object is achieved according to the invention in that by controlling the temperature of the molten metal flowing out of a nozzle and the gas / metal flow ratio of an inert gas supplied under high pressure by forming the connection between the powdered solid and the partially liquid melt drops of the atomized Metal melt produces an exothermic reaction and is maintained.

Die Verbindungsbildung durch eine exotherme Reaktionsenthalpie der metallischen Verbindung ist bei der Entstehung einer hochschmelzenden Verbindung von wesentlicher Bedeutung. Daraus ergibt sich konsequenterweise der technologische Vorteil, dass die tiefschmelzende Komponente der intermetallischen Verbindung bei tiefen Temperaturen verdüst werden kann. Dieses Metall wird auch Matrixmetall genannt.The formation of a connection through an exothermic enthalpy of reaction of the metallic connection is of essential importance when a high-melting connection is formed. This consequently has the technological advantage that the low-melting component of the intermetallic compound can be atomized at low temperatures. This metal is also called matrix metal.

Als Matrixmetalle eignen sich in erster Linie Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie andere Metalle mit tiefem Schmelzpunkt, z.B. Magnesium.Suitable matrix metals are primarily aluminum and aluminum alloys and other metals with a low melting point, e.g. Magnesium.

Mittels Steuerung der Durchflussrate des hochschmelzenden, pulverförmig zugegebenen Festkörpers wird eine gewünschte chemische Zusammensetzung der hochschmelzenden metallischen Verbindung eingestellt und zur Reaktion gebracht.By controlling the flow rate of the high-melting, powder-added solid, a desired chemical composition of the high-melting metal compound is set and reacted.

Die zweite Komponente der zu erzeugenden Verbindung ist ein Element mit hohem Schmelzpunkt oder ein Metall, welches schmelzmetallurgisch schwierig herzustellen ist, z.B. weil die Schmelze, wie im Fall von Titan, sehr reaktiv ist und/oder einen hohen Schmelzpunkt aufweist, insbesondere bei den für die Herstellung von intermetallischen Verbindungen wichtigen Elementen Titan, Vanadium, Mangan, Chrom, Eisen und Nickel.The second component of the compound to be produced is a high melting point element or a metal which is difficult to melt metallurgically, e.g. because, as in the case of titanium, the melt is very reactive and / or has a high melting point, in particular in the case of the elements titanium, vanadium, manganese, chromium, iron and nickel which are important for the production of intermetallic compounds.

Der Volumenanteil der flüssigen Phase des feinversprühten Matrixmetalls in Tröpfchenform muss in der Reaktionsphase so gesteuert werden, dass - im Zusammenwirken mit der ebenfalls gesteuerten Metalltemperatur und dem zugeführten Inertgasvolumen - die erforderliche exotherme Reaktion zwischen den abgeschiedenen Tröpfchen des Matrixmetalls und dem hochschmelzenden Pulver eintreten kann.The volume fraction of the liquid phase of the finely sprayed matrix metal in droplet form must be controlled in the reaction phase so that - in cooperation with the likewise controlled metal temperature and the volume of inert gas supplied - the required exothermic reaction between the deposited droplets of the matrix metal and the high-melting powder can occur.

Vorzugsweise wird auch der Anteil des hochschmelzenden Pulvers, insbesondere einer elementaren Feststoffphase, auf die Stöchiometrie einer gewünschten intermetallischen Verbindung eingestellt. So können z.B. einphasige intermetallische Verbindungen erzeugt werden. Es ist aber prinzipiell auch möglich, in der Reaktionszone ein zweiphasiges Gefüge bzw. ein mehrphasiges Mischgefüge auszubilden. In allen Fällen bleibt von wesentlicher Bedeutung, dass genügend Reaktionswärme, also exotherme Reaktionsenthalpie, zur Verbindungsbildung freigesetzt wird.The proportion of the high-melting powder, in particular an elementary solid phase, is preferably also adjusted to the stoichiometry of a desired intermetallic compound. For example, single-phase intermetallic compounds are generated. In principle, however, it is also possible to form a two-phase structure or a multi-phase mixed structure in the reaction zone. In all cases, it remains essential that sufficient heat of reaction, ie exothermic enthalpy of reaction, is released to form the compound.

Als inerte Gase zum Versprühen des ausfliessenden Metallstrahls eignen sich insbesondere Stickstoff, Argon und/oder Helium, welche mit hohem Druck eingespeist werden. Der Druck zur vollständigen Zerstäubung der Metallschmelze liegt beispielsweise im Bereich von 2 - 10 bar.Nitrogen, argon and / or helium, which are fed in at high pressure, are particularly suitable as inert gases for spraying the outflowing metal jet. The pressure to completely atomize the molten metal is, for example, in the range from 2 to 10 bar.

Der Verfahrensablauf zur Herstellung und Abscheidung einer hochschmelzenden metallischen Verbindung kann weiter, einzeln oder kombiniert, durch folgende Parameter beeinflusst werden:

  • Durch eine zeitlich gesteuerte Zugabe von Legierungskomponenten zum Matrixmetall während des Verdüsungsprozesses kann die Verbindungsbildung entweder beschleunigt oder verlangsamt werden.
  • Dem in die Mischzone geführten, hochschmelzenden Pulver kann eine feinere Siebfraktion des reagierten Produktes, also der intermetallischen Verbindung, zugegeben werden. Diese Beschickung mit arteigenem Pulver in geeigneter Teilchengrösse und abgestimmter Dosierung erfolgt während des Sprühvorganges. Damit kann die Reaktion gehemmt werden, was in bestimmten Situationen notwendig sein kann, insbesondere wenn man ein thermisches Gleichgewicht auf der Substratoberfläche einstellen möchte.
  • Mit dem Inertgas kann wenigstens teilweise nicht zur hochschmelzenden metallischen Verbindung reagierenden Pulverbestandteilen beider Komponenten, sowie in Pulverform anfallende hochschmelzende metallische Verbindung in die Mischzone zurückgeführt werden. Eine vollständige Rückführung des Gasstroms ist auch möglich.
The process sequence for producing and depositing a high-melting metallic compound can be influenced further, individually or in combination, by the following parameters:
  • A timed addition of alloy components to the matrix metal during the atomization process can either accelerate or slow down the connection.
  • A finer sieve fraction of the reacted product, that is to say the intermetallic compound, can be added to the high-melting powder fed into the mixing zone. This loading with the proper type of powder in a suitable particle size and coordinated dosage takes place during the spraying process. This can inhibit the reaction, which may be necessary in certain situations, especially if you want to establish a thermal equilibrium on the substrate surface.
  • With the inert gas, powder constituents of both components which do not react to the high-melting metallic compound, as well as high-melting metallic compound obtained in powder form, can at least partially be returned to the mixing zone. A complete return of the gas flow is also possible.

Das zurückgeführte Feinpulver wird vorzugsweise möglichst nahe zur Abscheidungsebene (Kollektor) eingebracht. Der Feinpulveranteil im zurückgeführten Gasstrom is verhältnismässig gering, er stört das eingestellte Mischungsverhältnis nicht. Mit dieser Rückführung kann aber der Reaktionsablauf entscheidend beeinflusst werden, indem die freiwerdende Reaktionswärme bei Verbindungsbildung durch die benötigte Schmelzwärme beim Aufschmelzen des Reaktionsproduktes (Feinpulver) ausgeglichen wird.

  • Schliesslich kann auch zusätzlich sehr feines artfremdes Pulver in agglomerierter Form, vorzugsweise in sprühgetrocknetem Zustand oder eingeschlossen in schmelz- oder brennbaren Kapseln in die Mischzone gebracht werden. Unterhalb einer bestimmten Korngrösse (z.B. 10 µm) würde feinteiliges Material nicht mehr effizient vom Verdüsungsstrahl transportiert werden. Dies trifft zum Beispiel für submikrones Pulver, beispielsweise aus Aluminiumoxid zu, das in agglomerierter Form eingebracht wird und beim Auftreffen auf der Kollektorfläche wieder in die feinen Pulverteilchen zerfällt.
The recycled fine powder is preferably introduced as close as possible to the deposition level (collector). The proportion of fine powder in the recirculated gas stream is comparatively low, it does not interfere with the set mixing ratio. With this recycling, however, the course of the reaction can be decisively influenced by compensating the heat of reaction released when the compound is formed by the heat of fusion required when the reaction product (fine powder) is being melted.
  • Finally, very fine alien powder can also be brought into the mixing zone in agglomerated form, preferably in a spray-dried state or enclosed in meltable or flammable capsules. Below a certain grain size (eg 10 µm), fine-particle material would no longer be efficiently transported by the atomizing jet. This applies, for example, to submicron powder, for example made of aluminum oxide, which is introduced in agglomerated form and breaks down into the fine powder particles again when it hits the collector surface.

Erfindungsgemäss wird das Verfahren zur Herstellung einer intermetallischen Verbindung eines niedrig schmelzenden Matrixmetalls mit mindestens einem hochschmelzendem Pulver angewendet. Vorzugsweise werden Aluminidphasen des Typs Al3 X aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einer pulverförmigen Komponente X hergestellt, wobei X beispielsweise aus Ti,V,Ti+V,Ti+Mn,Ti+Fe oder Ti+Cr besteht.According to the invention, the method for producing an intermetallic compound of a low-melting matrix metal with at least one high-melting powder is used. Preferably, aluminide phases of the Al 3 X type are produced from aluminum or an aluminum alloy and a powdery component X, where X consists for example of Ti, V, Ti + V, Ti + Mn, Ti + Fe or Ti + Cr.

Bei einer ternären Verbindung des Typs Al(₇₅-y) Ti₂₅Xy be- deutet X die Elemente Fe,Mn,Cr,V im Bereich y von 6 - 15 Atom-%.In the case of a ternary compound of the Al (₇₅-y) Ti₂₅Xy type, X denotes the elements Fe, Mn, Cr, V in the y range from 6 to 15 atomic%.

Das Verfahren ist auch geeignet zur Herstellung eines Festkörpers bestehend aus einem Phasengemisch von intermetallischer Verbindung (z.B. Al₃Ti mit 70 bis 99 Vol%) und einem aus der Schmelze rasch erstarrten Al-Mischkristall, der die verbindungsbildenden Elemente (z.B. Ti im Falle von Al₃Ti) in übersättigter fester Lösung enthält.The process is also suitable for the production of a solid consisting of a phase mixture of intermetallic compound (eg Al₃Ti with 70 to 99% by volume) and an Al mixed crystal which solidifies rapidly from the melt and which contains the compound-forming elements (eg Ti in the case of Al₃Ti) contains supersaturated solid solution.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Längsschnitt.The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing. The only Fig. 1 shows schematically a device for performing the method in longitudinal section.

Ein Tiegel 10 mit einer Keramikdüse 12 enthält geschmolzenes Metall, im vorliegenden Fall eine auf über 700°C erwärmte Aluminiumlegierung. Bei geöffneten Stopfen fliesst diese nach unten ab und bildet einen Strahl 16 von geschmolzenem Metall 14.A crucible 10 with a ceramic nozzle 12 contains molten metal, in the present case an aluminum alloy heated to over 700 ° C. When the stopper is open, it flows downward and forms a jet 16 of molten metal 14.

Ueber zwei horizontale Förderkanäle 18 wird mittels eines inerten Transportgases, welches mit einem Pfeil 20 dargestellt ist, hochschmelzendes Pulver 22 in Richtung einer ringförmigen Primärdüse 24 geführt. Aus dieser vertikal orientierten Düse strömt das hochschmelzende Pulver 22, allenfalls vermischt mit pulverförmigem, reagiertem Produkt als Kühlmittel, unter diskretem Inertgasdruck senkrecht entlang des Strahls 16 nach unten. Das hochschmelzende Pulver 22 besteht beispielsweise aus Titan, Titan+Vanadium, Titan+Eisen, Titan+Chrom, Titan+Mangan.High-melting powder 22 is guided in the direction of an annular primary nozzle 24 by means of an inert transport gas, which is represented by an arrow 20, over two horizontal delivery channels 18. From this vertically oriented nozzle, the high-melting powder 22, at most mixed with powdered, reacted product as a coolant, flows vertically along the jet 16 under discrete inert gas pressure. The high-melting powder 22 consists, for example, of titanium, titanium + vanadium, titanium + iron, titanium + chromium, titanium + manganese.

Unterhalb der Förderkanäle 18 sind massiv ausgestaltete Sekundärdüsen 26 für das unter hohem Druck, im vorliegenden Fall mit etwa 6 bar, zugeführte Inertgas 28 angeordnet. Ueber wenigstens eine Oeffnung 30 wird das Inertgas 28 in Richtung des Metallstrahls 16 und des hochschmelzenden Metallpulvers 22 geschleudert. Der Strahl 16 von geschmolzenem Metall wird in feine Tröpfchen versprüht und mit dem hochschmelzenden Metallpulver 22 durcheinander gewirbelt. In dieser Mischzone 32, auch Zerstäubungs- oder Versprühzone genannt, beginnt die Reaktion mit exothermer Reaktionsenthalpie bereits abzulaufen, nämlich beim zufälligen Zusammenstossen eines Schmelzetröpfchens mit einem eingeführten, reaktiven Pulverkorn des hochschmelzenden Pulvers 22.Massively designed secondary nozzles 26 for the inert gas 28 supplied under high pressure, in the present case at about 6 bar, are arranged below the delivery channels 18. The inert gas 28 is thrown over at least one opening 30 in the direction of the metal jet 16 and the high-melting metal powder 22. The jet 16 of molten metal is sprayed into fine droplets and whirled through with the high-melting metal powder 22. In this mixing zone 32, also called atomization or spraying zone, the reaction with exothermic enthalpy of reaction already begins to take place, namely when a melt droplet accidentally collides with an introduced reactive powder grain of the high-melting powder 22.

Ein anschliessend an die Mischzone 32 gebildeter Verdüsungsstrahl 34 beaufschlagt einen um eine Achse A rotierenden Kollektor 36 bzw. eine darauf niedergeschlagene Schicht aus der als Reaktionsprodukt gebildeten, hochschmelzenden metallischen Verbindung 38 mit einem flüssigen Film an der Oberfläche. Dieser bildet die eigentliche Reaktionszone der flüssigen Metalltröpfchen mit dem hochschmelzenden Pulver: Die hochschmelzende, vorzugsweise intermetallische Verbindung entsteht im wesentlichen hier. Die Reaktionen in der Mischzone 32 und dem Verdüsungsstrahl 34 dagegen sind praktisch vernachlässigbar; allerdings werden hier die erforderlichen Voraussetzungen für ein homogenes Reaktionsprodukt gelegt.A spray jet 34 formed next to the mixing zone 32 applies a liquid film on the surface to a collector 36 rotating about an axis A or a layer deposited thereon from the high-melting metallic compound 38 formed as a reaction product. This forms the actual reaction zone of the liquid metal droplets with the high-melting powder: the high-melting, preferably intermetallic, connection essentially occurs here. The reactions in the mixing zone 32 and the atomizing jet 34, however, are practically negligible; however, the prerequisites for a homogeneous reaction product are laid here.

Der am Anfang direkt auf dem Kollektor 36 abgeschiedene flüssige Film kann zu einem vollen, dichten Körper anwachsen. Dabei wird der rotierende Kollektor 36 in dem Masse abgesenkt, wie die abgeschiedene Schichtdicke wächst. Das vom flüssigen Film gebildete Reaktionsniveau bleibt also auf konstanter Höhe.The liquid film initially deposited directly on the collector 36 can grow into a full, dense body. The rotating collector 36 is lowered to the extent that the deposited layer thickness increases. The reaction level formed by the liquid film thus remains at a constant level.

Nach einer Variante können auf dem Kollektor 36 angeordnete Gegenstände beschichtet werden; in diesem Fall ist die Reaktionsdauer verhältnismässig kurz.According to a variant, objects arranged on the collector 36 can be coated; in this case the response time is relatively short.

Mit gestrichelten Linien 40 wird angedeutet, dass ein Teil des eingeführten Inertgases 28, beladen mit feinkörnigem Pulver, zum in die Mischzone 32 fallenden hochschmelzenden Pulver 22 zurückgeführt wird.Dashed lines 40 indicate that a portion of the inert gas 28, loaded with fine-grained powder, is returned to the high-melting powder 22 falling into the mixing zone 32.

Claims (11)

Verfahren zur Herstellung und Abscheidung einer hochschmelzenden metallischen Verbindung (38) durch Verdüsen einer aus einem Tiegel (10) in eine Zerstäubungsvorrichtung fliessenden, elementaren oder legierten Metallschmelze (16) mittels wenigstens eines auf das ausfliessende Metall gerichteten Gasstroms (28) und unter gleichzeitiger Zugabe eines hochschmelzenden, pulverförmig zugegebenen Festkörpers (22) in die als Versprühzone ausgebildete Mischzone (32), wobei das durch den Gasstrom versprühte Material als im wesentlichen kegelförmiger Verdüsungsstrahl (34) unter teilweiser Reaktion in Richtung einer Abscheidungsfläche (36) geleitet wird, wo die Reaktion der Verbindungsbildung vollständig abläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels Steuerung der Temperatur der aus einer Düse (12) ausfliessenden Metallschmelze (16) und des Gas/MetallDurchflussverhältnisses eines unter Hochdruck zugeleiteten Inertgases (28) durch die Verbindungsbildung zwischen dem pulverförmig zugegebenen Festkörper (22) und den partiell flüssigen Schmelzetropfen der zerstäubten Metallschmelze (16) eine exotherme Reaktion erzeugt und aufrecht erhalten wird.Method for producing and depositing a high-melting metal compound (38) by atomizing an elementary or alloyed metal melt (16) flowing from a crucible (10) into a sputtering device by means of at least one gas stream (28) directed towards the outflowing metal and with the simultaneous addition of one high-melting, powdery solid (22) into the spray zone (32) designed as a spray zone, the material sprayed by the gas stream as an essentially conical spray jet (34) with partial reaction in the direction of a deposition surface (36), where the reaction of the Connection is fully established,
characterized in that
by controlling the temperature of the metal melt (16) flowing out of a nozzle (12) and the gas / metal flow ratio of an inert gas (28) supplied under high pressure by forming the connection between the powdered solid (22) and the partially liquid melt drops of the atomized metal melt (16 ) an exothermic reaction is generated and maintained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Steuerung der Durchflussrate des hochschmelzenden, pulverförmig zugegebenem Festkörpers (22) eine gewünschte chemische Zusammensetzung der hochschmelzenden metallischen Verbindung (38) eingestellt und zur Reaktion gebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that by controlling the flow rate of the high-melting, powder-added solid (22), a desired chemical composition of the high-melting metallic compound (38) is set and reacted. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur vollständigen Zerstäubung der Metallschmelze (16) ein Inertgas (28) aus Stickstoff, Argon und/oder Helium zugegeben wird, vorzugsweise mit einem Druck von 2 - 10 bar.A method according to claim 1 or 2, characterized in that an inert gas (28) made of nitrogen, argon and / or helium is added to the complete atomization of the molten metal (16), preferably at a pressure of 2-10 bar. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitlich gesteuerte Zugabe von Legierungskomponenten zum im Tiegel (10) geschmolzenen Matrixmetall (14) während des Verdüsungsprozesses erfolgt.Method according to one of claims 1-3, characterized in that a time-controlled addition of alloy components to the matrix metal (14) melted in the crucible (10) takes place during the atomization process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Inertgas (28) wenigstens teilweise nicht zur hochschmelzenden metallischen Verbindung (38) reagierende Pulverbestandteile beider Komponenten sowie in Pulverform anfallende hochschmelzende metallische Verbindung in die Mischzone (32) zurückgeführt wird.Method according to one of claims 1-4, characterized in that with the inert gas (28) at least partially powder components of both components which do not react to the high-melting metallic compound (38) as well as high-melting metallic compound occurring in powder form are returned to the mixing zone (32). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feineren Pulverfraktionen, vorzugsweise im Grössenbereich von kleiner als 10 µm, zur Steuerung des Reaktionsablaufs in die Mischzone (32) zurückgeführt werden.A method according to claim 5, characterized in that the finer powder fractions, preferably in the size range of less than 10 µm, are returned to the mixing zone (32) to control the course of the reaction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass sehr feinteilig ausgebildetes inertes Pulver, vorzugsweise submikrones Aluminiumoxid, in die Mischzone (32) gebracht wird.Method according to one of claims 1-6, characterized in that very finely divided inert powder, preferably submicron aluminum oxide, is brought into the mixing zone (32). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das inerte Pulver in Form von transportfähigen Agglomeraten, vorzugsweise bestehend aus sprühgetrocknetem Feinstpulver, oder eingeschlossen in schmelz- oder brennbaren Kapseln, in die Mischzone (32) eingebracht werden.A method according to claim 7, characterized in that the inert powder in the form of transportable agglomerates, preferably consisting of spray-dried fine powder, or enclosed in meltable or flammable capsules, are introduced into the mixing zone (32). Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8 zur Herstellung einer intermetallischen Verbindung aus einem niedrigschmelzenden Matrixmetalls (14) mit mindestens einem hochschmelzenden, pulverförmig zugegebenen Festkörper (22).Use of the method according to one of claims 1-8 for the production of an intermetallic compound from a low-melting matrix metal (14) with at least one high-melting, powdery solid (22). Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 9 zur Herstellung von Aluminidphasen des Typs Al₃X, bestehend aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und einer hochschmelzenden pulverförmigen Komponente X, wobei X aus Ti,V,Ti+V,Ti+Mu,Ti+Fe oder Ti+Cr besteht oder aus einer ternären Verbindung des Typs Al(₇₅-y) Ti₂₅ Xy, wobei X die Elemente Fe,Mn,Cr,V im Bereich y von 6 - 15 Atom-% bedeutet.Use of the method according to claim 9 for the production of aluminide phases of the Al₃X type, consisting of aluminum or an aluminum alloy and a high-melting powder component X, where X consists of Ti, V, Ti + V, Ti + Mu, Ti + Fe or Ti + Cr or from a ternary compound of the type Al (₇₅-y) Ti₂₅ Xy, where X is the elements Fe, Mn, Cr, V in the range y from 6 - 15 atomic%. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 9 zur Herstellung eines Festkörpers bestehend aus einem Phasengemisch von intermetallischer Verbindung (z.B. Al₃,Ti mit 70 bis 99 Vol%) und einem aus der Schmelze rasch erstarrten Al-Mischkristall, der die verbindungsbildenden Elemente (z.B. Ti im Falle von Al₃Ti) in übersättigter fester Lösung enthält.Application of the method according to claim 9 for the production of a solid consisting of a phase mixture of intermetallic compound (eg Al₃, Ti with 70 to 99% by volume) and a rapidly solidifying Al mixed crystal which contains the compound-forming elements (eg Ti in the case of Al₃Ti) contains in supersaturated solid solution.
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