Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus Metall durch Kaltfliesspressen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem Metall aus der Gruppe Tantal, Niob und einer Basis-Legierung eines dieser Metalle durch Kaltfließpressen unter Verwendung eines Fluor-haltigen Kunststoffes als Schmiermittel.

[0002] Aus der Zeitschrift "Umformtechnik 15 (1981) 3, S. 31 ff." ist die kaltumformende Bearbeitung, das Kaltfließpressen, von Tantal bekannt, deren Vorteile in dem geringen Werkstoffverlust zu sehen sind. Die Umformung erfolgte in vier einzelnen Stufen auf einer stehenden Kurbelpresse. Tantal weist gegenüber Stahl unter den beim Kaltfließpressen wirkendenden hohen Flächenpressungen starke Verschweißneigung auf. Bei Einsatz üblicher Cr-Kaltarbeitsstähle wurden mit keinem der erprobten Schmiermittel, einschließlich von PTFE-Überzügen der Werkstücke, befriedigende Ergebnisse erzielt. Hinreichende Ergebnisse waren nur durch Kombination mehrerer Maßnahnen erreichbar, wozu der Einsatz anderer Werkstoffe für die Aktivteile, deren zusätzliche Oberflächenbehandlung, eine Oberflächenbehandlung der Ausgangsformen sowie deren Schmierung mit einem Schmierstoffgemisch gehörten. Welche Maßnahmen dazu im einzelnen getroffen wurden, ist nicht näher beschrieben. Jedenfalls wurde damit keine optimale Lösung erreicht.

[0003] Aus der DE-PS 14 94 402 ist ein Überzugsmittel zur Erzeugung von Schutzüberzügen mit niedrigem Reibungskoeffizienten bekannt. Es besteht aus einer Dispersion eines niedrigmolekularen Fluorkohlenstoffpolymerisats und einem wärmehärtbaren oder thermoplastischen Harz, die noch eine untergeordnete Menge eines hochmolekularen Polytetrafluoräthylens enthalten kann.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Formkörpers aus einem Metall aus der Gruppe Tantal, Niob und einer Basis-Legierung einer dieser Metalle durch Kaltfließpressen zu optimieren.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe für das eingangs charakterisierte Verfahren erfin­dungsgemäß dadurch, daß auf einem Metallplättchen ein Schmiermittelfilm ange­bracht wird, der aus einer Oxidschicht des Metalls, in die niedermolekulares Polytetrafluoräthylen eingelagert ist, oder aus Chlor-tri-Fluor-Äthylen besteht, und danach das Metallplättchen mittels eines Hartmetall-Stempels in einem einzigen Schritt zu dem Formkörper durch Rückwärtsfließpressen kalt­verformt wird, wobei der Stempel einen mit balliger Bodenfläche versehenen Stempelkopf und abgerundete Hinterschneidungen im Bereich des Übergangs vom Stempelkopf zum Stempelschaft aufweist.

[0006] Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß das Metallplättchen vor der Verformung anodisch oxidiert, dann mit einer Polytetrafluoräthylen-haltigen Lösung besprüht und das Lösungsmittel verdampft wird. Vorzugsweise wird die Polytetrafluoräthylen-haltige Lösung auf ein erwärmtes anodisch oxidiertes Metallplättchen aufgesprüht, das auf eine Temperatur von vorzugsweise 150 °C erwärmt ist. Bewährt hat es sich als Polytetrafluoräthylen-haltige Lösung eine in einem Harzlösungsmittel gelöste Dispersion eines feinteiligen nieder­molekularen Polytetrafluoräthylen und eines thermoplastischen Harzes zu ver­wenden und auf das anodisch oxidierte, gegebenenfalls erwärmte, Metall­plättchen aufzusprühen. Für die Umformung hat sich ein Stempel als sehr brauchbar erwiesen, dessen Stempelkopf-Balligkeit im Bereich von 20 bis 30 µm liegt. Als Werkstoff für den Stempel findet insbesondere ein solcher Anwendung, der aus einer Kobalt-Matrix besteht, in die Wolframkarbid einge­lagert ist.

[0007] Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Tribologiesystems, das praktisch eine "schwimmende" Lagerung von Metallplättchen und Hartmetall-Stempel sicher­stellt sowie die Verwendung eines Stempels mit balliger Bodenfläche des Stempelkopfs und abgerundeter Hinterschneidungen im Bereich des Übergangs von Stempelkopf zu Stempelschaft, ist es möglich, Metallplättchen aus Tantal, Niob oder aus einer Basis-Legierung eines dieser Metalle in automatischen Transfer­pressenstraßen störungsfrei und kontinuierlich umzuformen, ohne daß die umgeformten Teile einer erheblichen Nachbearbeitung bedürfen. Dabei ist es weiterhin von großem Vorteil, daß die Umformung durch Kaltfließpressen nunmehr in einem einzigen Schritt erfolgt.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des nachfolgenden Ausführungs­beispieles näher erläutert.

[0009] Zunächst werden von einer kreiszylindrischen Tantalstange Plättchen mit einem Durchmesser von 7 mm und einer Dicke von 6,5 mm abgeschert. Zum Entfetten werden eine Vielzahl von Plättchen, beispielsweise 2000 Stück, in eine handelsübliche Ultraschallreinigngsanlage gegeben, die als Reinigungsmittel ein Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff, z.B. 1,1,2-Trichlor-1,2,2-trifluor-Äthan, enthält. An diesen Entfettungsvorgang schließt sich ein Gleitschleifen während einer Dauer von etwa 12 Stunden in einer Trommel an. Der Schleifvorgang findet unter Wasserzugabe und Zugabe von keramischen Schleifkörpern statt.

[0010] Danach werden die geschliffenen Metallplättchen in einer geschlossenen Matrize aus Hartmetall plangepreßt, wodurch die Abmessungen der Metallplättchen auf etwa 9,6 mm im Durchmesser von 3,6 mm in der Dicke verändert werden. An diesen Planpreß-Verfahrensschritt schließt sich wieder ein Entfetten im Ultraschallbad, wie vorstehend angegeben, an sowie daran ein Gleitschleifen, wobei die Gleitschleifzeit nur etwa 8 Stunden beträgt. Die so vorbereiteten Tantalplättchen werden nun einer Rekristallisationsglühung im Hochvakuum bei etwa 10⁻⁵ mbar bei einer Temperatur von etwa 1350 °C während einer Dauer von etwa 1 Stunde unterworfen. Nach Abkühlung der Tantalplättchen auf Zimmertemperatur werden diese mit Chlortrifluoräthylen benetzt und in eine Matrize aus Hartmetall eingelegt, in der sie mittels des Preßstempels in einem einzigen Preß-Schritt zu einem Napf kalfließverpreßt werden. Die Balligkeit des Preßstempelkopfes betrug 28 µm, als Werkstoff für den Preßstempel wurde Kobalt verwendet, in dessen Matrix Wolframkarbid-Teilchen eingelagert sind.

[0011] Die erfindungsgemäß hergestellten Näpfe hatten eine Bodendicke von etwa 0,4 mm, eine Länge vone twa 18 mm, einen Innendurchmesser von etwa 8,7 mm und einen Außendurchmesser von etwa 9,5 mm. Die Näpfe mußten nicht nachgearbeitet werden.

[0012] In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels kann auch als Tribologiesystem, wie vorgeschlagen, eine Oxidschicht des Metalls verwendet werden, in die niedermolekulares Polytetrafluoräthylen eingelagert ist. Die Herstellung dieses Tribologiesystems schließt sich an den Rekristallisations-Verfahrens­schritt gemäß obigem Beispiel an. Dazu wird das Tantalplättchen als Anode in eine phosphorsaure Lösung für eine Dauer zwischen 15 und 30 Minuten eingetaucht. Danach spült man die oxidierten Tantalplättchen mit destilliertem Wasser ab, benetzt sie nach dem Trocknen mit einer Polytetrafluoräthylen­haltigen Lösung und dampft das Lösungsmittel bei etwa 150 °C ab. Hieran schließt sich dann das Kaltfließpressen an, wie oben beschrieben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus einem Metall aus der Gruppe Tantal, Niob und einer Basis-Legierung eines dieser Metalle durch Kaltfließpressen unter Verwendung eines Fluor-haltigen Kunststoffes als Schmiermittel, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Metallplättchen ein Schmiermittelfilm angebracht wird, der aus einer Oxidschicht des Metalls, in die niedermolekulares Polytetrafluoräthylen eingelagert ist, oder aus Chlor-tri-Fluor-Äthylen besteht, und danach das Metallplättchen mittels eines Hartmetall-Stempels in einem einzigen Schritt zu dem Formkörper durch Rückwärtsfließpressen kaltverformt wird, wobei der Stempel einen mit balliger Bodenfläche versehenen Stempelkopf und abgerundete Hinterschnei­dungen im Bereich des Übergangs vom Stempelkopf zum Stempelschaft aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen vor der Verformung anodisch oxidiert, dann mit einer Polytetrafluor­äthylen-haltigen Lösung besprüht und das Lösungsmittel verdampft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polytetrafluor­äthylen-haltige Lösung auf ein erwärmtes anodisch oxidiertes Metallplätt­chen aufgesprüht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anodisch oxidierte Metallplättchen auf etwa 150 °C erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß eine in einem Harzlösungsmittel gelöste Dispersion eines feinteiligen niedermolekularen Polytetrafluoräthylen und eines thermo­plastischen Harzes auf das anodisch oxidierte Metallplättchen aufgesprüht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallplättchen mittels eines Stempels verformt wird, dessen Stempelkopf-Balligkeit im Bereich von 20 bis 30 µm liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stempel aus Kobalt verwendet wird, wobei in die Kobalt-Matrix Teilchen aus Wolframkarbid eingelagert sind.