Komplexe Entbinderungs- und Sinterprozesse
eine tragende Rolle in der metallurgischen Industrie
Beim ersten Entbinderungsschritt wird der Großteil des Binders entfernt, sodass offene Poren im Bauteil entstehen. Der restliche Binder wird im zweiten Schritt durch einen thermischen Prozess entfernt. Da dies im Allgemeinen während des Sinterzyklus stattfindet, muss unbedingt sichergestellt werden, dass kein Binder zurückbleibt, bevor die Poren beim Sintern geschlossen werden. Bauteile mit Fehlern, die beim Sintern entstanden sind, können nicht wiederverwertet werden, sodass das Material komplett verloren geht. Daher ist eine präzise Kontrolle der Bedingungen erforderlich.
Herkömmlicher pulvermetallurgischer Prozess
Im ersten Schritt werden die Pulvermetallteile in eine Form gepresst, die sogenannte Formgebung. Um einen homogenen Grünkörper zu erhalten, werden sogenannte Binder zum Pulver hinzugegeben. Diese Binder fungieren auch als Schmierstoff im Formgebungsprozess. Die Binder müssen jedoch entfernt werden, bevor die Produkte gesintert werden können. Dieser Entbinderungsprozess erfolgt in der ersten Ofenzone (Entbinderungs- oder Entfettungszone). In dem darauffolgenden Heißbereich werden die Pulvermetallteile bei knapp unter dem Schmelzpunkt liegenden Temperaturen gesintert. Metalloxide werden reduziert und der Kohlenstoffgehalt wird kontrolliert und angepasst. Alle Prozessschritte finden unter einer Schutzatmosphäre statt, einer Kombination aus Stickstoff und Wasserstoff oder Endogas.
Schließlich werden die Metallpulverteile abgekühlt. Dies erfolgt entweder durch ein direktes Schroffkühlsystem zur Erzielung hoher Härtegrade oder mit einem indirekten langsamen Kühlsystem. Ein optionaler und zusätzlicher Anlassprozess wird üblicherweise in einem Härteofen durchgeführt.
Metallspritzguss
Der derzeitige Stand der Technik ist ein kombinierter Prozess, der eine sekundäre Entbinderung und Hochtemperatursintern umfasst. Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören die komplette Entfernung von zurückgebliebenem Binder (z. B. durch einen zusätzlichen, vorgeschalteten Entbinderungsschritt), Kohlenstoffregelung, Sauerstoffreduzierung, präzise gesteuertes Schrumpfen und optimale Diffusion.
Durch Einspritzen des Rohmaterials (eine durch Erwärmen verflüssigte Mischung aus Metall und Zuschlagstoffen) in eine geschlossene Form entsteht ein Grünteil, das zu etwa 60 % aus Metallpulver und zu 40 % aus Binder besteht. Im ersten Entbinderungsschritt reduzieren die thermische Behandlung und eine katalytische Reaktion – oder ein Lösungsmittel – den Bindergehalt auf 5 %. Das dabei entstehende Braunteil hat eine Porosität von 35 %.
Beim sekundären Entbindern mit Temperaturen zwischen 200 und 600 °C und dem Sintern bei 1200–1360 °C in verschiedenen Atmosphären (Vakuum, Stickstoff, Wasserstoff und/oder Argon) wird das Braunteil zum fertigen Bauteil mit einer Porosität von weniger als 2 %.
