Reines Chrom und Legierungen mit hohen Chromanteilen sind bei niederen Temperaturen äußerst spröde und daher nur sehr schwer mit üblichen pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren durch Pressen und Sintern der Ausgangspulver zu verarbeiten.

Aus derartigen Werkstoffen werden daher in der Regel nur Produkte bzw.

Halbzeug mit einfacher Formgebung und geringer Dichte und Festigkeit, wie beispielsweise plattenförmige Sputter Targets durch Pressen und Sintern hergestellt, die dann falls erforderlich zur Erreichung der gewünschten Enddichte und Endfestigkeit noch thermomechanisch weiterverarbeitet werden.

Eisenpulver ist im Vergleich zu Chrompulver auch bei niedrigen Temperaturen äußerst duktil und lässt sich daher problemlos verpressen.

Chromlegierungspulver mit einem genügend hohen Eisenanteil lassen sich daher in der Regel auch einigermaßen gut verpressen. Problematisch wird es jedoch wieder dann, wenn neben dem Eisenanteil auch noch andere Legierungsanteile in kleineren Mengen im Legierungspulver vorhanden sind.

Derartige Legierungen, insbesondere solche mit einem Chromgehalt von etwa 90 bis 95 Gew. %, einem Eisenanteil von etwa 9 bis 4 Gew. % und einem Anteil von Yttrium oder anderen seltenen Erden bzw. deren Oxiden bis etwa 1 Gew. % werden aufgrund ihrer speziellen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch für Interkonnektoren von Festoxid-Brennstoffzellen verwendet. Um eine genügend homogene Verteilung der nur in kleinen Mengen vorhandenen Legierungsanteile an Yttrium bzw. seltenen Erden in der Pulvermischung zu erreichen, ist ein sogenanntes mechanisches Legieren der hochreinen Ausgangspulver in Hochenergiemühlen, in der Regel Attritoren, erforderlich.

Derartige Legierungen werden nach dem derzeitigen Stand der Technik daher auch ausschließlich über den Weg des mechanischen Legierens hergestellt.

Nachteilig dabei ist, dass es durch das mechanische Legieren wiederum zu einer zusätzlichen Verfestigung und Veränderung der Morphologie der Pulver kommt, was die gute Verpressbarkeit des Pulveransatzes stark beeinträchtigt.

Komplex geformte, hochdichte Formteile aus derartig mechanisch legierten Pulvern wie es beispielsweise auch Interkonnektoren von Brennstoffzellen sind, können durch Pressen und Sintern in endkonturnaher Form nicht mehr hergestellt werden.

Zur Herstellung derartiger Teile müssen daher zuerst Rohteile als einfach geformte Teile mit ausreichendem Übermaß, oder als Halbzeug, durch Pressen und Sintern hergestellt werden, wobei eine maximale Dichte von etwa 70 % erreicht wird.

Zur Erzielung der notwendigen Enddichte für eine ausreichende mechanische Festigkeit müssen diese Rohteile durch mechanisches Umformen, z. B. durch Walzen, weiterverformt werden. Die gewünschten Endkonturen, was bei Interkonnektoren beispielsweise Kanäle und durch Noppen strukturierte Oberflächen sein können, müssen dann aus diesen Rohteilen mit großen Kosten und hohem Zeitaufwand mechanisch und/oder elektrochemisch herausgearbeitet werden.

Mit anderen pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren, wie beispielsweise dem Metallspritzgießen, sind zwar auch komplex geformte Formteile in endkonturnaher Form herstellbar. Nachteilig ist jedoch, dass für derartige Verfahren hohe Bindemittelanteile erforderlich sind, die eine Schrumpfung der geformten Teile während der Sinterung um bis zu 10 % und mehr bewirken, was sich wiederum nachteilig auf die Maßhaltigkeit und Konturtreue des fertigen Teiles auswirkt. Darüber hinaus ist die Technologie des Metallspritzgießens nach dem heutigen Stand der Technik nur auf kleine Teile beschränkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein pulvermetallurgisches Verfahren zu schaffen, durch dessen Anwendung aus einer Legierung die neben einem Anteil von mindestens 20 Gew. % Chrom, aus Eisen, sowie aus

einem oder mehreren zusätzlichen metallischen und/oder keramischen Legierungsanteilen mit in Summe nicht mehr als 10 Gew. % besteht, auf einfache Weise kostengünstig auch ausreichend dichte, endformnahe Formteile großer Abmessungen und komplexer Formgebung hergestellt werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Herstellung der Formteile durch ein endformnahes Pressen und Sintern eines Pulveransatzes erfolgt, wobei die zusätzlichen Legierungsanteile ausschließlich in Form eines Vorlegierungspulvers in den Pulveransatz eingebracht werden und die Vorlegierung wahlweise besteht aus den zusätzlichen Legierungsanteilen und den Eisenanteilen oder den zusätzlichen Legierungsanteilen, den Eisenanteilen und den Chromanteilen oder den zusätzlichen Legierungsanteilen und den Chromanteilen.

Entscheidend ist, dass die zusätzlichen metallischen und/oder keramischen Legierungsanteile ausschließlich in Form einer Vorlegierung mit einem oder beiden übrigen Legierungsanteilen in den Pulveransatz eingebracht werden, wodurch einerseits eine vorzügliche Gleichmäßigkeit der Verteilung der zusätzlichen Legierungsanteile in der Legierung erreicht und andererseits die gute Verpressbarkeit des Pulveransatzes erhalten bleibt, so dass auch große Formteile mit komplexer Formgebung gut herstellbar sind. Werden die Eisen- oder Chromanteile nicht zur Herstellung der Vorlegierung verwendet, werden sie dem Pulveransatz als elementare Pulver zugegeben.

Das Vorlegierungspulver wird vorteilhafterweise durch Erschmelzen zumindest eines der an der Vorlegierung beteiligten Legierungsbestandteile und anschließende Verdüsung der Schmelze hergestellt.

Der Pulveransatz ist bis auf Pressdichten von 90 % und mehr verpressbar und schwindet bei der Sinterung praktisch nicht, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren endformnahe Bauteile praktisch ohne größere Nacharbeit maßgenau herstellbar sind.

Besonders von Vorteil ist es, wenn eine Vorlegierung der zusätzlichen Legierungsanteile mit Eisen hergestellt wird. Eisen lässt sich problemlos bereits bei Temperaturen von etwa 1.500°C erschmelzen und ermöglicht so eine effiziente Herstellung des Vorlegierungspulvers.

Von Vorteil ist es insbesondere, wenn das Pressen der Pulvermischung mit mehrteiligen Pressstempeln erfolgt, die auf die Geometrie des Formteiles abgestimmt sind und zumindest an ihrer mit dem Pulver in Kontakt stehenden Oberfläche mit einer Verschleißschutzschicht versehen sind. Durch die Unterteilung der Pressstempel und Anpassung an die Geometrie des Formteiles können am Formteil partiell noch höhere Presskräfte aufgebracht werden und kann eine möglichst hohe Verdichtung an allen Abschnitten des Formteiles, insbesondere auch in besonders komplex geformten Abschnitten erreicht werden. Die Hartstoffbeschichtung verhindert selbst bei höchsten Pressdrücken einen zu raschen Verschleiß des Presswerkzeuges durch den Pulveransatz.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Herstellung eines Interkonnektors einer Brennstoffzelle anwendbar.

Besonders geeignete Legierungen für derartige Interkonnektoren sind beispielsweise Legierungen, die aus einem Pulveransatz mit 20 bis 30 Gew. % Chrom sowie 70 bis 80 Gew. % einer Vorlegierung aus Eisen mit 0,5 bis 0,8 Gew. % Seltenerdmetallen, insbesondere Yttrium, oder aus einem Pulveransatz aus 95 Gew. % Chrom und 5 Gew. % einer Vorlegierung aus Eisen mit 0,5 bis 0,8 Gew. % Yttrium gefertigt werden.

Wichtig bei Interkonnektoren ist, dass abgesehen von der notwendigen, genauen Ausgestaltung der komplexen Formgebung auch die notwendige Dichte des Materials erreicht wird, welche die für Interkonnektoren geforderte Gasdichtheit gewährleistet.

Diese Gasdichte wird vielfach schon allein durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.

Sollte die Gasdichte bei bestimmten Legierungen nicht ausreichend sein ist es von Vorteil, auf die Oberflächen des gepressten und gesinterten Interkonnektors entweder eine Chromschicht galvanisch aufzubringen oder die Oberflächen durch Auflegen einer Graphitplatte und eine anschließende Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 1.100°C und 1.300°C während 12 bis 48 Stunden zu Karburieren. Durch die Anwendung dieser zusätzlichen Verfahrensschritte wird dann mit 1 00% iger Sicherheit eine ausreichende Gasdichte der Interkonnektoren erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Herstellungsbeispieles näher erläutert.

Herstellungsbeispiel Zur Herstellung von scheibenförmigen Interkonnektorenhälften mit Strömungskanälen und einer feingenoppten Oberfläche mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Dicke von 2,5 mm wurde ein Pulveransatz aus 95 Gew. % elementarem Chrompulver und 5 Gew. % eines Vorlegierungspulvers aus Eisen mit 0,8 Gew. % Yttrium hergestellt. Die verwendeten Kornfraktionen der Pulver lagen im Bereich von 45 um bis 160 um. Die Ansatzfertigung erfolgte durch Einwiegen der einzelnen Pulver, Zugabe von etwa 1 Gew. % Mikrowachs als Presshilfsmittel und anschließendes 15-minütiges Mischen in einem Taumelmischer.

Das Verpressen des Pulveransatzes erfolgte auf einer Matrizenpresse mit geteilten Pressstempeln, die auf die spezielle Form der Interkonnektorenhälften, mit einem Stempel für den Innenring mit ebener Oberfläche, einem Stempel für die Zentralfläche mit genoppter Oberfläche sowie einem Stempel für die Außenfläche, abgestimmt waren.

Durch die Teilung der Pressstempel konnten auch die komplex geformten Oberflächen mit einem Pressdruck von 7 t/crn verdichtet werden.

Zur Verringerung des Stempelverschleißes durch die Aggressivität der Chrompulveranteile im Pulveransatz waren die Stempeloberflächen, die mit dem Pulver in Kontakt stehen, mit Hartstoffschichten beschichtet.

Nach dem Verpressen erfolgte der Ausstoß der Interkonnektorenhälften aus der Matrize, wobei beim Ausstoßvorgang der, im Vergleich zu Presslingen aus gut

verpressbaren Pulvern wie beispielsweise Stahl, relativ geringen Grünfestigkeit der Presslinge Rechnung getragen wurde.

Die weitere Verdichtung und Verfestigung der Interkonnektorenhälften erfolgte durch eine Sinterung unter Wasserstoff bei 1.450°C während 3 Stunden.

Jeweils zwei der derart hergestellten Interkonnektorenhälften konnten ohne weitere mechanische Nacharbeit durch Löten zu fertigen Interkonnektoren verbunden werden.