CN101522811B - 用于制备经烧结模制件的含巴西棕榈蜡混合物 - Google Patents

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Abstract

为了实现下面任务：提供一种用于制备可烧结模制件的混合物，借助该混合物可以在生坯中得到高压制密度；提供了这样的混合物，该混合物包括至少一种金属材料和/或塑料材料以及至少一种压制助剂，其中所述压制助剂含有相对于该压制助剂的总量大约0.5重量％-大约60重量％的至少一种酰胺，和相对于该压制助剂的总量大约40重量％-大约99.5重量％的至少一种巴西棕榈蜡。

Description

用于制备经烧结模制件的含巴西棕榈蜡混合物
本发明涉及用于制备烧结模制件(Formteile)的混合物，该混合物包括至少一种金属材料和/或塑料材料和至少一种压制助剂(Presshilfsmittel)，和涉及用于制备该混合物的方法，其用途，相应的压制助剂和由本发明混合物制备的生坯(
Figure G2007800330870D00011
)。
经烧结的模制件应用广泛，特别是在汽车制造中，并在其中特别用作发动机和传动机构中的模制件。生产经烧结模制件过程中的难点特别在于制备具有尽可能高密度的模制件。通过常规粉末冶金方法由可烧结粉末单步骤或者多步骤压制的模制件(通常称为生坯)在第二步骤中在保护气氛下经烧结，由此获得坚固和同时形状精确的模制件。
这样得到的经烧结模制件的密度主要取决于在第一压制步骤中达到的生坯密度，所谓的压块密度(Gründicht)(也称为压制密度)。因此，所力争实现的是在第一压制步骤后已经存在具有尽可能高密度的生坯。
在现有技术中通常应用的用于制备高密度生坯的高压力(Pressdrücke)一方面导致压模的高磨损，和另一方面还导致制得生坯在挤压模中的脱模滑动摩擦。由此，更高的脱模力在压模上带来相应提高的磨损。此外，高的脱模力引起生坯中不合意的局部后压实和裂纹形成的风险。
由DE 10244486A1已知一种压制助剂，其含有相对于压制助剂的总量20-60重量％的聚二醇和相对于压制助剂的总量40-75重量％的褐煤蜡。由此使得能够在800MPa压力下制备具有至少7.14g/cm3的压制密度的生坯。
本发明的任务在于，提供用于制备经烧结模制件的混合物，藉此避免了上述缺陷。
该任务通过用于制备经烧结模制件的混合物来实现，该混合物包括至少一种金属材料和/或塑料材料以及至少一种压制助剂，其中所述压制助剂含有相对于该压制助剂的总量大约0.5重量％-大约60重量％的至少一种酰胺，和相对于该压制助剂的总量大约40重量％-大约99.5重量％的至少一种巴西棕榈蜡。
在本发明意义上，作为可烧结的模制件理解为完全由可烧结材料制备的模制件，另一方面还理解为这样的复合件，该复合件的基体例如可以由含铝或含铁的混合物制备，和与该基体进一步结合的坯体(
Figure G2007800330870D00021
)可以由其它材料(例如烧结的或实心的铸钢)或者由实心铸铝(Aluguss)制造。反过来，所述复合件也可以例如仅在端面或其表面具有由例如含铝或含陶瓷混合物构成的经烧结层，而倒过来基体由例如经烧结的或实心的钢或铸铁制备。经烧结的模制件可以在加热下经校准和/或固化。
在本发明意义上，金属材料和/或塑料材料特别是金属、陶瓷和/或塑料成分的粉末或混合物，例如低合金钢、铬镍钢、青铜、镍基合金例如哈氏合金(Hastalloy)、因康镍合金(Inconel)、金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物等组成的粉末或混合物，还有含铝粉末或混合物，其中所述混合物还可以包含高熔点成分例如铂等。所用粉末及其颗粒尺寸取决于各使用目的，其中该选择是相关领域技术人员已知的。优选地，所述含铁粉末是合金316L、304L、Inconel 600、Inconel 625、Monel、Hastalloy B、X和C、还有Distaloy DH1。当然也可以使用上述含铁粉末的混合物。此外，所述金属材料和/或塑料材料还可以完全或部分由塑料纤维或纤维构成，优选由直径为大约0.1-大约2微米和长度为几微米直至大约50毫米的纤维构成。
此外，特别可以向该金属材料和/或塑料材料添加相应量的碳，以形成所需合金。
在本发明意义上，巴西棕榈蜡是密度通常为大约0.990-0.999g/cm3和熔点特别为大约83-大约86℃的植物蜡。巴西棕榈蜡特别由巴西扇形棕榈巴西棕榈树(Copernicia prunifera(Carnaubapalme))的树叶获得。示例性的巴西棕榈蜡含有大约85重量％的蜡酸、ω-羟基羧酸或肉桂酸与蜡醇和二醇的酯。此外，巴西棕榈蜡还含有大约3-大约5重量％的游离蜡酸，特别是巴西棕榈酸和蜡酸，其它醇和二醇，烃和矿物质。还可以使用不同巴西棕榈蜡的混合物。
优选地，在本发明意义上，巴西棕榈蜡具有大约8.5-大约10.5范围的碘值，另外，在本发明意义上，巴西棕榈蜡的酸值优选为大约1-大约4，此外皂化值为大约70-大约83。
在本发明意义上，酰胺特别选自包括伯、仲和/或叔酰胺的组。此外，在本发明意义上，酰胺优选具有至少一个碳原子数为4-22，优选碳原子数为5-21的烷基。特别优选地，所述酰胺是具有碳原子数为5-21的烷基的伯酰胺。在本发明意义上，还可以向所述压制助剂添加不同酰胺的混合物，其中所述混合物优选仅含有伯胺。在该混合物中，烷基的链长特别可以在4-22个碳原子，优选5-21个碳原子的范围内变化。
只要在本发明内给出了范围或数值，那么通过添加词语“大约”表示范围上限和下限不是绝对的值，确切地说，对于相关领域技术人员很清楚的是，在偏离所述在数字方面限定的上限或下限时仍能成功地实现本发明。其中所述偏离范围可以偏差到距离所给出的上限和/或下限至多5％。
本发明的混合物具有很大优势，通过添加所定义的压制助剂达到非常高的压制密度，该压制密度特别是在仅使用巴西棕榈蜡和酰胺成分时不能实现的，并超过了由现有技术已知的压制助剂的那些。由此，由本发明的混合物制得的生坯得到了更高的压块强度(Grünfestigkeit)。此外，还已经表明，利用本发明混合物使得能够贯穿从室温(20℃)出发至大约150℃的温度范围热压或冷压成生坯。由此使得能够实现本发明的混合物和本发明的压制助剂的非常宽的可用性，这大大超越了已知的压制助剂的可用性，特别是由DE 10244486A1中已知的那些。
此外，本发明的混合物具有下面优点：在生坯压制后在从压模取出生坯时需要显著降低的脱模压力。其中，在65℃温度和700MPa压力下脱模压力低于大约170MPa。此外，在由本发明的混合物制备模制件时，与其它由现有技术已知的压制助剂相比，可以由所用压模的冲头施加显著更高的压力。例如，在单侧压实时，也即本发明的混合物在压模中用下冲头压制时，可用的下冲头压力处于超过400MPa的范围。
通过本发明的混合物的这些有利性能一方面显著降低了所用压模的磨损，另一方面减少了所制得生坯形成裂纹或者发生局部后压实的风险。此外，用本发明混合物可实现的压制密度接近最终加工的和烧结的模制件的那些。
本发明的混合物还可以含有其它成分，特别是润滑剂，其数量优选为相对于混合物的总量大约0.2-大约5重量％。作为润滑剂一方面可以考虑自润滑的试剂例如MoS2、WS2、BN、石墨和/或其它碳改性剂例如焦炭，极化石墨等。优选地，向该可烧结混合物添加大约1重量％-大约3重量％的润滑剂。通过添加上述润滑剂，特别可以赋予所述由可烧结混合物制备的模制件自润滑的性质。
此外，本发明的混合物还可以含有碳，其数量相对于该混合物的总量优选为至少0.3重量％，进一步优选为大约0.4重量％-大约1.4重量％，最多大约3重量％，以形成不同合金。
本发明的混合物还可以含有其它压制助剂或高分散硅胶(Aerosile)，或者根据应用目的含有其它的本领域技术人员已知的添加剂。可以通过用常规装置例如摆动式混合机在加热下(热混合)或在室温(冷混合)混合各个成分，其中热混合(优选在大约50-大约80℃的温度进行)是优选的。
特别优选的是本发明的混合物，其含有大约50重量％至大约75重量％的至少一种巴西棕榈蜡和大约25重量％至大约50重量％的至少一种酰胺。此外，可以还优选存在至少一种其它的压制助剂，其选自脂肪酸盐类型，特别是硬脂酸盐，进一步优选硬脂酸锌和/或Si-硬脂酸盐。其实例是压制助剂Kenolube P11，
Figure G2007800330870D00041
AB，瑞典，其表示硬脂酸锌和酰胺的混合物，或者生产商H.L.Blachford Ltd.，Missisanga，加拿大的Caplube L。所述至少一种其它的压制助剂在其中可以以相对于压制助剂的总量至多大约25重量％的量存在。此外，本发明的混合物优选不含其它的压制助剂，特别是基于其它化学基础的压制助剂，但是也并没有明确排除。本发明的混合物还进一步优选含有作为压制助剂的相对于该混合物的总量大约0.3重量％至大约0.9重量％的由大约25至大约50重量％的酰胺和大约50至大约75重量％的至少一种巴西棕榈蜡以及视需要大约0-25重量％的硬脂酸锌(均基于压制助剂的总量)，的混合物，和大约0.4-大约0.8重量％的烃和0.005-大约0.04重量的高分散硅胶(Aerosil)(两者均基于该混合物的总量)，其中其余量特别优选由金属材料形成，其中所述金属材料还可以是不同金属材料的混合物。
本发明另外涉及用于制备本发明的混合物的方法，其中
-在第一步骤中一并熔融由压制助剂包含的至少一种酰胺和至少一种巴西棕榈蜡；和
-在第二步骤中将根据第一步骤制备的压制助剂添加到金属材料和/或塑料材料中。
特别优选地，在本发明方法的第一步骤之后，研磨并粉化(verdüsten)所获得并冷却的熔体。出人意料地，已经发现，在本发明方法中通过单轴、双轴或者等压压制，得到用本发明混合物制得的生坯的压制密度明显高于常规的用由现有技术已知压制助剂可获得的生坯的压制密度。
备选地，还设想了一种用于制备本发明的混合物的方法，其中
-在第一步骤中将由压制助剂包含的至少一种酰胺和至少一种巴西棕榈蜡彼此混合；和
-在第二步骤中将根据第一步骤制得的压制助剂添加到金属材料和/或塑料材料中。
借助该备选方法还可根据冶金学压制过程实现具有高的压制密度和相应高的压块强度的生坯，其中所述至少一种酰胺和至少一种巴西棕榈蜡优选以粉末形式使用，特别是以具有小于大约500微米的粒度的粉末形式。
此外，本发明涉及本发明的混合物用于制备经烧结的模制件的用途，还涉及例如在本发明的权利要求1-6所定义的压制助剂。特别优选地，所述压制助剂含有大约50-大约75重量％的至少一种巴西棕榈蜡和大约25-大约50重量％的酰胺，优选具有5-21个碳原子数的烷基的伯酰胺，或者这类酰胺的混合物。
最后，本发明还涉及由本发明的混合物制备的生坯，其具有根据ISO3927-1985在700MPa和65℃至少7.15g/cm3的压制密度。
本发明的这些和其它优点依据下列实施例详细描述。由下列制备了混合物a)-d)：来自瑞典
Figure G2007800330870D00051
AB公司的可烧结金属粉末Distaloy DH1、与0.6重量％的碳、0.02重量％的德国、Düsseldorf，Degussa AG的高分散硅胶(Aerosil)Aerosil
Figure G2007800330870D00052
200C以及0.6重量％下列压制助剂，在每一情况下均基于该混合物的总量：混合物a)：瑞典，
Figure G2007800330870D00053
AB，Kenolube P11，其是22.5重量％的硬脂酸锌和77.5重量％的酰胺蜡的混合物；
混合物b)：德国，Hamburg，Benecke GmbH，产品名巴西棕榈蜡薄片F(工业用途)的纯巴西棕榈蜡；
混合物c)：德国，Rottweil，生产商L.B.Bader&Co.GmbH，的商品名LUBA-print Wachs 467/E的脂肪酸酰胺蜡，熔点为115℃；和
混合物d)：60重量％的根据标记b)的巴西棕榈蜡和40重量％的根据c)的脂肪酸酰胺的混合物，其中所述混合物由下述方法制备：一起熔融巴西棕榈蜡和酰胺蜡，凝固该熔体并视需要随后冷却，然后将其转化或者分级为粉末。
优选地，在本发明的混合物中所添加的压制助剂的含量为大约0.1-大约5重量％，优选大约0.1-大约3重量％，更进一步优选大约0.1-大约1.5重量％的范围，基于本发明的混合物的总量计。
将上述混合物填充到常规压模中，并在700MPa的压力和65℃温度单轴压制成直径为14.3mm和长度为14mm的圆柱体。
其中对于上述四种混合物，遵照DIN ISO 3923(测定填充密度，第1部分：漏斗法)测定流动时间，根据DIN ISO 3927(以单轴压制测定可压缩性)测定可压缩性，但是其中使用待压制试件的大约12的M/Q比(侧向面积对截面积的比)代替根据标准的大约4的M/Q值，以及所制得的生坯的压块密度或者压制密度根据DIN ISO 3369(非渗透性烧结金属和硬质金属/密度的测定)测定。此外，一侧加工的压块的摩擦力测量在65℃温度以下冲头进行，其中可获得所述脱模力，并由此可测得下冲头压力和脱模压力。M/Q比为大约12，并使用700MPa的压力。上述测量的结果在下列附图中示出：
图1：混合物a)-d)的流动时间
图2：用根据a)-d)的混合物可实现的压制密度；以及
图3：利用测得的混合物a)-d)的下冲头压力(黑色)和脱模压力(浅色)得到的摩擦力测定结果。
图1表明，不同混合物a)-d)的流动时间在相当接近的范围内。
图2表明，利用本发明混合物d)可实现的压制密度显著高于混合物a)可实现的压制密度，并且特别地还显著高于混合物b)和混合物c)的那些，后两者具有根据混合物d)的压制助剂的单个成分。这里出人意料地表现出协同效果，这可以通过根据混合物b)和c)的压制助剂的混合而实现。
在图3中给出的摩擦力测量表明，下冲头压力pus在本发明混合物d)情况下有益地显著高于根据a)-c)的其它混合物得到的那些，另一方面脱模压力paus低于其它混合物a)-c)的情况。由此在使用本发明混合物d)情况下在压实步骤中有效地引起在压模中的更高压力，再一方面借助本发明的混合物d)的脱模滑动摩擦降低，这通过与混合物a)-c)相比降低的借助混合物d)制备的生坯的脱模压力paus表现出来。
通过本发明还提供了一种混合物，其以简单混合物形式减少了已知混合物的广泛缺陷，也即一方面使得能够借助本发明混合物在由该混合物获得的生坯中于高压块密度或压制密度的同时实现高的压块强度，另一方面可以显著降低由压模脱出的脱模力，由此延长压模的使用寿命。由本发明的混合物制得的生坯具有优异的品质，其中通过裂纹形成的降低和局部后压实位置形成的减少来确保品质相同和高价值地生产经烧结成型件。

Claims (16)

1.用于制备经烧结模制件的混合物，该混合物包括至少一种金属材料和/或塑料材料以及至少一种压制助剂，其中所述压制助剂含有相对于该压制助剂的总量0.5重量％-60重量％的至少一种酰胺，和相对于该压制助剂的总量40重量％-99.5重量％的至少一种巴西棕榈蜡。
2.权利要求1的混合物，其特征在于，所述酰胺选自包括伯酰胺、仲酰胺和叔酰胺的组。
3.权利要求1或2的混合物，其特征在于，所述酰胺含有至少一个具有4-22个碳原子的烷基。
4.权利要求1或2的混合物，其特征在于，所述酰胺是具有碳原子数为5-21的烷基的伯酰胺。
5.权利要求1或2的混合物，其特征在于，所述巴西棕榈蜡具有8.5-10.5的碘值。
6.权利要求1或2的混合物，其特征在于，所述压制助剂在该混合物中的含量为相对于该混合物的总量0.1重量％-5重量％的范围。
7.用于制备根据权利要求1-6之一的混合物的方法，其中：
-在第一步骤中一并熔融由压制助剂包含的至少一种酰胺和至少一种巴西棕榈蜡；和
-在第二步骤中将根据第一步骤制备的压制助剂添加到所述金属材料和/或塑料材料中。
8.权利要求7的方法，其特征在于，在第一步骤之后研磨和/或粉化由酰胺和巴西棕榈蜡组成的熔体。
9.用于制备根据权利要求1-6之一的混合物的方法，其中：
-在第一步骤中将由压制助剂包含的至少一种酰胺和至少一种巴西棕榈蜡彼此混合；和
-在第二步骤中将根据第一步骤制得的压制助剂添加到所述金属材料和/或塑料材料中。
10.根据权利要求1-6之一的混合物用于制备经烧结模制件的用途。
11.用于制备经烧结的模制件的压制助剂，包括相对于该压制助剂的总量0.5-60重量％的至少一种酰胺和相对于该压制助剂的总量40-99.5重量％的至少一种巴西棕榈蜡。
12.权利要求11的压制助剂，其特征在于，所述酰胺选自包括伯酰胺、仲酰胺和叔酰胺的组。
13.权利要求11或12之一的压制助剂，其特征在于，所述酰胺含有至少一个碳原子数为4-22的烷基。
14.权利要求11或12的压制助剂，其特征在于，所述酰胺是具有碳原子数为5-21的烷基的伯酰胺。
15.权利要求11或12的压制助剂，其特征在于，所述巴西棕榈蜡具有8.5-10.5的碘值。
16.生坯，其由权利要求1-6之一的混合物制备，其特征在于，该生坯具有根据ISO 3927-1985于700MPa在65℃为至少7.15g/cm3的压制密度。
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