CN106111994A

CN106111994A - 使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法

Info

Publication number: CN106111994A
Application number: CN201610595770.4A
Authority: CN
Inventors: 韩明湜
Original assignee: Nep Ltd
Current assignee: Nep Ltd; NEP CO Ltd
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: KR101632381B1; CN106111994B

Abstract

本发明提供一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，所述方法包含：粒化工艺，其将金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷雾到真空喷雾干燥腔室中，从而制备铁类金属粒状粉末；模制工艺，其将所述粒状粉末进料到模具中，以及将所述粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品；烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将所述烧结的模制物品冷却，从而制造经烧结的产品；以及精加工工艺，其加工所述经烧结的产品，从而调节尺寸。本发明的方法能够制造出具有优异机械特性的铁类金属零件，并且生产率高、制造成本低。

Description

使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法

技术领域

本发明涉及一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，且更确切地说，涉及一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中机械特性通过金属注射模制(metal injection molding)的改进以及生产率通过粉末冶金的改进可通过以这样的方式粉末冶金而同时获得：将其中90％或大于90％的粉末具有3μm到50μm的粒度分布(particle size distribution)同时具有5μm到30μm的平均粒径(average particlediameter)的金属粉末粒化成粒径为100μm到200μm的粒状粉末，与常规粉末冶金相比，其能够相对增加烧结驱动力，以及经由对平均粒径和粒度分布的控制来改进烧结性。

背景技术

背景技术将参照如下随附图描述。

图1为示出根据背景技术的粉末冶金方法的框图，且图2为示出根据背景技术的金属注射模制方法的框图。

相关技术的粉末冶金方法和其局限性将参看如下图1描述。

首先，表述“粉末冶金”是指其中将金属粉末压缩模制且接着烧结的方法，其中粉末冶金如下进行。

进行模制工艺，其中将金属粉末与粘合剂混合且压缩以形成铸锭(ingot)，且接着通过按压加工制得呈所设计形状的产品。

进行烧结工艺，其中将经历模制工艺的产品在烧结炉中加热。

进行精加工工艺，其中根据设计尺寸研磨或切割经历烧结工艺的产品。

根据上述粉末冶金方法，存在以下局限性：由于使用粒径为50μm到200μm的粗粉末，故可能无法获得适用于汽车动力转向系统的移动零件(转子和凸轮环)的产品的机械特性(如密度、强度和硬度)。

机械特性可通过当铁类金属粉末在模制工艺中在模具中压缩时增加压缩强度来改进，但在此情形下，由于可能损坏模具，故在增加压缩强度方面可能存在局限性。

因此，存在需要后加工(如锻造或热处理)的局限性。

此外，在粉末冶金方法中，具有大粒径(50到200μm)的粉末必须用于确保可成形性且制造均一的产品。

粗粉末可能在模制期间形成大孔隙，且所述大孔隙可能充当降低致密化的因素。

因此，曾致力于使用金属注射模制中使用的细金属粉末，但由于金属注射模制中使用的粉末为平均粒径为大约5μm到大约10μm的细粒子，故模具因粒子之间的内聚力而无法经粒子致密地填充，且因此，也存在在模制期间密度不均一的局限性。

此外，由于所进料的粉末的量不恒定，故产品的均一性降低。

换句话说，例如，在市场中，当将豆子放在1加仑盒子中时，每次在所述盒子中可放相同量的豆子，但当将面粉放在1加仑盒子中时，由于每次将面粉放在盒子中面粉的量可能改变，故面粉不会在1加仑盒子中销售。

此外，由于因粉末的粒径降低而难以出现塑性变形，故粉末可能接收更多应力且此可为在热处理期间产生裂纹的原因。由于粒径小于模具容限的细粉末可能引起模具的损坏，故在粉末冶金中使用细粉末存在许多局限性。

使用细金属粉末的金属注射模制方法将参看如下图2描述。

进行混合工艺，其中将金属粉末和粘合剂在混合器中混合，且通过将经历混合工艺的混合物注射到注射模制机中且压缩模制来进行用于制造具有所设计形状的产品的注射模制工艺。

必须包含脱脂工艺，其中粘合剂通过在脱脂炉中加热经历注射模制工艺的产品来移除。

进行烧结工艺，其中在烧结炉中加热经历脱脂工艺的产品。

需要脱脂工艺的原因为将蜡和聚合物用作粘合剂以便改进金属粉末在注射模制机中的流动性，其中由于蜡和聚合物在惰性气氛中在热处理期间可如碳般残留，故有必要经由脱脂工艺移除蜡和聚合物。

根据金属注射模制方法，不方便处在于产品必须在脱脂工艺中在室温到1,000℃的温度范围内加热12小时到60小时。

因此，由于生产率可能降低且燃料成本可能显著增加，故制造成本可能增加。

一种包含脱脂工艺的制造耐热钢零件的方法揭示于韩国专利第10-1202462号中。

然而，不应用其中常规铁类金属粉末通过聚结和球化来粒化的金属注射模制方法。

此原因为，由于铁类金属粉末在粒化工艺期间经氧化，故氧化的铁类金属粉末必须在模制工艺期间还原，但因在还原工艺期间生成的气体可能难以平滑模制。

此外，相对于粉末冶金方法，获得1％到5％的收缩率，但，相对于金属注射模制方法，获得12％到22％的高收缩率，且难以三维地控制收缩率。

现有技术文献

专利文献

(专利文献1)韩国专利第10-1202462号

发明内容

技术问题

本发明提供一种制造铁类金属零件的方法，其中粒状粉末通过聚结铁类细金属粉末来制备。

技术解决方案

根据一个示例性实施例，一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法包含：

粒化工艺，其将铁类金属粉末和浆料材料混合，以及将经混合的铁类金属粉末和浆料材料经由喷嘴喷洒到真空喷雾干燥腔室中，从而制备铁类金属粒状粉末(S1)；

模制工艺，其将所述铁类金属粒状粉末进料到模具中，以及将所述粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品(S2)；

烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将所述烧结的模制物品冷却，从而制造经烧结的产品(S3)；以及

精加工工艺，其研磨或切割所述经烧结的产品，从而调节尺寸(S4)。

所述铁类金属粉末可包含96.785重量％到98.065重量％铁(Fe)、0.38重量％到1.1重量％碳(C)、0.15重量％到0.35重量％硅(Si)、0.2重量％到1.0重量％锰(Mn)、0.25重量％或小于0.25重量％的磷(P)、0.04重量％或小于0.04重量％的硫(S)、0.8重量％到1.6重量％铬(Cr)、0.15重量％到0.25重量％钼(Mo)、0.3重量％或小于0.3重量％的铜(Cu)、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍(Ni)。

所述铁类金属零件可包含铬钼钢(chrome molybdenum steel)(SCM440)、机器结构钢(machine structural steel)(S45C)以及高碳铬轴承钢(high-carbon chromiumbearing steel)(SUJ2)中的任一种。

在所述铁类金属粉末与浆料材料的混合中，除了所述铁类金属粉末之外，可添加以及混合C、Cr、Mo以及Mn中的至少一种金属。

所述铁类金属粉末与浆料材料的混合可包含：通过向溶剂中添加以及混合粘合剂、增塑剂以及消泡剂来使所述浆料液化；以及向所述液化的浆料中添加所述铁类金属粉末以及搅拌。

当因所添加的所述铁类金属粉末的大粒径而需要额外研磨时，所述方法可进一步包含在添加所述铁类金属粉末到所述液化的浆料中以及搅拌之后，通过向具有金属球或陶瓷球的储备溶液雾化器中供应所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末来研磨以及分散所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末。

所述粒状粉末可具有100μm到200μm的平均粒径。

所述铁类金属粉末可具有5μm到30μm的平均粒径以及3μm到50μm的粒度分布。

所述喷雾干燥腔室可为真空密封的(0到20mmH₂O)，且在100℃到300℃的温度下的热空气可以5m³/min到30m³/min的流速供应到所述腔室中。

所述浆料材料可包含挥发性液体溶剂、粘合剂、增塑剂以及消泡剂。

所述液体溶剂可包含选自由以下组成的群组中的至少一种：乙醇、甲醇、水、己烷以及丙酮。

所述粘合剂可包含选自由以下组成的群组中的至少一种：聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral，PVB)以及聚乙烯醇(PVA)。

所述压缩模制可在1.0ton/cm²到10ton/cm²的压力下进行。

有利作用

根据本发明使用铁类金属粒状粉末的粉末冶金方法具有以下作用：由于粒状粉末的特点与用于粉末冶金的粉末的特点相似，例如，粒状粉末的形状接近球体形状，粒化粉末具有100μm到200μm的粒径，且粉末具有25秒/50克到35秒/50克的流速，故粉末可易于进料到模具中，细粉末可均匀地进料到模具中，而粒化的铁类金属粉末的颗粒在按压模制期间破损，相对密度在烧结之后因均匀的进料而可增加到99％，且可制造具有优异机械特性的铁类金属零件。

此外，由于细铁类金属粉末在模制工艺中聚结，粒化且接着压缩，故内部均一性与当压缩铁类金属粉末时的情况相比可增加，且在烧结之后因相对较高烧结驱动力而可获得高密度。因此，存在根据背景技术或浇铸材料在使用粉末冶金方法的同时获得具有优异机械特性的产品(例如金属注射模制产品)的作用。

此外，由于脱脂工艺不必与金属注射模制方法不同，故制造工艺简单，且可节省能量和时间，因为用于脱脂的加热并非必需的。因此，可改进生产率，且可减少制造成本。

此外，可理解，模制密度越高，在烧结工艺之后的收缩率越低。

因此，由于使用细铁类金属粉末，且在本申请中压缩且模制粒状粉末，故密度与常规粉末冶金相比可增加，对收缩率的控制与金属注射模制方法相比更容易，且在烧结之后可获得接近设计尺寸的尺寸。

因此，由于仅通过在精加工工艺中精加工来完成操作，故还存在降低加工成本的作用。

此外，由于解决了局限性(其中铁类金属粉末在粒化期间氧化，其中铁类金属粉末通过聚结球化)，从而消除了归因于在模制工艺中在还原期间生成的气体的在平滑模制方面的困难，可制造具有优异机械特性的铁类金属零件。

附图说明

图1为示出根据背景技术的粉末冶金方法的框图。

图2为示出根据背景技术的金属注射模制方法的框图。

图3为示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法的框图。

图4为示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中的粒化工艺的框图。

图5为其中示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中的粒化工艺的图像的过程图。

图6为其中显微图示出其中金属粉末在根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中转化成粒状粉末的状态的示例性视图。

图7为示出其中金属粉末在根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中形成粒状粉末的粒化系统的示意图。

图8为示出根据本发明根据使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法使用金属粒状粉末模制且烧结产品的工艺的过程图。

图9到图14为根据本发明通过在喷雾干燥腔室中喷雾干燥含有铁类金属粉末的浆料来制备的粒状粉末的放大图像。

图15为根据本发明使用粒状粉末的产品在模制之后以及在烧结之后的图像。

图16为示出根据本发明在使用粒状粉末模制期间模制密度随模制压力改变的图像。

图17为示出根据本发明在使用粒状粉末烧结期间所计算收缩率和实际收缩率的改变的图像。

图18A到图18F示出根据常规粉末冶金和本发明的零件的镜面抛光表面。

图19A到图19F示出根据常规粉末冶金和本发明的零件的微观结构(经蚀刻)。以及

图20示出其中比较根据常规粉末冶金和本发明的零件的强度(扭力)测试结果的实例。

元件符号说明：

1：储备溶液馈料器

2：储备溶液雾化器

3：热空气生成器

4：热空气分配器(热空气腔室)

5：喷雾干燥腔室

6：产品回收单元

7：排气装置

B：粘合剂

E：液体

G：粒状粉末

P：铁类金属粉末

具体实施方式

本发明旨在通过使用铁类金属粉末来获得与浇铸工艺或金属注射模制的机械特性相似的机械特性、改进生产率且降低制造成本，其中在粉末冶金中，粉末的平均粒径在5μm到30μm的范围内，且90％或大于90％的粉末具有3μm到50μm的粒度分布。

为了如在常规粉末冶金工艺中那样将铁类金属粉末均匀地进料到模具中，将铁类金属粉末(平均粒径为5μm到30μm，粒度分布为3μm到50μm(90％或大于90％的粉末))粒化，从而获得100μm到200μm的平均粒径，且将粒化的粉末进料到粉末冶金模具中，压缩模制，且接着烧结。

粒化的细粉末在模制时均匀地分布，且由于均匀分布的细粉末可提供相对较高烧结驱动力，故可在经历烧结工艺时制造适用于汽车零件的铁类金属零件，如用于汽车动力转向系统的转向转子或凸轮环。

因密度改进，故机械特性可改进。

此外，由于与使用细粉末的金属注射模制方法相比可减少或省去脱脂工艺，故可改进生产率且可节省工艺时间，且因此，可减少制造成本。

也就是说，铁类金属细粉末在粉末冶金工艺中经粒化以及使用，且因此，本发明旨在制造其中加工量可降到最低同时具有与浇铸材料的特性相似的物理特性的铁类金属零件。

此外，存在以下局限性：铁类金属粉末在其中聚结且球化铁类金属粉末的粒化工艺期间氧化，且因在模制工艺期间当将氧化的铁类金属粉末还原时生成的气体而难以平滑模制。然而，在粒化工艺中，由于添加添加剂(如粘合剂)且将其预先混合到溶剂中，且接着将铁类金属粉末添加到溶剂中，故预混合的粘合剂和其它添加剂(如增塑剂和消泡剂)与铁类金属粉末组合以涂布在其表面上，且因此可提供防止氧化的制造方法。

本发明提供一种制造铁类金属零件的方法，所述方法包含以下工艺：

粒化工艺，其将铁类金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷洒到真空喷雾干燥腔室中，从而制备铁类金属粒状粉末(S1)；

模制工艺，其将所述粒状粉末进料到模具中，以及将所述粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品(S2)；

在下文中，将参看如下附图描述一个示例性实施例。

图3为示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法的框图，图4为示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中的粒化工艺的框图，图5为其中示出根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中的粒化工艺的图像的过程图，图6为其中显微图示出其中金属粉末在根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中转化成粒状粉末的状态的示例性视图，图7为示出其中金属粉末在根据本发明使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法中形成粒状粉末的粒化系统的示意图，图8为示出根据本发明根据使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法使用金属粒状粉末模制且烧结产品的工艺的过程图，其中示例性实施例将参照这些附图描述。

在本发明中，进行粒化工艺，其中粒状粉末G通过聚结铁类金属粉末P的粒子来制备，且粉末冶金使用粒状粉末G进行。

因此，因金属注射模制方法可获得粉末冶金方法的简单工艺和产品的优异机械特性。

根据本发明使用粒状粉末制造铁类金属零件的方法将参看如下图3描述。

进行粒化工艺，其中粒状粉末G通过聚结铁类金属粉末P的粒子来制备，且在粒化工艺之后，进行模制工艺，其中将粒状粉末G压缩以形成形状。

进行烧结工艺，其中经历模制工艺的模制物品M在烧结炉中加热。

在烧结工艺之后，进行精加工工艺，其中将经烧结的产品M研磨或切割成确切尺寸。

粒化工艺将参看如下图4描述。

进行浆料制备工艺，其中制备金属粉末P和与金属粉末P混合的浆料材料，且在浆料制各工艺之后，进行混合工艺，其中将金属粉末P和浆料材料混合。

所述方法包含喷雾干燥工艺，其中将经历混合工艺的浆料喷洒到热空气中。

在模制工艺中，如在图8中，将粒状粉末G进料到模具中，且压缩模制以获得盘状或块状铸锭I。

在烧结工艺中，将模制物品M在烧结炉中加热且接着在室温下冷却。

在精加工工艺中，将经烧结的产品M调节到确切尺寸。

本发明的每一工艺将如下更详细描述。

(1)粒化工艺；

在浆料制备工艺中，制备铁类金属粉末P和浆料材料，其中将细粉末用作铁类金属粉末P，且使用平均粒径为5μm到30μm且粒度分布为3μm到50μm(90％或大于90％粉末)的粉末。

由于粒化的细粉末在模制时均匀地分布，且均匀分布的细粉末提供相对较高烧结驱动力，故可在经历烧结工艺时制造适用于汽车零件的铁类金属零件，如用于汽车动力转向系统的转向转子或凸轮环。

因密度改进，故机械特性可改进。

铁类金属粉末P的材料包含96.785重量％到98.065重量％铁(Fe)、0.38重量％到1.1重量％碳(C)、0.15重量％到0.35重量％硅(Si)、0.2重量％到1.0重量％锰(Mn)、0.25重量％或小于0.25重量％的磷(P)、0.04重量％或小于0.04重量％的硫(S)、0.8重量％到1.6重量％铬(Cr)、0.15重量％到0.25重量％钼(Mo)、0.3重量％或小于0.3重量％的铜(Cu)、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍(Ni)，其用作用于汽车动力转向系统的转向转子或凸轮环，其可适用于本发明的制造方法，且通过使用上述铁类金属粉末获得相当于浇铸产品或经加工产品的机械特性的机械特性(如拉伸强度)。

在本发明中，为了基本上减低成本，可相对于粉末冶金工艺购买所需级别粉末。然而，相对于铁类金属粉末，由于级别根据C、Cr、Mo和Mn的量而不同地改变，故购买大量相同的铁类金属粉末，且通过根据需要的机械特性添加且混合C、Cr、Mo和Mn中的至少一种金属的方法来改变级别。因此，材料购买成本可降低。

本发明的铁类金属粉末具有5μm到30μm的平均粒径和3μm到50μm的粒度分布，其中，在其中铁类金属粉末的平均粒径小于5μm的情况下，铁类金属粉末因重力所致的沉积可在粒化工艺期间减少，但氧化因粉末的比表面积增加而相对较高，且在压缩模制期间需要较大动力用于塑性变形。在其中铁类金属粉末的平均粒径大于30μm的情况下，在粒化工艺期间可出现因重力所致的呈浆料状态的铁类金属粉末的沉积，使得难以获得均匀的粒化粒径，大粒状粉末在模制之后在烧结期间引起异常晶粒生长和大孔隙，因而在烧结期间妨碍致密化，使得不可获得相对较高密度，且机械特性可因归因于大孔隙的应力集中而降低。

浆料材料由通过提供流动性而允许铁类金属粉末P注射的液体E构成，且包含允许铁类金属粉末P聚结的粘合剂B。

液体E和粘合剂B具有挥发性，其中乙醇或水可以用作液体E，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)可以用作粘合剂，且粘合剂起到在粒化期间提供粘合力的作用。

此外，聚乙二醇(PEG)或邻苯二甲酸二辛酯(dioctyl phthalate，DOP)可以用作增塑剂。

硅类型或聚合物类型用作消泡剂。此外，由于粘合剂和增塑剂可为铁类金属粉末的表面提供少量润滑特性，故在模制方面不存在特别的困难。然而，在其中模制物品在模制期间因低润滑特性而难以自模具中取出的情况下，也可添加润滑剂以提供润滑特性。

在防止金属粉末氧化方面，将乙醇用作液体，且将PVB用作粘合剂B是所想要的。

使用非水性乙醇作为溶剂是为了抑制铁类金属粉末的氧化，且当使用水(水性)时，与乙醇相比氧化较高，且如果将水用作溶剂，那么必须在烧结期间在还原气氛中还原氧化层。

用于铁类金属粉末的粒化的组分包含20重量％到65重量％溶剂、100重量％铁类金属粉末、以铁类金属粉末计0.3重量％到2重量％粘合剂、以铁类金属粉末计0.2重量％到1重量％增塑剂以及以铁类金属粉末计0.2重量％到1重量％消泡剂。

在混合工艺中，首先将粘合剂溶解在溶剂中，且接着将作为浆料材料的粘合剂、增塑剂和消泡剂添加到储备溶液馈料器1中且混合。

其后，将铁类金属粉末添加到储备溶液馈料器1中，混合且分散。

此外，可使用各种类型的混合器。

在此情形下，例如，混合工艺进行30分钟到1小时。

在其中储备溶液馈料器1中的储备溶液的铁类金属粒子较大或分散不充分的情况下，还可在包含金属球或陶瓷球的储备溶液雾化器2中进行额外研磨和分散。

此外，作为喷雾干燥的方法，将喷射嘴安装在图7中揭示的喷雾干燥腔室5中，且储备溶液经由喷射嘴在喷雾干燥腔室5的向上方向上喷雾。

在此情形下，喷雾干燥腔室的压力可维持在低于大气压的真空状态中。

为了维持真空状态，安置于喷嘴下方的排气装置7排出供应给喷雾干燥腔室的热空气和利用热空气蒸发的溶剂。

在经由喷嘴喷洒的储备溶液以液滴形式在喷雾干燥腔室的向上方向上散射且球形浆料因此干燥时，溶剂蒸发，且形成球形粒状粉末G。

在此情形下，粒状粉末G呈以下状态：其中铁类金属粉末P的多个粒子通过粘合剂B的粘合力和粉末的内聚力(范德华力(Van derWaals force))组合。

其中铁类金属粉末P的多个粒子组合的粒状粉末G利用其自身重量下降到喷雾干燥腔室的底部，且粒状粉末G通过安装在喷雾干燥腔室的底部处的产品回收单元6抽出。

在此情形下，所注射的热空气的温度在100℃到300℃范围内，且热空气以5m³/mg到30m³/mg的流速供应。

由此制备的粒状粉末G的平均粒径在100μm到200μm范围内，其中，在其中粒状粉末G的平均粒径小于100μm的情况下，粉末的流速可能因粒状粉末G的内聚力而减小，且因此，可能降低进料的再现性。

此外，在其中粒状粉末G的平均粒径大于200μm的情况下，粉末的回收率可能降低。

在本发明粒化工艺中，即使将铁类金属粉末添加到溶剂(水)中，也防止了氧化，且此主要原因为，由于添加剂(如粘合剂)预先添加到溶剂中，且粘合剂、增塑剂和消泡剂在金属粉末添加到溶剂中的时刻与铁类金属粉末组合从而涂布在表面上，因此可防止氧化。

在其中溶剂(如非水性乙醇)用于防止氧化的情况下，设备成本因此增加，且原材料(溶剂)成本也增加，因而最终增加制造成本，但由于氧化层在模制期间减少或氧化问题在烧结期间通过还原解决，故当通过使用水(水性)作为溶剂来进行粒化时可降低溶剂成本且也可抑制氧化。

(2)模制工艺；

在模制工艺中，如在图8中，将粒状粉末G进料到按压机的模具中且压缩模制从而获得盘状或块状铸锭I。

在此情形下，由于粒状粉末G的粒子具有比铁类金属粉末P的直径大10倍的直径且具有球形形状，故流动性可因重力而改进。

由此，粒子可均匀地进料到模具中。

此现象基于以下相同原理：与当面粉进料到模具中时相比，当进料水稻的谷粒时，水稻的谷粒更均匀地进料到模具中。

其后，由于通过使用按压进行模制，故模制物品M的形状完成以匹配产品。

也就是说，当粒状粉末G进料到按压机的模具中且压缩模制从而获得盘状或块状铸锭I时，粒状粉末G为有利的，因为经分段同时粒状形状被破坏的细金属粉末P可均匀地进料到模具中。

块状铸锭I如上文所述模制，且模制物品M的形状接着通过使用按压机将块状铸锭I模制成各种形状(如环形)来制造。

(3)烧结工艺；

在烧结工艺中，将模制物品M在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下在氢气和氮气气氛中维持18分钟到3小时，且接着在室温下冷却从而制造经烧结的产品M。

粘合剂B通过在烧结炉中蒸发来移除，其中，当特别使用聚乙烯醇缩丁醛时，聚乙烯醇缩丁醛因其特征通过由在烧结炉中加热引起的蒸发而更易于移除。

在此情形下，在H₂或N₂-H₂气氛中进行烧结，从而允许防止因引入氧气所致的氧化现象。

(4)精加工工艺；

在精加工工艺中，尺寸通过将在烧结工艺中制造的经烧结的产品M研磨或切割成确切尺寸来调节。

精加工方法不受限制。

在下文中，本发明将借助于示例性实施例更详细解释，但本发明不限于这些实施例。

[实施例]

*粒化工艺

在本发明中，组合物如在表1和表2中分类为实例1到实例6，且制备浆料。

使用具有相同的100ml体积的容器，且制备用于球磨机的相同重量的球。

在实例1到实例3中，以不同量制备铁类金属粉末、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和乙醇，且混合1小时。

在实例4到实例6中，以不同量制备铁类金属粉末、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和蒸馏水，且混合1小时。

制备实例1到实例6，且接着将每一浆料喷雾到喷洒干燥腔室中，且供应130℃的热空气。

在此情形下，真空压力在10mm H₂O到20mmH₂O范围内。

因此，可理解直径为5μm到30μm的金属粉末P的粒子聚结，以形成平均粒径为100μm到200μm的粒子。

也就是说，证实了形成粒状粉末G。

图9到图14为实例1到实例6的电子显微镜图像，其中可证实形成粒状粉末。

[表1]

[表2]

*模制工艺

为了优化经喷雾干燥的粉末和产品制造工艺的特性，如在表3中进行单轴压力模制，且分别在2ton/cm²、4ton/cm²、5ton/cm²、6ton/cm²和7ton/cm²的模制压力下进行测试。

因此，模制物品的密度在4.8318到5.2454(g/cm³)范围内，其中证实了模制物品的密度根据模制压力的增加而增加。

图15为根据表3的模制压力在模制之后以及在烧结之后模制物品的图像。

[表3]

*烧结工艺

压缩模制物品在高温真空批式炉和连续炉中烧结，且烧结在1300℃的温度下在氢气或氮气-氢气气氛中进行。

图15为在烧结之后模制物品的图像。

由于测量如上文所述模制和烧结的使用粒状粉末G的样品的根据压力的模制密度、烧结收缩率、烧结的产品密度、硬度和相对密度，故可鉴别每单位压力的模制密度且证实与收缩率的相关性。接着，获得附图(图16和图17)。

也就是说，如在图16中证实的，可理解，模制密度根据模制压力的值快速增加到2.48ton/cm²，但高于2.48ton/cm²，斜率(其中模制密度增加)降低。可理解，如果控制每单位面积模制压力且因此确定收缩率，那么可控制模制物品的密度。

在图17中，表述“计算的收缩率”指示实现100％的理论密度，且表述“实际收缩率”指示实际密度小于100％，其中，由于计算的收缩率(作为理论密度)与实际收缩率之间的关系恒定，即，约1％的密度值，故如果此关系值已知，那么可获得所需实际密度。

根据本发明，由于模具中的粒状粉末G的粒子的直径比金属粉末P的直径大10倍，故粒子可均匀地且容易地进料到模具中。

由此，在烧结之后，可形成具有均匀密度的产品M。

此外，由于金属粉末P的粒子在聚结且粒化之后在模制工艺中经压缩，故与当压缩粉末冶金的粉末时相比可获得均匀进料。由于在烧结期间将具有高烧结驱动力的细金属粉末用于诱导致密化，故有利的是，与常规粉末冶金方法相比，可获得相对较高密度。

由此，有利的是，可如在根据背景技术的金属注射模制方法中获得具有优异机械特性的产品M。

此外，由于脱脂工艺不必与金属注射模制方法不同，故制造工艺简单，且可节省能量，且可减少工艺，因为用于脱脂的加热并非必需的。因此，可降低制造成本以及管理成本。

由此，有利的是，可改进生产率，且可降低制造成本。

如在实验实例中，由于在本申请中压缩且模制由细金属粉末构成的粒状粉末G，故与常规金属粉末P相比，密度可增加，对收缩率的控制容易，且在烧结之后可获得接近设计尺寸的尺寸。

由此，有利的是，仅通过精加工工艺中的精加工来完成操作。

图18A到图18F(同时参照表4)示出根据常规粉末冶金制造的样品(图18A到图18C)和通过根据本发明的高密度粉末冶金的制造方法制造的样品(图18D到图18F)的镜面抛光表面的图像。图19A到图19F(同时参照表5)示出根据常规粉末冶金制造的样品(图19A到图19C)和通过根据本发明的高密度粉末冶金的制造方法制造的样品(图19D到图19F)的经蚀刻横截面的图像。常规粉末冶金样品的孔隙率为约10％，且高密度粉末冶金样品的孔隙率为约1％，其中可理解，获得与浇铸产品(经加工产品)的高密度微观结构相似的高密度微观结构。

[表4]

镜面抛光的表面

[表5]

微结构(经蚀刻)

*机械强度测试

比较作为相同零件的转子叶片的扭力值(用于压缩测试应用)。

常规粉末冶金样品的扭力值为15kgf×m，但高密度粉末冶金样品的扭力值为25kgf×m，其与常规粉末冶金样品相比改进166％，此值被评估为相当于浇铸产品的强度，且其展现与目前用于汽车油泵的零件的扭力值相同的扭力值。

本说明书和附图中描述的实施例仅为描述本发明的范围和精神的一部分的实例。因此，提供本文揭示的实施例以描述本发明的范围和精神且不出于限制的目的。因此，明显的是，本发明不限于这些实施例。应了解，在本发明的说明书和附图中包含的范围和精神中本领域的普通技术人员易于推断的修改和详述的实施例属于本发明的范围内。

Claims

1.一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其特征在于所述方法包括：

粒化工艺，其将铁类金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷洒到真空密封的喷雾干燥腔室中，向所述真空密封的喷雾干燥腔室中以5m³/min到30m³/min的流速供应在100℃到300℃的温度下的热空气，从而制备铁类金属粒状粉末；

模制工艺，其将所述铁类金属粒状粉末进料到模具中，以及将所述铁类金属粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品；

烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将经烧结的所述模制物品冷却，从而制造经烧结的产品；以及

精加工工艺，其加工所述经烧结的产品，从而调节尺寸，

其中，在所述粒化工艺中，所述铁类金属粉末包括96.785重量％到98.065重量％铁、0.38重量％到1.1重量％碳、0.15重量％到0.35重量％硅、0.2重量％到1.0重量％锰、0.25重量％或小于0.25重量％的磷、0.04重量％或小于0.04重量％的硫、0.8重量％到1.6重量％铬、0.15重量％到0.25重量％钼、0.3重量％或小于0.3重量％的铜、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍。

2.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述铁类金属零件包括铬钼钢SCM440、机器结构钢S45C以及高碳铬轴承钢SUJ2中的任一种。

3.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中在所述铁类金属粉末与所述浆料材料的混合中，除了所述铁类金属粉末之外，添加以及混合碳、铬、钼以及锰中的至少一种金属。

4.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述铁类金属粉末与所述浆料材料的混合包括：

通过向溶剂中添加以及混合粘合剂、增塑剂以及消泡剂来使所述浆料液化；以及

向液化的所述浆料中添加所述铁类金属粉末以及搅拌。

5.根据权利要求4所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其还包括当因所添加的所述铁类金属粉末的大粒径而需要额外研磨时，在添加所述铁类金属粉末到所述液化的浆料中以及搅拌之后，通过向具有金属球或陶瓷球的储备溶液雾化器中供应所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末来研磨以及分散所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末。

6.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述铁类金属粒状粉末具有100μm到200μm的平均粒径。

7.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述铁类金属粉末具有5μm到30μm的平均粒径以及3μm到50μm的粒度分布。

8.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述浆料材料包括挥发性的液体溶剂、粘合剂、增塑剂以及消泡剂。

9.根据权利要求8所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述液体溶剂包括选自由以下组成的群组中的至少一种：乙醇、甲醇、己烷、丙酮以及水。

10.根据权利要求8所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述粘合剂包括选自由以下组成的群组中的至少一种：聚乙烯醇缩丁醛以及聚乙烯醇。

11.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述压缩模制在1.0ton/cm²到10ton/cm²的压力下进行。