CN109862977B

CN109862977B - 粉末冶金用混合粉末的制造方法和粉末冶金用混合粉末的制造设备

Info

Publication number: CN109862977B
Application number: CN201780065223.8A
Authority: CN
Inventors: 园部秋夫
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-24
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2037-09-25
Also published as: WO2018079160A1; CN109862977A; JP2018070903A; JP6561962B2

Abstract

本发明提供安全性高且生产效率优异的粉末冶金用混合粉末的制造方法和制造设备。所述粉末冶金用混合粉末的制造方法具有如下工序：1次混合搅拌工序，使用具备加热机构的第1混合搅拌装置对由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料进行混合搅拌；2次混合搅拌工序，使用与上述第1混合搅拌装置不同的具备冷却机构的第2混合搅拌装置对上述1次混合搅拌工序后的上述原料进行混合搅拌；以及3次混合搅拌工序，使用与上述第1混合搅拌装置和第2混合搅拌装置不同的第3混合搅拌装置对上述2次混合搅拌工序后的上述原料进行混合搅拌；在上述1次混合搅拌工序中，上述原料被加热到高于上述粘合剂的熔点T_m的温度T₁，在上述2次混合搅拌工序中，上述原料被冷却到低于上述T_m的温度T₂。

Description

粉末冶金用混合粉末的制造方法和粉末冶金用混合粉末的制造设备

技术领域

本发明涉及粉末冶金用混合粉末的制造方法和粉末冶金用混合粉末的制造设备。

背景技术

粉末冶金技术中使用的粉末(以下，称为“粉末冶金用混合粉末”)通过将作为基本成分的铁基粉末、含有合金成分的粉末(以下，称为合金用粉末)和使该合金用粉末固定于铁基粉末的表面的粘结剂(以下，称为粘合剂)混合而进行制造。另外，也使用根据需要而添加了固体润滑剂、切削性改善剂粉、滑动性改善剂粉、流动性改善剂粉等副原料的粉末冶金用混合粉末。

在上述粉末冶金用混合粉末的制造中，需要介由粘合剂将合金用粉末固定于铁基粉末的表面。另外，使用副原料时，需要在粉末冶金用混合粉末整体中均匀地混合副原料。因此，为了实现基于粘合剂的粘合和均匀的混合而研究了各种混合搅拌方法。

例如，在专利文献1中提出了如下方法：在铁基粉末中添加合金用粉末、切削性改善粉和固体润滑剂进行1次混合，接着添加粘合剂边升温边进行2次混合，进而边冷却边进行3次混合。

另外，在专利文献2中提出了如下方法：通过1次混合和2次混合对将合金用粉末、粘合剂和副原料添加到铁基粉末中而得到的原料进行混合。在上述1次混合中，将上述原料边升温到上述粘合剂的熔点以上的温度边进行搅拌后，保持在上述温度进行搅拌，进一步从上述温度开始一边冷却一边进行搅拌。然后，在上述2次混合中，将1次混合中得到的混合粉末一边冷却一边进行搅拌。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平02-047201号公报

专利文献2：日本专利第5141136号公报

发明内容

但是，在专利文献1所提出的方法中，用1台混合装置进行了1次混合、2次混合和3次混合。因此，从将铁基粉末、合金用粉末等材料粉装入到混合装置之后到得到最终的粉末冶金用混合粉末为止的期间，长时间地占有混合装置，生产率低。

另外，在专利文献2所提出的方法中，为了连续进行1次混合中的加热和冷却而用1台混合装置进行加热和冷却。具体而言，在专利文献2中，使混合搅拌装置的外周为双层壁，在加热时向该双层壁之间流入高温的蒸气或油(oil)，在冷却时向该双层壁之间流入低温的水或油。

但是，像专利文献2中记载的那样用1台混合机进行加热和冷却时，由于构成混合装置的双层壁的部件与热介质的接触而在加热时发生热膨胀，在冷却时发生收缩。这样的混合装置一般通过对金属材料进行焊接而制成，因此在其角部或焊接部会因上述膨胀和收缩而导致应力集中。其结果，在利用上述方法反复进行粉末冶金用混合粉末的制造中，会发生金属疲劳累积，都会产生龟裂。因此，不仅混合装置的寿命变短，而且有可能由于高温的蒸气或油泄露而给作业者带来危险。

此外，在专利文献2所记载的方法中，为了利用1台混合装置进行加热和冷却，混合装置在1次混合结束的时刻成为冷却至常温的状态。其结果，在下一批次中进行1次混合时，需要再次从常温加热到粘合剂的熔点以上的温度，加热需要长时间。因此，不仅生产效率低，而且能量损失较大。

本发明是鉴于上述情况而进行的，目的在于提供安全性高且生产效率优异的粉末冶金用混合粉末的制造方法和制造设备。

即，本发明的要旨构成如下。

1.一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，具有如下工序：

1次混合搅拌工序，使用具备加热机构的第1混合搅拌装置对由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料进行混合搅拌、

2次混合搅拌工序，使用与上述第1混合搅拌装置不同的具备冷却机构的第2混合搅拌装置对上述1次混合搅拌工序后的上述原料进行混合搅拌、

3次混合搅拌工序，使用与上述第1混合搅拌装置和上述第2混合搅拌装置不同的第3混合搅拌装置对上述2次混合搅拌工序后的上述原料进行混合搅拌，

在上述1次混合搅拌工序中，上述原料被加热到高于上述粘合剂的熔点T_m的温度T₁，

在上述2次混合搅拌工序中，上述原料被冷却到低于上述T_m的温度T₂。

2.根据上述1所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，上述副原料为选自固体润滑剂、切削性改善剂粉、滑动性改善剂粉和流动性改善剂粉中的1种或2种以上。

3.根据上述1或2所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，进行多个批次的由上述1次混合搅拌工序和上述2次混合搅拌工序构成的批次后，

将上述多个批次各自得到的粉末集中供于上述3次混合搅拌工序。

4.根据上述3所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，上述1次混合搅拌工序的处理时间与上述2次混合搅拌工序的处理时间相同，

上述3次混合搅拌工序的处理时间为上述多个批次的处理时间以下。

5.一种粉末冶金用混合粉末的制造设备，具备如下装置：

具备加热机构的第1混合搅拌装置，用于对由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料进行混合搅拌；

具备冷却机构的第2混合搅拌装置，用于进一步对经上述第1混合搅拌装置混合搅拌后的原料进行混合；和

第3混合搅拌装置，用于进一步对经上述第2混合搅拌装置混合搅拌后的原料进行混合。

6.根据上述5所述的粉末冶金用混合粉末的制造设备，其中，进一步具备用于预先贮藏多个批次的用第2混合搅拌装置混合搅拌后的原料的贮藏槽。

7.根据上述6所述的粉末冶金用混合粉末的制造设备，其中，上述贮藏槽的容量V_S和上述第3混合搅拌装置的处理容量V₃为上述第2混合搅拌装置的处理容量V₂的2倍以上。

根据本发明，能够利用简便的方法安全且有效地制造粉末冶金用混合粉末。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的粉末冶金用混合粉末的制造方法的流程的示意图。

具体实施方式

接下来，对实施本发明的方法进行具体说明。应予说明，以下的说明表示本发明的优选的一个实施形态，本发明不受以下说明的任何限定。

图1是表示本发明的一个实施方式的粉末冶金用混合粉末的制造方法的流程的示意图。本发明中，原料的混合搅拌通过使用第1混合搅拌装置10的1次混合搅拌工序、使用第2混合搅拌装置20的2次混合搅拌工序和使用第3混合搅拌装置30的3次混合搅拌工序这3个工序而进行。然后，最终得到粉末冶金用混合粉末。另外，2次混合搅拌工序后的粉末也可以任意地使用贮藏槽40等暂时蓄积后而供于3次混合搅拌工序。以下，对使用的原料和各工序中处理内容进行具体说明。

在本发明的一个实施方式中的粉末冶金用混合粉末的制造方法中，使用由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料。以下，首先对上述原料的构成成分进行说明。

[铁基粉末]

作为上述铁基粉末，没有特别限定，可以使用任意的铁基粉末。作为上述铁基粉末的例子，可举出铁粉(所谓的纯铁粉)、合金钢粉。另外，上述铁基粉末的制造方法也没有限定，例如可以使用由雾化法制造的雾化铁基粉末(atomized iron-based powder)、由还原法制造的还原铁基粉末(reduced iron-based powder)等由任意方法制造的铁基粉末。作为上述雾化法，例如可以使用水雾化法。应予说明，“铁基粉末”是指Fe含量为50质量％以上的金属粉末，“铁粉”是指由Fe和不可避杂质构成的粉末。

上述铁基粉末的粒径没有特别限定，可以为任意的值，但优选为60目(250μm)以下。另外，上述铁基粉末的表观密度没有特别限定，可以为任意的值，但优选为2.3～3.3Mg/m³。

[合金用粉末]

作为上述合金用粉末，没有特别限定，可以使用含有合金元素的任意的粉末。作为合金用粉末，例如可举出石墨粉末等碳粉末、Cu粉、Mo粉、Ni粉等非铁金属粉末和氧化亚铜粉末等金属氧化物粉末。上述合金用粉末可以仅使用1种，也可以组合使用2种以上。

[粘合剂]

上述合金用粉末通过粘合剂而固定于铁基粉末的表面。作为上述粘合剂，没有特别限定，只要能够使合金用粉末与铁基粉末粘合，就可以使用任意的粘合剂。作为上述粘合剂，例如可以使用选自脂肪酸、脂肪酸酰胺、脂肪酸双酰胺、金属皂中的1种或2种以上。

[副原料]

本发明中，除了上述铁基粉末、合金用粉末和粘合剂以外，还可以使用任意的副原料。作为上述副原料，优选选自固体润滑剂、切削性改善剂粉、滑动性改善剂粉和流动性改善剂粉中的1种或2种以上。

作为上述固体润滑剂，没有特别限定，可以使用任意的固体润滑剂。作为上述固体润滑剂，优选使用硬脂酸锌和乙撑双酰胺(エチレンビスアミド)中的至少一者。

作为上述切削性改善剂粉，没有特别限定，可以使用任意的切削性改善剂粉。作为上述切削性改善剂粉，优选使用MnS粉。

作为上述滑动性改善剂粉，没有特别限定，可以使用任意的滑动性改善剂粉。作为上述滑动性改善剂粉，优选使用S(硫)粉和Mo₂S粉中的至少一者。

作为上述流动性改善剂粉，没有特别限定，可以使用任意的流动性改善剂粉。作为上述流动性改善剂粉，优选使用SiO₂粉和炭黑中的至少一者。

接下来，对将上述原料混合搅拌而制成粉末冶金用混合粉末的步骤进行说明。

[1次混合搅拌工序]

首先，将上述原料装入第1混合搅拌装置10，进行混合搅拌。作为第1混合搅拌装置10，只要是具备加热机构的混合搅拌装置，就可以使用任意的混合搅拌装置。作为上述第1混合搅拌装置10，优选使用高速底部搅拌混合机，特别优选使用亨舍尔混合机。如图1所示，高速底部搅拌式混合机通过设置于混合槽的底部的旋转叶片11以旋转轴12为中心旋转而对混合槽内的粉体进行搅拌和混合。

第1混合搅拌装置10必须具备用于加热原料的加热机构。作为上述加热机构，没有特别限定，只要能够加热所装入的原料，就可以使用任意的加热机构。例如，如图1所示，可以通过使第1混合搅拌装置10的外周为双层壁，并使热介质在双层结构部13中流通来加热混合槽内的原料。作为上述热介质，例如可以使用蒸气或油。另外，也可以使用加热器(heater)作为上述加热机构。作为上述加热器，例如可以使用电加热器。另外，也可以并用多个加热机构。上述第1混合搅拌装置优选具备加热机构而不具备冷却机构。

在上述1次混合搅拌工序中，将上述原料加热到高于该原料中含有的粘合剂的熔点T_m的温度T₁。通过这样进行加热，从而使粘合剂熔化，熔化了的粘合剂被涂布于铁基粉末的表面，进而介由该粘合剂使合金用粉末和副原料附着于铁基粉末表面。

上述加热的步骤没有特别限定，但从进行均匀附着的观点考虑，优选边搅拌边升温到温度T₁，接着，以保持在温度T₁的状态进行进一步的搅拌。

接下来，停止1次混合搅拌，排出第1混合搅拌装置10内的粉体。排出的粉体供于接下来的2次混合搅拌工序。

[2次混合搅拌工序]

接下来，将上述1次混合搅拌工序中混合搅拌后的原料粉装入与上述第1混合搅拌装置不同的具备冷却机构的第2混合搅拌装置。作为第2混合搅拌装置20，只要是具备冷却机构的混合搅拌装置，就可以使用任意的混合搅拌装置。作为上述第2混合搅拌装置20，优选使用高速底部搅拌混合机，特别优选使用搅拌力强、能够增大冷却速度的亨舍尔混合机。

第2混合搅拌装置20必须具备用于冷却原料的冷却机构。作为上述冷却机构，没有特别限定，只要能够冷却第2混合搅拌装置20内的粉体，就可以使用任意的冷却结构。例如，可以与第1混合搅拌装置10同样地使第2混合搅拌装置20的外周为双层壁，并使冷却介质在双层结构部23中流通来冷却混合槽内的原料。作为上述冷却介质，例如可以使用低温的水或油。上述第2混合搅拌装置优选具备冷却机构而不具备加热机构。

在上述2次混合搅拌工序中，将上述原料冷却到低于该原料中含有的粘合剂的熔点T_m的温度T₂。通过这样进行冷却，从而使粘合剂固化，利用粘合剂将合金用粉末和副原料固定于铁基粉末的表面。

上述冷却的方法没有特别限定，优选边搅拌边冷却至温度T₂。应予说明，温度T₂只要是低于粘合剂的熔点T_m的温度，就可以为任意的温度，优选为常温。

本发明中，如上所述，像在1次混合搅拌工序中仅进行加热、在2次混合搅拌工序中仅进行冷却这样用分开的混合搅拌装置进行加热和冷却，不像以往那样用一个混合搅拌装置进行加热和冷却。因此，不会对混合机的双层结构部分施加因反复加热和冷却所致的膨胀和收缩，即便长年持续进行工业生产也不会因金属疲劳而产生龟裂，不会发生高温的蒸气或油泄露的事故。因此，不存在作业者接触高温的蒸气或油而引发烫伤的危险性，能够进行安全的生产活动。另外，存在如下问题：如果高温的蒸气或油泄漏到混合机的内侧，则被污染的混合粉末无法制成产品，而且进行龟裂的修补施工的期间无法进行生产，生产效率降低等，根据本发明能够防止产生这样的问题。另外，因为不用第1混合搅拌装置10进行冷却，所以在进行下一批次的混合搅拌时混合搅拌装置的双层结构部13的温度也并未降低，保持在加热温度T₁附近，因此不仅能够缩短下一批次的升温时间，而且还能够抑制能量损失。

接下来，停止2次混合搅拌，排出第2混合搅拌装置20内的粉体。排出的粉体供于接下来的3次混合搅拌工序。

[3次混合搅拌工序]

接下来，将上述2次混合搅拌工序中混合搅拌后的原料粉装入与上述第1混合搅拌装置和第2混合搅拌装置不同的第3混合搅拌装置30。应予说明，如图1所示，在装入到第3混合装置之前，也可以将粉体暂时收容于贮藏槽40等贮藏机构，该情况的说明以后阐述。

作为第3混合搅拌装置30，可以使用任意的混合搅拌装置，优选使用W锥型混合机。通过使用第3混合搅拌装置30进行搅拌混合，能够得到最终的粉末冶金用混合粉末。应予说明，在3次混合搅拌工序中无需进行粉体的加热或冷却，因此作为第3混合搅拌装置30，可以使用不具备加热机构和冷却机构的混合搅拌装置。

在3次混合搅拌工序中，除了从第2混合搅拌装置20中排出的粉末以外，也可以进一步添加追加的副原料。作为上述追加的副原料，可以使用选自固体润滑剂、切削性改善剂粉、滑动性改善剂粉和流动性改善剂粉中的1种或2种以上。上述追加的副原料可以与供于1次混合搅拌工序的原料中含有的副原料相同，也可以不同。

在本发明的一个实施方式中，可以分别进行多个批次的由1次混合搅拌工序和上述2次混合搅拌工序构成的批次后，将上述多个批次各自得到的粉末集中供于上述3次混合搅拌工序。通过这样将多个批次的粉体集中以1次进行3次混合搅拌，能够将多个批次的粉体制成最终的粉末冶金用混合粉末的1批，能够减少批数，能够使品质管理等日常管理效率化。

如上所述，将多个批次中得到的粉末集中供于上述3次混合搅拌工序时，可以将从第2混合搅拌装置20排出的粉体随时装入第3混合搅拌装置30，也可以如图1所示地预先蓄积于贮藏槽40等贮藏机构。由此，能够在对用第3混合搅拌装置30混合搅拌前一批的粉体的期间也没有限制的情况下实施1次混合搅拌工序和2次混合搅拌工序。

此时，由于将多个批次的粉体蓄积于贮藏槽，然后，集中进行3次混合搅拌，因此上述贮藏槽的容量V_S和上述第3混合搅拌装置的处理容量V₃优选为上述第2混合搅拌装置的处理容量V₂的2倍以上。

本发明中，为了使工业生产时的效率最大，优选使1次混合搅拌工序与2次混合搅拌工序的处理时间相等。另外，3次混合搅拌工序优选设计成在用贮藏槽13贮藏2次混合搅拌处理完毕的混合粉的期间完成处理而在1次混合搅拌工序和2次混合搅拌工序中不造成阻塞。例如，如上所述，将2次混合搅拌工序的多个批次中得到的粉末集中供于3次混合搅拌工序时，优选使上述3次混合搅拌工序的处理时间为上述多个批次的处理时间以下。

符号说明

10 第1混合搅拌装置

11、21 旋转叶片

12、22 旋转轴

13、23 双层结构部

20 第2混合搅拌装置

30 第3混合搅拌装置

40 贮藏槽

Claims

1.一种粉末冶金用混合粉末的制造方法，具有如下工序：

1次混合搅拌工序，使用具备加热机构的第1混合搅拌装置对由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料进行混合搅拌；

2次混合搅拌工序，使用与所述第1混合搅拌装置不同的具备冷却机构的第2混合搅拌装置对所述1次混合搅拌工序后的所述原料进行混合搅拌；

3次混合搅拌工序，使用与所述第1混合搅拌装置和所述第2混合搅拌装置不同的第3混合搅拌装置对所述2次混合搅拌工序后的所述原料进行混合搅拌；

所述加热机构为加热器，

在所述1次混合搅拌工序中，所述原料被加热到高于所述粘合剂的熔点T_m的温度T₁，

在所述2次混合搅拌工序中，所述原料被冷却到低于所述T_m的温度T₂，分别进行多个批次的由所述1次混合搅拌工序和所述2次混合搅拌工序构成的批次后，将所述多个批次各自得到的粉末集中供于所述3次混合搅拌工序。

2.根据权利要求1所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，所述副原料为选自固体润滑剂、切削性改善剂粉、滑动性改善剂粉和流动性改善剂粉中的1种或2种以上。

3.根据权利要求2所述的粉末冶金用混合粉末的制造方法，其中，所述1次混合搅拌工序的处理时间与所述2次混合搅拌工序的处理时间相同，

所述3次混合搅拌工序的处理时间为所述多个批次的处理时间以下。

4.一种粉末冶金用混合粉末的制造设备，具备如下装置：

具备加热机构且不具备冷却机构的第1混合搅拌装置，用于对由铁基粉末、合金用粉末、粘合剂和副原料构成的原料进行混合搅拌；

具备冷却机构的第2混合搅拌装置，用于进一步对经所述第1混合搅拌装置混合搅拌的原料进行混合；和

第3混合搅拌装置，用于进一步对经所述第2混合搅拌装置混合搅拌的原料进行混合，

所述加热机构为加热器。

5.根据权利要求4所述的粉末冶金用混合粉末的制造设备，其中，进一步具备用于预先贮藏多个批次的经第2混合搅拌装置混合搅拌的原料的贮藏槽。

6.根据权利要求5所述的粉末冶金用混合粉末的制造设备，其中，所述贮藏槽的容量V_S和所述第3混合搅拌装置的处理容量V₃为所述第2混合搅拌装置的处理容量V₂的2倍以上。