DE60026045T2

DE60026045T2 - Schmierstoff und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60026045T2
Application number: DE60026045T
Authority: DE
Inventors: Hilmar Vidarsson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-09-08
Also published as: ES2254226T3; EP1214143B1; BR0013913B1; CN1185045C; US6395688B2; BR0013913A; SE9903245D0; JP4758045B2; CA2382717C; US20010029808A1; MXPA02002564A; JP2003509581A; DE60026045D1; TW513484B; WO2001019508A1; AU7465400A; CN1373684A; EP1214143A1; CA2382717A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung für die Pulvennetallurgie und die Herstellung und Verwendung dieser Schmiermittelzusammensetzung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schmiermittelzusammensetzung umfassend eine Kombination aus wenigstens zwei Schmiermitteln.
Gepulverte Metalle, zum Beispiel gepulvertes Eisen, werden verwendet um kleine, sehr komplizierte Teile herzustellen, zum Beispiel Getriebe bzw. Zahnräder. Die Herstellung solcher metallischer Teile durch die Pulvermetalltechnologie umfasst die folgenden Schritte:
das gepulverte Metall wird mit einem Schmiermittel und anderen Zusatzstoffen vermischt, um eine Mischung zu bilden,
die erhaltene Mischung wird in eine Form gegossen und verdichtet, um ein Teil unter Verwendung eines hohen Drucks zu formen, im Allgemeinen in der Größenordnung von 200 bis 1.000 MPa,
das Teil wird aus der Form ausgestoßen und einer hohen Temperatur ausgesetzt, um
das Schmiermittel zu zersetzen und zu entfernen,
das Teil wird auf eine höhere Temperatur erwärmt, um zu bewirken, dass alle Metallteilchen in dem Teil zusammensintern und
das Teil wird gekühlt, worauf es fertig zur Verwendung ist.
Schmiermittel werden zu Metallpulvern aus verschiedenen Gründen zugegeben. Ein Grund ist, dass sie die Herstellung von Formkörpern zum Sintern durch das Schmieren des Inneren des Pulvers während des Verdichtungsverfahrens vereinfachen. Durch Auswahl geeigneter Schmiennittel können höhere Dichten, welche häufig notwenig sind, erzielt werden. Des Weiteren stellen die Schmiermittel die notwendige Schmierwirkung zur Verfügung, welche benötigt wird, um das verdichtete Teil aus der Form auszustoßen. Ein unzureichendes Schmieren führt zu Abnutzung und Verschleiß an der Formoberfläche durch die übermäßige Reibung während des Ausstoßens, was zu einem vorzeitigen Formversagen führt. Die Probleme der unzureichenden Schmierung können auf zwei Weisen gelöst werden; entweder indem die Menge des Schmiermittels erhöht wird oder indem wirksamere Schmiermittel ausgewählt werden. Indem die Menge des Schmiermit tels erhöht wird, tritt eine unerwünschte Nebenwirkung auf, da die Zunahme der Dichte aufgrund der besseren „inneren Schmierung" durch das zunehmende Volumen des Schmiermittels umgekehrt wird. Die bessere Wahl wäre dann, effektivere Schmiermittel auszuwählen.
Die bekannten sehr wirksamen Schmiermittel weisen jedoch niedrige Schmelzpunkte auf. Dieses Unterscheidungsmerkmal führt jedoch bereits vor dem Verdichtungsverfahren in Bezug auf den Pulverfluss und auf die Rohdichte zu Problemen. Ein relativ freier Pulverfluss ist für einen glatten Betrieb in einer Herstellungspresse wesentlich, wohingegen eine stabile Rohdichte die hohe Qualität während der Herstellung ermöglicht. Die Teile weisen dann ein gleiches Gewicht auf und zeigen enge Abmessungstoleranzen, und reduzieren die Notwendigkeit für spätere Verfahren, wie Kalibrieren.
Die Verwendung von sehr wirksamen Schmiermitteln war bisher aufgrund ihrer negativen Wirkung auf die Pulvereigenschaften begrenzt. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, wodurch diese Schmiermittel industriell verwendbar werden.
In Kürze umfasst das Verfahren zur Herstellung der neuen Schmiermittelzusammensetzungen gemäß der Erfindung die Schritte:
Auswählen eines ersten Schmiermittels mit einem Schmelzpunkt unter 110 °C oder wobei ein wesentlicher Teil dessen unter 110 °C schmilzt und ein zweites Schmiermittel mit einem Schmelzpunkt über 120 °C oder wobei ein wesentlicher Teil dessen über 120 °C schmilzt;
Mischen der Schmiermittel bei einer erhöhten Temperatur, um die Schmiermittel zu schmelzen und
Unterwerfen der Mischung einer schnellen Abkühlung, um eine metastabile Schmiermittelzusammensetzung bereitzustellen.
Beispiele der Schmiermittel innerhalb der ersten Gruppe sind gesättigte und ungesättigte Fettsäureamide und Bisamide, wie Stearamid, Oleamid und Ethylen-bis-oleamid. Die Menge dieses ersten Schmiermittels hängt von dem spezifischen Schmiermittel ab und kann zwischen 5 und 75 Gew.-% liegen.
Das zweite Schmiermittel kann gewählt werden aus Schmiermitteln, die zur Zeit in der Pulvermetallurgie eingesetzt werden, und vorzugsweise wird dieses Schmiermittel aus der Gruppe ausgewählt bestehend aus Fettsäuren-bis-amiden, wie Ethylen-bis-stearamid (EBS).
Die Mischung der zwei Arten von Schmiermitteln wird während des Vermischens auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des zweiten Schmiermittels erwärmt, für einen ausreichenden Zeitraum, um eine homogene Mischung bereitzustellen, welche dann einem schnellen Abkühlen unterworfen wird, welches ein kritisches Merkmal des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Die schnelle Abkühlrate kann durch verschiedene gut bekannte Verfahren erzielt werden, wie ein Schütten der Schmelze in flüssigen Stickstoff oder Wasser, durch Zerstäubung des Materials aus der Schmelze oder durch Gießen der Schmelze auf eine gekühlte Metalloberfläche. Die notwendige Abkühlrate hängt von der Zusammensetzung ab und kann sich auch mit den relativen Mengen des ersten und zweiten Schmiermittels ändern. Zum Beispiel können Kühlraten oberhalb von 100 °C/Sek. für einige Zusammensetzungen und Mengen notwendig sein, wohingegen Kühlraten von ungefähr 1 °C/Sek. in anderen Fällen ausreichend sein können. In jedem Fall ist ein beschleunigtes oder erzwungenes Abkühlen notwendig, um die metastabile Phase zu erzielen, welche ein Unterscheidungsmerkmal der neuen Schmiermittelzusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist und welche es ermöglicht, den Vorteil der wertvollen Schmiermitteleigenschaften von relativ niedrig schmelzenden Schmiermitteln einzusetzen, die in der Form der metastabilen Phase die hohe Schmierwirkung beibehalten, jedoch den negativen Einfluss auf den Fluss verlieren.
Abhängig von der Herstellungsart kann die vertestigte Schmiermittelzusammensetzung anschließend auf eine geeignete Teilchengröße zerkleinert werden, z.B. durch Mahlen. Bevorzugte mittlere Teilchengrößen liegen zwischen 3 und 150 μm.
Eine kugelige Form ist besonders bevorzugt, da dies zu den höchsten Fließraten und Rohdichten führt.
Wenn mit den Metallpulvern vermischt, liegt die Konzentration der Schmiermittelzusammensetzung plus gegebenenfalls herkömmlichen festen Schmiermitteln in dem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,3 bis 1 Gew.-%.
Das folgende nichtbeschränkende Beispiel beschreibt die Erfindung.
Eisenpulvermischungen wurden unter Verwendung der Schmiermittelzusammensetzungen hergestellt, welche durch unterschiedliche Verfahren hergestellt wurden. Die Schmiermittel bestanden aus der üblichen Rezeptur aus 75 % Ethylen-bis-stearamid (EBS) (erhältlich als Hoechst Wachs von Hoechst AG, Deutschland) mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 145 °C und 25 % Oleamid (erhältlich von Croda) mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 70 °C. Das Eisenpulver war ASC100.29 (erhältlich von Höganäs AB, Schweden) und 0,5 Gew.-% Graphit wurde mit dem Eisenpulver vermischt.
Die erste Schmiermittelzusammensetzung wurde hergestellt, indem die zwei Bestandteile getrennt voneinander auf mittlere Teilchengrößen unter 30 μm mikronisiert wurden und nachfolgend zu der Eisenpulvermischung zugemischt wurden.
Die zweite Schmiermittelzusammensetzung wurde hergestellt, indem die zwei Bestandteile physikalisch vor einem Schmelzverfahren bei 180 °C vermischt wurden, wobei eine ausreichende Dauer eingesetzt wurde, dass sich die Bestandteile vermischen. Dies wurde von einem langsamen Abkühlverfahren gefolgt, bis die Raumtemperatur erzielt wurde. Das Material wurde nachfolgend auf ähnliche Teilchengröße wie die erste Schmiermittelzusammensetzung mikronisiert und zu der alten Pulvermischung zugemischt.
Die dritte Schmiermittelzusammensetzung wurde auf eine ähnliche Weise wie die zweite hergestellt mit der Ausnahme, dass die geschmolzene Zusammensetzung durch eine enge Kapillare in flüssiges Stickstoff gedrängt wurde. Ein schnelles Kühlen wurde so erzielt und das Material war eine fertig mikronisierte Zusammensetzung und wurde zu der Eisenpulvermischung, wie oben beschrieben, zugemischt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst und zeigen, dass eine geeignete Pulvermischung nur in dem Fall des schnellen Abkühlens erzielt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schmiermittelzusammensetzung für die Pulvermetallurgie, gekennzeichnet durch Auswählen eines ersten Schmiermittels mit einem Schmelzpunkt unter 110 °C oder wobei ein wesentlicher Teil dessen unter 110 °C schmilzt und ein zweites Schmiermittel mit einem Schmelzpunkt über 120 °C oder wobei ein wesentlicher Teil dessen über 120 °C schmilzt; Mischen der Schmiermittel bei einer erhöhten Temperatur, um die Schmiermittel zu schmelzen und Unterwerfen der Mischung einem schnellen Abkühlen, um eine Schmiermittelzusammensetzung bereitzustellen, welche eine metastabile Phase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schmiermittel gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus gesättigten und ungesättigten Fettsäureamiden und Bisamiden wie Stearamid, Oleamid und Ethylen-bis-oleamid und wobei das zweite Schmiermittel gewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Fettsäure-bis-amiden, wie Ethylen-bis-stearamid (EBS).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennnzeichnet, dass das erste Schmiermittel Oleamid und das zweite Schmiermittel EBS ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oleamid in einer Menge zwischen 5 und 75, vorzugsweise zwischen 15 und 45 und besonders bevorzugt zwischen 20 und 30 Gew.-% des gesamten Schmiermittels verwendet wird.
Schmiermittelzusammensetzung für die Pulvermetallurgie, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus einer Zusammensetzung aus wenigstens zwei Schmiermitteln besteht, wie in Anspruch 1 definiert, und durch schnelles Abkühlen einer geschmolzenen Mischung der Schmiermittel erhalten wird.
Schmiermittelzusammensetzung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine metastabile Phase aus Ethylen-bis-stearamid und Oleamid enthält.