DE60026167T2

DE60026167T2 - Schmiermittelkombination und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE60026167T2
Application number: DE60026167T
Authority: DE
Inventors: Hilmar Vidarsson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: BR0015951B1; CA2394183A1; EP1252274B1; KR20020068362A; CN1225526C; CN1402772A; JP4572050B2; US20010027170A1; BR0015951A; WO2001040416A1; ES2254254T3; RU2254362C2; TW524849B; JP2003515661A; KR100738739B1; SE9904367D0; MXPA02005448A; US6413919B2; CA2394183C; JP2010265454A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelkombination für die Pulvermetallurgie und die Herstellung und Verwendung dieser Schmiermittelkombination. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schmiermittelkombination umfassend wenigstens zwei Schmiermittel.
Pulverförmige Metalle, zum Beispiel pulverisiertes Eisen, werden verwendet um kleine, sehr komplizierte Teile herzustellen, zum Beispiel Getriebe. Die Herstellung solcher metallischer Teile durch die Pulvermetalltechnologie umfasst die folgenden Schritte:
das pulverisierte Metall wird mit einem Schmiermittel und anderen Zusatzstoffen vermischt, um eine Mischung zu bilden,
die erhaltene Mischung wird in eine Form gegossen und unter Verwendung eines hohen Drucks, im Allgemeinen in der Größenordnung von 200 bis 1.000 MPa, verdichtet, um einen Teil zu bilden,
das Teil wird aus der Form ausgestoßen,
das Teil wird einer hohen Temperatur ausgesetzt, um das Schmiermittel zu zersetzen und zu entfernen und um zu bewirken, dass sich alle Teile aus Metall in dem Teil zusammensintern
und das Teil wird abgekühlt, worauf es zur Verwendung geeignet ist.
Schmiermittel werden aus verschiedenen Gründen zugegeben zu den metallischen Pulvern. Ein Grund ist, dass sie die Herstellung von Presskörpern zum Sintern vereinfachen, indem das Innere des Pulvers während des Verdichtungsverfahrens geschmiert wird. Durch Auswahl von geeigneten Schmiermitteln können höhere Dichten, welche häufig notwendig sind, erhalten werden. Des Weiteren stellen die Schmiermittel die notwendige Schmierwirkung zur Verfügung, welche notwendig ist, um das verdichtete Teil aus der Form herauszustoßen. Eine unzureichende Schmierung führt zu einem Verschleiß und Fressschaden an der Formoberfläche durch eine übermäßige Reibung während des Ausstoßens und führt zu einem verfrühten Formausfall. Die Probleme mit der unzureichenden Schmierung können auf zwei Arten gelöst werden; entweder durch Erhöhung der Menge des Schmiermittels oder durch Auswahl wirksamerer Schmiermittel. Wird die Menge des Schmiermittels erhöht, ist damit eine unerwünschte Nebenwirkung verbunden, dass die Zunahme der Dichte durch die bessere „innere Schmierung" umgekehrt wird durch das zunehmende Volumen des Schmiermittels. Die bessere Wahl wäre es daher, wirksamere Schmiermittel auszuwählen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dies eine schwierige Aufgabe ist, da wirksame Schmiermittel dazu neigen, negative Wirkungen auf die Pulvereigenschaften der Mischungen ausüben.
Eine andere Möglichkeit wäre es, nach neuen Wegen zu suchen, die zur Zeit verwendeten Schmiermitteln zu kombinieren oder zu verwenden, um sie wirksamer zu machen. Die vorliegende Erfindung betrifft solch eine neue Kombination der zur Zeit verwendeten Schmiermittel. Die Idee der Erfindung ist natürlich nicht nur auf die zur Zeit verwendeten und bekannten Schmiermittel zu beschränkt, sondern ist auch auf zukünftige Schmiermittel anwendbar.
Gemäß der Erfindung erfasst das Verfahren zur Herstellung wirksamerer neuer Schmiermittel die folgenden Schritte
Auswählen eines ersten Schmiermittelpulvers gewählt aus der Gruppe bestehend aus Fettsäure-Bisamiden und Fettsäure-Monoamiden und eines zweiten Schmiermittelpulvers gewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallseifen Mischen der Schmiermittelpulver und
Unterwerfen der Mischung Bedingungen, dass die Teilchen des zweiten Schmiermittels an den Teilchen des ersten Schmiermittels haften, um eine Schmiermittelkombination aus aggregierten Teilchen zu bilden, mit einem Kern aus dem ersten Schmiermittel, wobei die Oberfläche des Kerns mit Teilchen des zweiten Schmiermittels beschichtet ist.
Die Hauptaufgabe des ersten Schmiermittels ist es, dem Pulver gute schmierende Eigenschaften zu verleihen, welche zu höheren Dichten und niedrigen Ausstoßkräften führen, wohingegen es die Hauptaufgabe des zweiten Schmiermittelpulvers ist, eine Metallpulvermischung bereitzustellen, mit gute, Pulvereigenschaften, wie hohen Fließraten und einem gleichförmigen Anfüllen der Form, was wiederum zu einer hohen Produktivität und einer gleichmäßigen Dichteverteilung in dem verdichteten Teil führt.
Beispiele der Schmiermittel in der ersten Gruppe sind Fettsäure-Bisamide, wie Ethylen-Bis-Palmitinamid, Ethylen-Bis-Stearamid, Ethylen-Bis-Arachinamid, Ethylen-Bis-Behenamid, Hexylen-Bis-Palmitinamid, Hexylen-Bis-Stearamid, Hexylen-Bis-Arachinamid, Hexylen-Bis-Behanamid, Ethylen-Bis-12-Hydroxystearamid, Distearyladipamid etc. und Fettsäure-Monoamide wie Palmitinamid, Steramid, Arachinamid, Behenamid, Oleiamid. Zusätzlich kann das erste Schmiermittel eine feste Mischung aus zwei oder mehreren Schmiermitteln umfassen.
Das zweite Schmiermittel kann gewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Metallseifen, wie Zinkstearat, Lithiumstearat.
Es ist bevorzugt, dass die Teilchen der Schmiermittel der kugeligen Form so nahe kommen wie möglich, da die kugelige Form zu der höchsten Fließrate und hohen Dichte führt.
Es ist des Weiteren bevorzugt, dass das erste Schmiermittel eine mittlere Teilchengröße aufweist, welche größer ist als die des zweiten Schmiermittels. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die mittlere Teilchengröße des ersten Schmiermittels zwei- bis dreimal größer ist als die des zweiten Schmiermittels und insbesondere, dass die mittlere Teilchengröße des ersten Schmiermittels wenigstens 15 μm beträgt und dass das zweite Schmiermittel eine mittlere Teilchengröße von höchstens 6 μm aufweist. Zusätzlich hat man herausgefunden, dass die Menge des ersten Schmiermittels vorzugsweise zwischen 60 und 90 Gew.-% der gesamten Schmiermittelzusammensetzung betragen sollte.
Eine Art, um Bedingungen bereitzustellen, dass die Schmiermittelteilchen zusammenhaften, umfasst das Erwärmen der Teilchen des ersten und/oder zweiten Schmiermittels auf eine Temperatur und für einen Zeitraum welcher ausreichend ist, um eine physikalische Bindung zwischen den Teilchen des ersten und zweiten Schmiermittels zu erzielen.
Wenn mit metallischen Pulvern vermischt, liegt die Konzentration der Schmiermittelkombination plus möglicher herkömmlicher festen Schmiermittel geeigneter Weise in dem Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 0,3 bis 1 Gew.-%.
Die Metallpulver von Interesse sind vorzugsweise Pulver auf Eisenbasis. Beispiele von Pulvern auf Eisenbasis sind legierte Pulver auf Eisenbasis, wie ein vorlegiertes Eisenpulver oder ein Eisenpulver, wobei die Legierungselemente an die Eisenteilchen diffusionsgebunden sind. Das Pulver auf Eisenbasis kann auch eine Mischung aus einem im Wesentlichen reinen Eisenpulver und den Legierungselementen sein, welche zum Beispiel gewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Ni, Cu, Cr, Mo, Mn, P, Si, V und W. Die unterschiedlichen Mengen der unterschiedlichen Legierungselemente liegen zwischen 0 und 10, vorzugsweise zwischen 1 und 6 Gew.-% Ni, zwischen 0 und 8, vorzugsweise zwischen 1 und 5 Gew.-% Cu, zwischen 0 und 25, vorzugsweise zwischen 0 und 12 Gew.-% Cr, zwischen 0 und 5, vorzugsweise zwischen 0 und 3 Gew.-% Mo, zwischen 0 und 1, vorzugsweise zwischen 0 und 0,6 Gew.-% P, zwischen 0 und 5, vorzugsweise zwischen 0 und 2 Gew.-% Si, zwischen 0 und 3, vorzugsweise zwischen 0 und 1 Gew.-% V und zwischen 0 und 10, vorzugsweise zwischen 0 und 4 Gew.-% W.
Das Pulver auf Eisenbasis kann ein zerstäubtes Pulver oder ein Eisenschwammpulver sein.
Die Teilchengröße des Pulvers auf Eisenbasis wird ausgewählt abhängig von der Endverwendung des gesinterten Erzeugnisses.
Die Schmiermittelzusammensetzung gemäß der Erfindung ist daher ein an der Oberfläche modifiziertes Schmiermittel mit einem Kern aus einem ersten Schmiermittel, wobei die Kernoberfläche mit Teilchen des zweiten Schmiermittels beschichtet ist. Ein Vergleich zwischen dieser Schmiermittelkombination und einer physikalischen Mischung der gleichen Schmiermittel zeigt, dass die Eigenschaften der Schmiermittelkombination überragend sind. Dies trifft auch zu für eine geschmolzene und nachfolgend verfestigte Mischung der gleichen Schmiermittel.
Das folgende nicht begrenzte Beispiel beschreibt die Erfindung.
Beispiel
Eisenpulverzusammensetzungen wurden unter Verwendung von Schmiermittelzusammensetzungen hergestellt, die durch unterschiedliche Verfahren hergestellt wurden. Die Schmiermittel bestanden aus dem gemeinsamen Rezept aus 80 % Ethylen-Bis-Stearamid (EBS erhältlich als Hoechst-Wachs von Clariant AG, Deutschland) mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 145 °C, und 20 % Zinkstearat (erhältlich von Megret, UK) mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 130 °C. Der gesamte Schmiermittelgehalt betrug 0,8 Gew.-% in allen Fällen. Das Eisenpulver war ASC 100.29 (erhältlich von Höganäs AB, Schweden) und 0,5 Gew.-% Graphit wurde mit dem Eisenpulver und dem Schmiermittel vermischt.
Die erste Schmiermittelzusammensetzung wurde hergestellt durch das voneinander getrennte Zerkleinern der beiden Bestandteile auf mittlere Teilchengrößen unter 30 μm und nachfolgend das Zumischen zu der Eisenpulvermischung.
Die zweite Schmiermittelzusammensetzung wurde hergestellt, indem die Schmiermittel zunächst miteinander verschmolzen und verfestigt wurden, gefolgt von einem Zerkleinern und Zumischen zu der Eisenpulvermischung, wie oben beschrieben.
Das dritte Schmiermittel wurde hergestellt, indem die Zinkstearatteilchen an der Oberfläche des EBS haftete, indem EBS-Teilchen auf Temperaturen erwärmt wurden, bei denen ein teilweises Schmelzen der zugegebenen Zinkstearatteilchen auftritt. Eine stabile mechanische Bindung zwischen den Teilchen wurde so erzielt, wobei die größeren EBS-Teilchen im Wesentlichen von die kleineren Zinkstearatteilchen bedeckt wurden. In diesem Fall betrug die Teilchengröße unter ungefähr 30 μm.
Nach dem Mischen wurden die Pulvereigenschaften der Eisenpulverzusammensetzungen charakterisiert, einschließlich des Hall-Flusses, der Rohdichte und des Füllindexes. Der Füllindex ist ein Maß des relativen Unterschiedes der Fülldichte (FD) zwischen zwei Hohlräumen unterschiedlicher Geometrie; wohingegen die Länge und die Tiefe der Hohlräume die gleichen sind (30 mm und 30 mm), ein Hohlraum weist eine Breite von 13 mm und der andere eine Breite von 2 mm auf. Der breitere Hohlraum führt zu einer Fülldichte, und der Füllindex wird definiert als: Füllindex (%) = (Fdmax – Fdmin)/Fdmax
Theoretisch ist der Füllindex ungefähr der gleiche wie der relative Unterschied der Rohdichte, welcher erhalten wird, wenn ein Pulver in einem Hohlraum mit Hohlräumen der gleichen Geometrie wie oben beschrieben gepresst wird, d.h. mit Bereichen unterschiedlicher Schlitzbreite, z.B. 13 und 2 mm.
Tabelle 1
Aus den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen wird deutlich, dass die Veränderung des EBS-Schmiermittels mit Zinkstearat gemäß der vorliegenden Erfindung zu wertvollen Vorteilen der Pulvereigenschaften führt, im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren des physikalischen Mischens der getrennten Bestandteile zu einer Pulvermischung, oder durch Zugabe einer miteinander verschmolzenen und zerkleinerten Schmiermittelzusammensetzung. Die Flussrate erhöht sich und die Rohdichte wird erhöht. Des Weiteren wird ein gleichmäßigeres Anfüllen festgestellt, von welchem man erwartet, dass es zu einer gleichmäßigeren Dichteverteilung in einem komplexen Pressteil führt, im Vergleich mit der Mischung hergestellt mit herkömmlichen Schmiermitteln enthaltend EBS oder einige andere kohäsive Schmiermittel als ein Hauptbestandteil.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schmiermittelkombination umfassend die Schritte: Auswählen eines ersten Schmiermittelpulvers gewählt aus der Gruppe bestehend aus Fettsäure-Bisamiden und Fettsäure-Monoamiden und eines zweiten Schmiermittelpulvers gewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallseifen, Mischen der Schmiermittelpulver, und Unterwerfen der Mischungsbedingungen, dass die Teilchen des zweiten Schmiermittels an den Teilchen des ersten Schmiermittels haften, um eine Schmiermittelkombination aus aggregierten Teilchen zu bilden, mit einem Kern aus dem ersten Schmiermittel, wobei die Oberfläche des Kerns mit Teilchen des zweiten Schmiermittels beschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedingungen, bei welchen die Schmiermittelteilchen aneinander haften, das Erwärmen der Teilchen des ersten und/oder zweiten Schmiermittels bei einer Temperatur und über einen Zeitraum umfasst, welche ausreichend sind, dass eine physikalische Bindung zwischen den Teilchen des ersten und zweiten Schmiermittels erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des ersten und zweiten Schmiermittels im Wesentlichen kugelig sind
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Schmiermittel eine mittlere Teilchengröße von wenigstens 15 μm und das zweite Schmiermittel eine mittlere Teilchengröße von höchstens 6 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Schmiermittel ungefähr 60 bis 90 Gew.-% der Schmiermittelkombination bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schmiermittel eine feste Mischung aus zwei oder mehreren Schmiermitteln umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schmiermittel Ethylen-Bis-Palmitinamid, Ethylen-Bis-Stearamid, Ethylen-Bis-Arachinamid, Ethylen-Bis-Behenamid, Hexylen-Bis-Palmitinamid, Hexylen-Bis-Stearamid, Hexylen-Bis-Arachinamid, Hexylen-Bis-Behenamid, Ethylen-Bis-12-Hydroxystearamid, Distearyldipamid, Palmitamid, Stearamid, Arachinamid, Behenamid, Oleiamid oder eine Kombination dieser ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schmiermittel Zinkstearat oder Lithiumstearat ist.
Schmiermittelzusammensetzung aus aggregierten Schmiermittelteilchen, wobei die Kombination einen Kern aus einem ersten Schmiermittel aufweist, wobei die Oberfläche des Kerns mit Teilchen eines zweiten Schmiermittels beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schmiermittel aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus Fettsäurebisamiden und Fettsäuremonoamiden und das zweite Schmiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Metallseifen.