DE69819204T2

DE69819204T2 - Schmiermittel für metallurgische pulverzusammensetzungen

Info

Publication number: DE69819204T2
Application number: DE69819204T
Authority: DE
Inventors: Helge STORSTRÖM; Hilmar Vidarsson
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: US6375709B1; KR100566070B1; ATE252432T1; WO1999028067A1; EP1042089B1; BR9814724A; RU2216432C2; EP1042089A1; CA2305187A1; CN1279630A; DE69819204D1; CN1101736C; SE9704494D0; TW495549B; JP2001524605A; AU1517099A; KR20010052113A; ES2205585T3

Description

Die Erfindung betrifft Metallpulverzusammensetzungen enthaltend ein Schmiermittel und insbesondere metallurgische Pulverzusammensetzungen auf Eisenbasis. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Sintererzeugnissen unter Verwendung des Schmiermittels, wie auch die Verwendung des Schmiermittels in einer Metallpulverzusammensetzung bei der Warmverdichtung. Unter Verwendung des Schmiermittels gemäß der Erfindung kann eine hohe Rohfestigkeit erzielt werden.
In der Industrie verbreitet sich die Verwendung von Metallerzeugnissen, welche durch Verdichtung und Sintern von Metallpulverzusammensetzungen hergestellt werden, zunehmend. Eine Anzahl von unterschiedlichen Erzeugnissen mit sich unterscheidender Gestalt und Dicke werden erzeugt, und die Qualitätsanforderungen, die an diese Erzeugnisse gestellt werden sind, dass die hergestellten Metallerzeugnisse eine hohe Dichte wie auch hohe Festigkeit aufweisen.
Bei der Metallverdichtung werden unterschiedliche Standard-Temperaturbereiche verwendet. Sowohl Kaltpressen als auch Warmpressen erfordern die Verwendung eines Schmiermittels.
Die Verdichtung bei Temperaturen oberhalb der Raumtemperatur weist deutliche Vorteile auf und führt zu einem Erzeugnis mit höherer Dichte und höherer Festigkeit, als wenn die Verdichtung bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt wird.
Die meisten der Schmiermittel, welche bei der Kaltverdichtung verwendet werden, können nicht bei der Hochtemperaturverdichtung verwendet werden, da sie nur innerhalb eines begrenzten Temperaturbereiches wirksam zu sein scheinen. Ein ineffektives Schmiermittel erhöht den Verschleiß des Verdichtungswerkzeuges beträchtlich.
Das Maß des Verschleißes des Werkzeuges wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie die Härte des Materials des Werkzeuges, den ausgeübten Druck und die Reibung zwischen dem Pressling und der Wand des Werkzeuges, wenn der Pressling aus gestoßen wird. Der letztere Faktor ist stark mit dem verwendeten Schmiermittel verbunden.
Die Ausstoßkraft ist die Kraft, die notwendig ist, um den Presskörper aus dem Werkzeug auszustoßen. Da eine hohe Ausstoßkraft nicht nur den Verschleiß des Presswerkzeuges erhöht, sondern auch den Presskörper zerstören kann, sollte diese Kraft vorzugsweise reduziert werden.
Die Verwendung eines Schmiermittels kann jedoch Probleme bei der Verdichtung erzeugen, und daher ist es wichtig, dass das Schmiermittel für die Art der durchgeführten Verdichtung gut geeignet ist.
Um geeignet eingesetzt zu werden, sollte das Schmiermittel aus der Porenstruktur der Pulverzusammensetzung während des Verdichtungsverfahrens herausgedrängt werden und in den Zwischenraum zwischen dem Presskörper und dem Werkzeug hinein, wodurch die Wände des Verdichtungswerkzeuges geschmiert werden. Durch diese Schmierung der Wände des Verdichtungswerkzeuges wird die Ausstoßkraft verringert.
Ein weiterer Grund, warum das Schmiermittel aus dem Presskörper heraustreten soll ist, dass dieses sonst nach dem Sintern in dem Presskörper Poren bilden würde. Es ist bekannt, dass große Poren eine negative Wirkung auf die dynamischen Festigkeitseigenschaften des Erzeugnisses ausüben.
Eine Aufgabe des neuen Schmiermittels gemäß der vorliegenden Erfindung ist, es zu ermöglichen, verdichtete Erzeugnisse mit hoher Bruchfestigkeit, hoher Rohdichte herzustellen, wie auch gesinterte Erzeugnisse mit hoher Sinterdichte und niedriger Ausstoßkraft aus dem Schmiermittel in Kombination mit Metallpulvern. Da der Presskörper beträchtlichen Spannungen unterworfen wird, wenn er aus dem Verdichtungswerkzeug ausgestoßen wird, und da das Erzeugnis seine Integrität während der Handhabung zwischen der Verdichtung und dem Sintern beibehalten muss, ohne zu reißen oder auf andere Weise beschädigt zu werden, ist es wichtig, dass er eine hohe Rohfestigkeit aufweist. Dies ist besonders wichtig in dem Fall von dünnen Teilen.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Schmiermittel enthält ein Polyester, welches ein Polymer ist, gebildet z. B. durch die Ester-Kondensierung von difunktionellen Alkoholen und Säuren. Polyester sind als Harze und Thermoplasten erhältlich und werden in aliphatische und aromatische Polyester unterteilt, hauptsächlich abhängig von der Art des verwendeten sauren Monomers. Aromatische Polyester sind normalerweise nicht hygroskopisch, aliphatische Polyester sind jedoch dafür bekannt, gegenüber Feuchtigkeit empfindlicher zu sein. Polyester können weiter in gesättigte und ungesättigte Polyester klassifiziert werden, abhängig davon, ob Doppelbindungen in dem Polymer vorhanden sind. Während gesättigte Polyester relativ unreaktiv sind, sind ungesättigte Polyester als Harze durch Copolymerisation mit anderen Monomeren, wie Styrolen, Diallylphtalat etc. geeignet.
Das Polyester gemäß der Erfindung ist ein gesättigtes Polyester, aromatisch oder teilweise aromatisch, welches ein zahlengemitteltes Molekulargewicht M_n von 5.000-50.000 aufweist, und 50–100 Gew.-%, vorzugsweise 60–100 Gew.-% und besonders bevorzugt 70–100 Gew.-% des Schmiermittels besteht aus diesem Polyester. Neben dem Polyester kann das Schmiermittel gemäß der Erfindung andere PM-Schmiermittel enthalten, wie Zinkstearat, Lithiumstearat und/oder Schmiermittel vom Amidwachstyp, wie Ethylenbis-Stearamid. Ein bevorzugtes Schmiermittel gemäß der Erfindung enthält 0 –30 Gew.-% Zinkstearat, 0–30 Gew.% Lithiumstearat und/oder 0–30 Gew.% eines Schmiermittels vom Amidwachstyp, wobei der Rest Polyester ist.
Das Polyester ist vorzugsweise ein Polymer oder ein Copolymer von Alkylenphthalat, wobei Alkylenphthalat ein C₂-C₈-Alkylenphthalat ist, wobei das Polyester vorzugsweise einen Schmelzpunktpeak von oberhalb 100°C aufweist.
Am bevorzugtesten ist das Polyester ein Poly(alkylenterephthalat) oder ein Poly(alkylenisophthalat).
Die Erfindung betrifft eine Metallpulverzusammensetzung, enthaltend ein Metallpulver und ein Schmiermittel, wie in Anspruch 1 angeführt. Diese Metallpulverzusammensetzung kann für die Warmverdichtung verwendet werden.
Die Metallpulverzusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst 0,1 bis 2 Gew.-% des Schmiermittels gemäß der Erfindung, 0,005 bis 3 Gew.-% Bindemittel, 0 bis 0,5 Gew.-% Weichmacher, 0,01 bis 3 Gew.-% Graphit, 0 bis 2 Gew.-% Thermoplast, 0 bis 15 Gew.% , vorzugsweise 0 bis 7 Gew.-% Legierungselemente, 0 bis 2 Gew.-% Verarbeitungshilfen und 0 bis 2 Gew.-% harter Phasen, wobei der Rest Eisenpulver ist, gewählt aus der Gruppe bestehend im wesentlichen aus reinem Eisenpulver, teilweise vorlegierten Eisenpulvern und vorlegierten Eisenpulvern.
Das Schmiermittel bildet vorzugsweise 0,2 bis 0,8 Gew. % der Metallpulverzusammensetzung gemäß der Erfindung, bezogen auf die Gesamtmenge der Metallpulverzusammensetzung. Die Möglichkeit, das Schmiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung in kleinen Mengen zu verwenden, ist ein besonders vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, wobei es ermöglicht, dass Presskörper und gesinterte Erzeugnisse mit hoher Dichte kosteneffektiv erzielt werden können.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, umschließt der Ausdruck "teilweise aromatisch" ein Polyester, wobei einige der aromatischen Dikarbonsäuren durch aliphatische Dikarbonsäuren ersetzt wurden, um die Temperaturabhängigkeit/das Schmelzverhalten (Rheologie) des resultierenden Polymers zu modifizieren.
Wie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt der Ausdruck "Metallpulver" Pulver auf Eisenbasis ein, die im wesentlichen aus Eisenpulvern bestehen, die nicht mehr als ungefähr 1,0 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als ungefähr 0,5 Gew.-% normale Verunreinigungen enthalten. Beispiele solcher stark verdichtbarer Eisenpulver mit metallurgischer Güte sind die ANCORSTEEL 1000-Reihen aus reinen Eisenpulvern, z. B. 1000, 1000B und 1000C, erhältlich von Hoeganaes Corporation, Riverton, New Jersey und ähnliche Pulver erhältlich von Höganäs AB, Schweden. Zum Beispiel weist das ANCORSTEEL 1000 Eisenpulver ein typisches Siebprofil auf, wobei ungefähr 22 Gew.-% der Teilchen unter einem Nr. 325 Sieb (U.S.-Reihe) und ungefähr 10 Gew.-% der Teilchen größer als ein Nr. 100 Sieb sind, wobei sich der Rest zwischen diesen beiden Größen befindet (Spurenmengen größer als ein Nr. 60 Sieb). Das ANCORSTEEL 1000 Pulver weist eine scheinbare Dichte von ungefähr 2,85 – 3,00 g/cm³ auf, typischerweise 2,94 g/cm³. Andere Eisenpulver, die in der Erfindung verwen det werden können, sind typischerweise Eisenschwammpulver, wie ein Hoeganaes' ANCOR MH-100 Pulver.
Die Pulver auf Eisenbasis umfassen auch Eisen, vorzugsweise im wesentlichen reines Eisen, das vorlegiert, diffusionsgebunden oder mit einem oder mehreren Legierungselementen vermischt wurde. Beispiele von Legierungselementen, die mit den Eisenteilchen verbunden werden können, umfassen Molybdän; Mangan; Magnesium; Chrom; Silizium; Kupfer; Nickel; Gold; Vanadium; Columbium (Niob); Graphit; Phosphor; Aluminium; binäre Legierungen von Kupfer und Zinn oder Phosphor; Ferrolegierungen von Mangan, Chrom, Bor, Phosphor oder Silizium; niedrig schmelzende tertiäre und quaternäre Eutectica von Kohlenstoff und zwei oder drei von Eisen, Vanadium, Mangan, Chrom und Molybdän; Karbide von Wolfram oder Silizium; Siliziumnitrit; Aluminiumoxid; und Sulfide von Mangan oder Molybdän und deren Kombinationen; sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Typischerweise werden die Legierungselemente im allgemeinen mit dem Eisenpulver kombiniert, vorzugsweise dem reinen Eisenpulver in einer Menge von bis zu ungefähr 7 Gew.-%, bevorzugter zwischen ungefähr 0,25 bis ungefähr 5 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 0,25 bis ungefähr 4 Gew.-%, obwohl in bestimmten spezialisierten Verwendungen, wie bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, die Legierungselemente in einer Menge von ungefähr 7 bis ungefähr 15 Gew.-% des Eisenpulvers und der Legierungselemente vorhanden sind.
Die Pulver auf Eisenbasis können daher Eisenteilchen enthalten, die in einer Mischung mit den Legierungselementen, die in der Form von Legierungspulvern vorliegen. Der Ausdruck "Legierungspulver" wie hier verwendet, betrifft jedes bestimmte oder teilchenförmige Element oder Verbindung, wie zuvor erwähnt, welche physikalisch mit den Eisenteilchen vermischt ist, unabhängig davon, ob das Element oder die Verbindung sich mit dem Eisenpulver letztendlich legiert. Die Legierungselement-Teilchen weisen im allgemeinen eine gewichtsgemittelte Teilchengröße unterhalb von ungefähr 100 μm, vorzugsweise unter ungefähr 75 μm, besonders bevorzugt unter ungefähr 30 μm auf. Bindemittel werden vorzugsweise in einer Mischung mit den Eisenteilchen und den Legierungspulvern verwendet, um das Stauben und die Trennung des Legierungspulvers von dem Eisenpulver zu verhindern. Beispiele herkömmlich verwendeter Bindemittel umfassen die, die in den U.S.-Patenten Nr. 4 483 905 und 4 676 831, beide von Engström, und in dem U.S.-Patent Nr. 4 834 800 von Semel angeführt sind.
Das Pulver auf Eisenbasis kann des weiteren in der Form von Eisen vorliegen, das mit einem oder mehreren der Legierungselemente vorlegiert wurde. Die vorlegierten Pulver können hergestellt werden, indem eine Schmelze von Eisen und den gewünschten Legierungselementen hergestellt wird, und die Schmelze anschließend zerstäubt wird, wodurch zerstäubte Tröpfchen das Pulver bei der Verfestigung bilden. Die Menge des Legierungselementes oder der Elemente, welche eingeführt werden, hängt von den gewünschten Eigenschaften des fertigen Metallteils ab. Vorlegierte Eisenpulver, die solche Legierungselemente einschließen, sind von Hoeganaes Corp. als Teil dessen ANCORSTEEL-Reihe von Pulvern erhältlich.
Ein weiteres Beispiel von Pulvern auf Eisenbasis ist diffusionsgebundenes Pulver auf Eisenbasis, welches Teilchen aus im wesentlichen reinem Eisen enthält, wobei die oben genannten Legierungselemente an ihrer Außenoberfläche diffusionsgebunden sind. Solche kommerziell erhältlichen Pulver umfassen DISTALOY 4600A diffusionsgebundenes Pulver, erhältlich von Hoeganaes Corporation, welches ungefähr 1,8% Nickel, ungefähr 0,55% Molybdän und ungefähr 1,6% Kupfer enthält, und DISTALOY 4800A diffusionsgebundenes Pulver, erhältlich von Hoeganaes Corporation, welches ungefähr 4,05% Nickel, ungefähr 0,55% Molybdän und ungefähr 1,6% Kupfer enthält. Pulver mit ähnlicher Güte sind auch von Höganäs AB, Schweden erhältlich.
Ein bevorzugtes Pulver auf Eisenbasis besteht aus Eisen, welches mit Molybdän (Mo) vorlegiert wurde. Das Pulver wird durch das Zerstäuben einer Schmelze erzeugt, welche im wesentlichen aus reinem Eisen besteht, welches zwischen ungefähr 0,5 % bis ungefähr 2,5 Gew.-% Mo enthält. Ein Beispiel eines solchen Pulvers ist Hoeganaes ANCORSTEEL 85HP Stahlpulver, welches ungefähr 0,85 Gew.-% Mo, weniger als insgesamt ungefähr 0,4 Gew.-% solcher anderer Materialien enthält, wie Mangan, Chrom, Silizium, Kupfer, Nickel, Molybdän oder Aluminium, und weniger als ungefähr 0,02 Gew.% Kohlenstoff. Ein anderes Beispiel solch eines Pulvers ist Hoeganaes ANCORSTEEL 4600V Stahlpulver, welches ungefähr 0,5–0,6 Gew.-% Molybdän, ungefähr 1,5–2,0 Gew.-% Nickel und ungefähr 0,1–0,25 Gew.-% Mangan enthält und weniger als ungefähr 0,02 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Ein anderes vorlegiertes Pulver auf Eisenbasis, das in der Erfindung verwendet werden kann, ist in dem U.S. Patent Nr. 5 108 93 von Causton offenbart, mit dem Titel "Steel Powder Admixture Having Distinct Pre-alloyed Powder of Iron Alloys". Diese Stahlpulverzusammensetzung ist eine Mischung zweier unterschiedlicher vorlegierter Pulver auf Eisenbasis, wobei eines eine Vorlegierung von Eisen mit 0,5–2,5 Gew.-% Molybdän ist, und das andere eine Vorlegierung von Eisen mit Kohlenstoff und mit wenigstens ungefähr 25 Gew.-% eines Übergangselementbestandteiles, wobei dieser Bestandteil wenigstens 1 Element umfasst, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom, Mangan, Vanadium und Columbium. Die Mischung liegt in Verhältnissen vor, die wenigstens ungefähr 0,05 Gew.-% des Übergangselementbestandteiles zu der Stahlpulverzusammensetzung bereitstellt. Ein Beispiel solch eines Pulvers ist als Hoeganaes ANCORSTEEL 41 AB Stahlpulver erhältlich, welches ungefähr 0,85 Gew.-% Molybdän, ungefähr 1 Gew.-% Nickel, ungefähr 1 Gew.-% Nickel, ungefähr 0,9 Gew.-% Mangan, ungefähr 0,75 Gew.-% Chrom und ungefähr 0,5 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Andere Pulver auf Eisenbasis, die bei der Ausübung der Erfindung geeignet sind, sind ferromagnetische Pulver. Ein Beispiel ist eine Zusammensetzung eines im wesentlichen reinen Eisenpulvers in Mischung mit Eisenpulvern, die mit geringen Mengen an Phosphor vorlegiert wurden.
Weitere Pulver auf Eisenbasis, die bei der Ausübung der Erfindung geeignet sind, sind Eisenteilchen, die mit einem thermoplastischen Material beschichtet sind, um eine im wesentlichen gleichförmige Beschichtung des thermoplastischen Materials bereitzustellen, wie in dem U.S. Patent Nr. 5 198 137 von Rutz et al. beschrieben. Vorzugsweise weist jedes Teilchen eine im wesentlichen gleichförmige, umgebende Beschichtung um das Eisenkernteilchen auf. Ausreichend thermoplastisches Material ist vorhanden, um eine Beschichtung von ungefähr 0,001–15 Gew.-% der Eisenteilchen, wenn beschichtet, bereitzustellen. Im allgemeinen ist das thermoplastische Material in einer Menge von wenigstens 0,2 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,4–2 Gew.-% und besonders bevorzugt von ungefähr 0,6–0,9 Gew.-% der beschichteten Teilchen vorhanden. Bevorzugt sind Thermoplaste wie Polyethersulfone, Polyetherimide, Polycarbonate oder Polyphenylether, mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht in dem Bereich von ungefähr 10.000 bis 50.000. Andere polymerbeschichtete Pulver auf Eisenbasis umfassen solche, die eine innere Beschichtung von Eisenphosphat enthalten, wie in dem U.S. Patent Nr. 5 063 011 von Rutz et al. beschrieben.
Die Teilchen aus reinem Eisen, vorlegiertem Eisen, diffusionsgebundenen Eisen oder mit Thermoplast-beschichtetem Eisen können eine gewichtsgemittelte Teilchengröße aufweisen, so klein wie 1 μm oder darunter, oder bis zu ungefähr 850–1.000 μm, im allgemeinen weisen die Teilchen jedoch eine gewichtsgemittelte Teilchengröße in dem Bereich von ungefähr 10–500 μm auf. Bevorzugt sind solche mit einer maximalen zahlengemittelten Teilchengröße von bis zu ungefähr 350 μm, vorzugsweise 50–150 μm.
Abgesehen von dem Metallpulver und dem Schmiermittel gemäß der Erfindung, kann die Metallpulverzusammensetzung, wie oben erwähnt, ein oder mehrere Zusatzstoffe enthalten, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bindemitteln, Verarbeitungshilfen und harten Phasen.
Das Bindemittel kann zu der Pulverzusammensetzung gemäß des Verfahrens zugegeben werden, welches in dem US-P-4 834 800 beschrieben ist, welches hier durch Bezugnahme eingeführt wird, und wird in die Metallpulverzusammensetzungen in Mengen von ungefähr 0,005–3 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 0,05–1,5 Gew.-% und besonders bevorzugt ungefähr 0,1–1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Eisens und der Legierungspulver gemischt werden, und kann z. B. aus Celluloseesterharzen, Hydroxyalkylcelluloseharzen mit 1–4 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, oder thermoplastischen Phenolharzen bestehen.
Die in dem US-Patent Nr. 5,368,630 beschriebenen Bindemittel sind Polymerharzmaterialien, die in Wasser entweder löslich oder unlöslich sind, obwohl es bevorzugt ist, dass das Harz in Wasser unlöslich ist. Vorzugsweise weist das Harz, entweder in seinem natürlichen flüssigen Zustand oder aufgelöst in einem Lösungsmittel, die Eigenschaft auf, um das Pulver auf Eisenbasis und die Legierungspulver herum eine Schicht zu bilden. Es ist wichtig, dass das Bindemittelharz so ausgewählt wird, dass es das Verdichtungsverfahren bei erhöhter Temperatur nicht nachteilig beeinflusst. Bevorzugte Bindemittel umfassen Celluloseesterharze, wie Celluloseacetate mit einem zahlengemittelten Molekulargewicht (MW) von ungefähr 30.000–70.000, Celluloseacetatbutyrate mit einem MW von ungefähr 10.000–100.000, Celluloseacetatpropionate mit einem MW von un gefähr 10.000–100.000 und deren Mischungen. Es sind auch thermoplastische Phenolharze mit einem hohen Molekulargewicht mit einem MW zwischen ungefähr 10.000– 80.000, und Hydroxyalkylvelluloseharze, bei denen der Alkylanteil 1–4 Kohlenstoffatome aufweist, mit einem MW von ungefähr 50.000–1.200.000 und deren Mischungen geeignet. Ein anderes bevorzugtes Bindemittel ist Polyvinylpyrolidon, das vorzugsweise in Kombination mit Weichmachern wie PEG, Glycerol und dessen Ester, Celluloseester, Acrylsulfonamid-Formaldehydharze und Alkohole mit langen Ketten, geeignet, wie in dem US-Patent 5 432 223 offenbart.
Die Verarbeitungshilfen, die in der Metallpulverzusammensetzung verwendet werden, können aus Talg, Forsterit, Magnesiumsulfid, Schwefel, Molybdändisulfid, Bornitrit, Tellur, Selen, Bariumdifluorid und Kalziumdifluorid bestehen, welche entweder getrennt voneinander oder in Kombination verwendet werden können.
Die in der Metallpulverzusammensetzung verwendeten harten Phasen bestehen aus Karbiden von Wolfram, Vanadium, Titan, Niob, Chrom, Molybdän, Tantal und Zirkon, Nitriden von Aluminium, Titan, Vanadium, Molybdän und Chrom, Al₂O₃, B₄C und verschiedenen keramischen Materialien.
Durch Hilfe herkömmlicher Verfahren werden das Metallpulver und die Schmiermittelteilchen zu einer im wesentlichen homogenen Pulverzusammensetzung vermischt.
Vorzugsweise wird das Schmiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung zu der Metallpulverzusammensetzung in der Form fester Teilchen zugegeben. Die mittlere Teilchengröße des Schmiermittels kann variieren, liegt jedoch vorzugsweise in dem Bereich von 3–100 μm.
Ist die Teilchengröße zu groß, wird es für das Schmiermittel schwierig, die Porenstruktur der Metallpulverzusammensetzung während der Verdichtung zu verlassen und das Schmiermittel kann dann nach dem Sintern zu großen Poren führen, was zu einem Presskörper mit einer verschlechterten Festigkeitseigenschaft führt.
Wenn das Schmiermittel zusätzlich zu dem Polyester Zinkstearat, Lithiumstearat und/oder Schmiermittel des Amid-Wachstyps enthält, können die Bestandteile der Schmiermittelzusammensetzung getrennt voneinander oder als ein einphasiges Schmiermittel zugegeben werden. Wie in der Beschreibung verwendet, umschließt der Ausdruck "ein einphasiges Schmiermittel" eine Schmiermittelzusammensetzung, bei welcher die unterschiedlichen Bestandteile miteinander verschmolzen wurden, um gleichförmige Schmiermittelteilchen zu erzeugen, wobei im wesentlichen alle Bestandteile in jedem Schmiermittelteilchen vorhanden sind.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Sintererzeugnissen, wobei die folgenden Schritte umfasst sind:

a) Mischen einer Metallpulverzusammensetzung, eines Schmiermittels gemäß der Erfindung und möglicher Zusatzstoffe zu einer Metallpulverzusammensetzung,
b) Vorwärmen der Metallpulverzusammensetzung auf eine vorbestimmte Temperatur,
c) Verdichten der erwärmten Metallpulverzusammensetzung in einem vorgewärmten Werkzeug zu einem verdichteten Körper, und
d) Sintern des verdichteten Körpers.

Die Metallpulverzusammensetzung in Schritt b) wird vorzugsweise auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktpeaks des Polyesters erwärmt, und das Werkzeug wird vor dem Schritt c) vorzugsweise auf eine Temperatur des Schmelzpunktpeaks des Polyesters oder darunter vorgewärmt. Besonders bevorzugt wird die Metallpulverzusammensetzung auf eine Temperatur von 90–130°C vorgewärmt und das Werkzeug wird auf eine Temperatur von 110–140°C vorgewärmt. Der verdichtete Körper wird vorzugsweise für 15–60 Minuten bei einer Temperatur von 1.100–1.250°C gesintert.
Bei der Warmverdichtung gemäß der Erfindung wird die Metallpulverzusammensetzung wie oben angegeben, vorzugsweise vorgewärmt, bevor sie dem vorgewärmten Verdichtungswerkzeug zugeführt wird. Bei diesem Vorwärmen der Metallpulverzusammensetzung ist es wichtig, dass das Schmiermittel nicht erweicht oder schmilzt und durch die Pulverzusammensetzung schwierig in der Handhabung wird, wenn diese in das Verdichtungswerkzeug eingeführt wird und was zu einem verdichteten Körper führen würde, mit einer nicht gleichförmigen Dichte und einer schlechten Reproduzierbarkeit des Gewichts der Teile.
Einige Untersuchungen werden nun angeführt, um darzustellen, dass die Erfindung wirkungsvoll ist und zu Produkten mit hoher Rohdichte wie auch hoher Rohfestigkeit führt.
Test 1
Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt eine Anzahl von Schmiermitteln unter Angabe der Pulvertemperatur (°C), Werkzeugtemperatur (°C), Verdichtungsdruck (Comp. Press, MPa), Rohdichte (GD, g/cm²) und Ausstoßkraft (Ej. F, N/mm²).
Die Metallpulverzusammensetzungen enthielten die folgenden Bestandteile:
Distaloy^®AE, hergestellt von Höganäs AB
0,3 Gew.-% Graphit
0,6 Gew.-% Schmiermittel gemäß Tabelle 1.
Die Metallpulverzusammensetzung wurde in einem Lödige-Mischer vermischt.
Tabelle 1 Schmiermittel bei der Warmverdichtung
WCE 34 ist ein Schmiermittel gemäß der Erfindung und weist ein zahlengemitteltes Molekulargewicht M_n von ungefähr 10.000–20.000 auf, ist ein Polyester, teilweise aromatisch mit Terephtalansäure als die häufigst dargestellte Säure, einen Schmelzpunkt-Peak in dem Bereich von 150 bis 160°C, Schmelzviskosität von 700 Ps (160°C, Beladung 2,16 kg, Verfahren ISO 1133), und einem Tg von 10°C.
WCS 4 ist ein Schmiermittel gemäß der Erfindung und weist ein zahlengemitteltes Molekulargewicht Mn von 20.000 auf und ist ein Poly(Hexylenterephtalat).
WCS 4 + H-Wachs ist ein Schmiermittel gemäß der Erfindung und ist eine Mischung aus 75 Gew.-% WCS 4, wie oben, und 25 Gew.-% H-Wachs, welches ein Ethylen-bis-Stearamidwachs ist.
WCS 5 ist ein Schmiermittel gemäß der Erfindung und weist ein zahlengemitteltes Molekulargewicht M_n von 40.000 auf und ist ein Poly(Hexylenterephtalat).
Schmiermittel X1 ist ein Schmiermittel gemäß PCT/SE95/00636, welches im wesentlichen aus einem Oligomer vom Amidtyp besteht, mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht, Mw, von 18.000, und dieses Schmiermittel liegt außerhalb des Umfangs der Erfindung.
Die Rohdichte wurde gemäß ISO 3927 1985 gemessen, und die Ausstoßkraft wurde gemäß dem Höganäs-Verfahren 404 gemessen.
Aus Tabelle 1 wird deutlich, dass höhere Rohdichten mit den Schmiermitteln gemäß der Erfindung als mit dem Schmiermittel X1 erzielt werden können, während die Ausstoßkräfte variieren und in einigen Fällen niedriger sind als mit dem Schmiermittel X1 und in einigen Fällen höher, sie sind jedoch alle innerhalb eines akzeptierbaren Bereichs.
Im Vergleich zu dem Material, welches X1 enthält, zeigen die Materialien, welche mit Schmiermitteln gemäß der Erfindung vermischt sind, vergleichbare Rohdichten (GD) und Ausstoßkräfte (Ej. F) nach der Verdichtung. Die Schmiermittel gemäß der Erfindung bilden daher vergleichbar gute Schmiermittel wie das Schmiermittel X1.

Claims

Pulverzusammensetzung, enthaltend ein Metallpulver und ein Schmiermittel in der Form eines Pulver, dadurch gekennzeichnet, dass 50 bis 100 Gew.-% des Schmiermittels ein aromatisches oder teilweise aromatisches Polyester sind, mit einem zahlengemitteltem Molekulargewicht M_n von 5 000 bis 50 000, vorrausgesetzt dass die Zusammensetzung keine Fluorharze enthält.
Pulverzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Pulverzusammensetzung 0,1 bis 2 Gew.-% Schmiermittel enthält, bei welchem das Polyester 50 bis 100 Gew.-% ausmacht.
Pulverzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel 0–30 Gew.-% Zinkstearat, 0–30 Gew.-% Lithiumstearat und/oder 0–30 Gew.-% eines Schmiermittels vom Amidwachstyp enthält, wobei der Rest Polyester ist.
Pulverzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Polyester ein Polymer oder ein Copolymer von Alkylenphthalat ist, wobei das Alkylenphthalat ein C₂-C₈-Alkylenphthalat ist.
Pulverzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polyester einen Schmelzpunktpeak von oberhalb 100°C aufweist.
Eisenpulverzusammensetzung, umfassend: 0,1 bis 2 Gew-% eines Schmiermittels, umfassend 50 bis 100 Gew.% eines aromatischen oder teilweise aromatischen Polyesters, welches ein zahlengemitteltes Molekulargewicht M_n von 5 000 bis 50 000 aufweist; 0,01–3 Gew.-% Graphit; 0,005–3 Gew.-% Bindemittel, 0–0,5 Gew.-% Weichmacher; 0–2 Gew.-% Thermoplast; 0–15 Gew.-%, vorzugsweise 0–7 Gew.-%, Legierungselemente; 0–2 Gew.-% Verarbeitungshilfsmittel; und 0–2 Gew.-% harte Phasen; wobei der Rest Eisenpulver ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus im wesentlichen reinen Eisenpulvern, teilweise vorlegierten Eisenpulvern und vorlegierten Eisenpulvern.
Verfahren zur Herstellung von Sintererzeugnissen, umfassend folgende Schritte: a) Mischen einer Pulverzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; b) Vorwärmen der Metallpulverzusammensetzung auf eine vorbestimmte Temperatur; c) Verdichten der erwärmten Metallpulverzusammensetzung zu einem verdichteten Körper in einem vorgewärmten Werkzeug; und d) Sintern des verdichteten Körpers.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Metallpulverzusammensetzung in Schritt b) auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunktpeak des Polyesters vorgewärmt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 7 oder 8, wobei die Metallpulverzusammensetzung auf eine Temperatur von 90–130°C vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Werkzeug vor dem Schritt c) auf eine Temperatur des Schmelzpunktpeaks des Polyesters oder darunter erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Werkzeug auf eine Temperatur von 110 –140°C vorgewärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der verdichtete Körper bei einer Temperatur von 1100–1250°C für 15–60 Minuten gesintert wird.
Verwendung einer Pulverzusammensetzung gemäß der Ansprüche 1 bis 6, zur Warmverdichtung von metallurgischen Bauteilen auf Eisenbasis.