JP2015513612A - 粉末冶金に使用する改良された潤滑剤系 - Google Patents
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Abstract
本発明は、改良された潤滑特性を有する冶金粉末組成物に関する。本発明のこれらの組成物は、少なくとも９０重量％の鉄ベースの冶金粉末；1族または2族金属ステアラート;約８０から１００℃の融点範囲を有する第１のワックス；約８０℃から９０℃の間の融点範囲を有する第２のワックス；incホスフェート；ホウ酸；酢酸；リン酸；およびポリビニルピロリドンを含む。組成物を圧縮する方法、及びこれらの方法を用いて作製された圧縮品もまた記載されている。【選択図】図１
Description
関連出願への相互参照
本出願は、２０１３年２月２４日に出願された米国仮出願番号６１／６０２，７４８の利益を主張し、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全体を援用する。
本出願は、２０１３年２月２４日に出願された米国仮出願番号６１／６０２，７４８の利益を主張し、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全体を援用する。
技術分野
本発明は、改良された潤滑系を含む冶金粉末組成物に関する。これらの冶金粉末組成物は、圧縮部品を形成するために用いることができる。
本発明は、改良された潤滑系を含む冶金粉末組成物に関する。これらの冶金粉末組成物は、圧縮部品を形成するために用いることができる。
背景
有機潤滑剤は、粉末冶金の分野では一般的に金型から圧縮された金属部品を排出し易くするために使用されている。しかし潤滑剤は必要であるが、それらの使用は圧縮された部品の最大到達可能な圧粉密度を下げる。このように、当業者は、圧縮された部品を金型から排出することができるように十分に潤滑するために、圧粉密度と焼結密度を犠牲にしなければならない。圧粉密度を最大化する潤滑剤が依然として必要とされている。
有機潤滑剤は、粉末冶金の分野では一般的に金型から圧縮された金属部品を排出し易くするために使用されている。しかし潤滑剤は必要であるが、それらの使用は圧縮された部品の最大到達可能な圧粉密度を下げる。このように、当業者は、圧縮された部品を金型から排出することができるように十分に潤滑するために、圧粉密度と焼結密度を犠牲にしなければならない。圧粉密度を最大化する潤滑剤が依然として必要とされている。
概要
本発明は、少なくとも９０重量％の鉄ベースの冶金粉末；1族または2族金属ステアラート；約８０℃〜約１００℃の融点範囲を有する第一のワックス;約８０℃〜９０℃の融点範囲を有する第二のワックス;リン酸亜鉛;ホウ酸;酢酸;リン酸;およびポリビニルピロリドンを含む冶金粉末組成物に関する。このような冶金粉末組成物を圧縮する方法、およびその方法によって作製された圧縮物もまた記載されている。
本発明は、少なくとも９０重量％の鉄ベースの冶金粉末；1族または2族金属ステアラート；約８０℃〜約１００℃の融点範囲を有する第一のワックス;約８０℃〜９０℃の融点範囲を有する第二のワックス;リン酸亜鉛;ホウ酸;酢酸;リン酸;およびポリビニルピロリドンを含む冶金粉末組成物に関する。このような冶金粉末組成物を圧縮する方法、およびその方法によって作製された圧縮物もまた記載されている。
例示的実施形態の詳細な説明
本発明は、改良された有機潤滑剤組成物を含む冶金粉末組成物に関する。本発明の組成物を使用することにより、他の有機潤滑剤組成物を用いて製造された部品と比較してより高い圧粉密度を有する圧縮された部品が提供される。
本発明は、改良された有機潤滑剤組成物を含む冶金粉末組成物に関する。本発明の組成物を使用することにより、他の有機潤滑剤組成物を用いて製造された部品と比較してより高い圧粉密度を有する圧縮された部品が提供される。
本発明は、鉄ベースの粉末を含む冶金粉末組成物に関する。本発明の冶金粉末組成物は、好ましくは、少なくとも９０重量％の鉄ベースの冶金粉末を含む。
実質的に純粋な鉄粉末は、約１．０重量％以下、好ましくは約０．５重量％以下の通常の不純物を含む鉄粉末である。このように高度に圧縮可能な冶金グレードの鉄粉末の例は、ニュージャージー州リバートンのヘガネス社から市販されているANCORSTEEL１０００シリーズの純鉄粉末、例えば１０００、１０００Ｂ、１０００Ｃである。例えば、ANCORSTEEL１０００鉄粉末は、粒子の約２２重量％が３２５号ふるい（USシリーズ）未満で、粒子の約１０重量％が１００号ふるいよりも大きく、残りはこれらの二つの大きさの間である（痕跡量が６０号よりも大きい）。ANCORSTEEL１０００粉末は、約２．８５〜３．００ｇ／ｃｍ３、典型的には２．９４ｇ／ｃｍ3の見掛け密度を有する。本発明で用いることができる他の実質的に純粋な鉄粉末は、ヘガネス社のANCOR MH-１００粉末のような典型的なスポンジ状鉄粉末がある。
例示的な予備合金化された鉄ベースの粉末はステンレス鋼粉末である。これらのステンレス鋼粉末は、ANCOR（登録商標）３０３Ｌ、３０４Ｌ、3１６Ｌ、４１０Ｌ、４３０Ｌ、４３４Ｌ、および４０９Ｃｂ粉末のようにヘガネスＡＮＣＯＲ（登録商標）シリーズで、各種のグレードで市販されている。また、鉄ベースの粉末には、粉末冶金法によって作製された工具鋼が含まれる。
他の例示的な鉄ベースの粉末は、例えばモリブデン（Ｍｏ）のような合金元素と予備合金化された、実質的に純粋な鉄粉末である。モリブデンと予備合金化された鉄粉末は、約０．５重量％から約２．５重量％までのＭｏを含有する実質的に純粋な鉄の溶融物を微粒化することにより製造される。このような粉末の例は、ヘガネスANCORSTEEL８５HP鉄粉末であり、これは約０．８５重量％のＭｏ、合計で、約０．４重量％未満の、マンガン、クロム、ケイ素、銅、ニッケル、モリブデン、またはアルミニウム、のような他の物質、および約０．０２重量％未満の炭素を含む。モリブデンを含有する鉄ベースの粉末の他の例は、ANCORSTEEL ７３７粉末（約１．４重量％のＮｉ―約１．２５重量％のＭｏ―約０．４重量％のＭｎを含有する；残部鉄）、ANCORSTEEL ２０００粉末（約０．４６重量％のＮｉ―約０．６１重量％のＭｏ―約０．２５重量％のＭｎを含有する；残部鉄）、ANCORSTEEL ４３００粉末（約１．０重量％のＣｒ―約１．０重量％のＮｉ―約０．８重量％のＭｏ―約０．６重量％のＳｉ―約０．１重量％のＭｎを含有する；残部鉄）、およびANCORSTEEL ４６００Ｖ粉末（約１．８３重量％のＮｉ―約０．５６重量％のＭｏ―約０．１５重量％のＭｎを含有する；残部鉄）である。他の例示的な鉄ベースの粉末は、米国特許出願第10/818782号に開示されており、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全体を援用する。
さらなる予備合金化された鉄ベースの粉末は、米国特許第5,108,493号に開示されており、ここに本明細書の一部を構成するものとしてその全体を援用する。これらの鋼粉末組成物は、2つの異なる予備合金化された鉄ベースの粉末の混合物であり、１つは鉄と０．５〜２．５重量パーセントのモリブデンの合金であり、他方は、炭素および少なくとも約２５重量パーセントの遷移元素成分と鉄の予備合金であり、前記成分はクロム、マンガン、バナジウム、およびコロンビウムからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む。前記混合物は、少なくとも約０．０５重量％の遷移元素成分を鋼粉末組成物に提供する比率にある。そのような粉末の例は、約０．８５重量パーセントのモリブデン、約１重量％のニッケル、約０．９重量％のマンガン、約０．７５重量％のクロム、および約０．５重量％の炭素を含むヘガネス社のANCORSTEEL ４１ＡＢ鋼粉末として市販されている。
鉄ベースの粉末のさらなる例は、外表面に拡散された鋼生成元素などのような１つまたはそれ以上の他の合金元素または金属の層または被膜を有する、実質的に純粋な鉄の粒子である、拡散接合された鉄ベースの粉末である。このような粉末を製造するための典型的なプロセスは、鉄の溶融物を微粒化し、そしてこの微粒化され焼きなましされた粉末と合金化粉末を混合し、そしてこの粉末混合物を炉内で再度焼きなますことである。このような市販の粉末は、約１．８％のニッケル、約０．５５％のモリブデン、および約１．６％の銅を含有する、ヘガネス社製のDISTALOY4600A拡散接合粉末、並びに約４．０５％のニッケル、約０．５５％のモリブデン、および約１．６％の銅を含有するヘガネス社製のDISTALOY4800A拡散接合粉末を含む。
実質的に純粋な鉄、拡散接合された鉄、および予備合金化鉄等の鉄ベースの粉末の粒子は粒子サイズの分布を有する。典型的には、これらの粉末は、粉末試料の少なくとも約９０重量％が４５号ふるい（USシリーズ）を通過し、より好ましくは少なくとも約９０重量％が６０号ふるい（USシリーズ）を通過できるようなものである。これらの粉末は典型的には、粉末の重量の少なくとも約５０％が７０号のふるいを通過し、そして４００号ふるいの上に残る、つまり４００号ふるいよりも大きく、より好ましくは粉末の重量で少なくとも約５０％が７０号のふるいを通過し、そして３２５号のふるい上部に残る、つまり３２５号のふるいより大きい。また、これらの粉末は、典型的には少なくとも約５重量％、より一般的には少なくとも約１０重量％、そして一般的に少なくとも約２５重量％の、３２５号のふるいを通過する粒子を有する。ふるい分析についてのＭＰＩＦ標準０５を参照されたい。
このように、冶金粉末組成物は、１ミクロンほど小さいもしくはそれ以下、または約８５０から１，０００ミクロンまでの重量平均粒径を有することができるが、一般的に粒子は約１０から５００ミクロンの範囲の重量平均粒子径を有するだろう。約３５０ミクロンまでの最大重量平均粒径を有する鉄または予備合金化鉄の粒子が好ましく；より好ましくは、粒子は約２５から１５０ミクロンの範囲の重量平均粒径を有するだろう。好ましい実施形態では、冶金粉末組成物は、１５０ミクロン未満（―１００メッシュ）の典型的な粒径を有し、例えば、粒子の３８％から４８％が４５ミクロン未満（―３２５メッシュ）の粒径を有する粉末を含む。
ベース金属粉末、または少なくともその主要量を構成する前述の鉄ベースの粉末は水で微粒化された粉末であることが好ましい。これらの鉄ベースの粉末は少なくとも２．７５、好ましくは２．７５から４．６、より好ましくは２．８から４．０、および場合によってさらに好ましくは２．８から３．５ｇ／ｃｍ３の見かけ密度を有している。
耐食性冶金粉末組成物は最終圧縮部品の機械的または他の特性を向上させる１つまたはそれ以上の合金化添加剤を組み込んでいる。合金化添加剤は、例えば混合技術、予備合金化技術、または拡散接合技術のような当業者に知られている従来の粉末冶金技術によってベースの鉄粉末と混合される。好ましくは、合金化添加剤は予備合金化技術によって鉄ベースの粉末と組み合わされる、つまり、鉄と所望の合金元素の溶融物を調整し、そして溶融物を微粒化し、それにより、微粒化された小滴が凝固する際に粉末を形成する。
合金化添加剤は圧縮された物品の耐食性、強度、焼入れ性、または他の所望の特性を強化することが粉末冶金業界で公知である。鋼生産元素はこれらの物質の中で最もよく知られている。合金元素の例としては、限定はされないが、クロム、グラファイト（炭素）、モリブデン、銅、ニッケル、硫黄、リン、ケイ素、マンガン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、金、バナジウム、コロンビウム（ニオブ）、又はこれらの組み合わせが含まれる。好ましい合金元素は、例えばクロム、グラファイト、モリブデン、ニッケル、またはこれらの組み合わせなどのような鋼生成合金である。組み込む合金化元素の量は最終金属部品の所望の特性による。このような合金元素を組み込んだ予備合金化鉄粉末は粉末のANCORSTEELラインの一部として、ヘガネス社から市販されている。
粉末冶金技術により提示されるチャレンジは鍛造鋼と粉末冶金プロセス間の直接的な類似性および相関性を排除する。例えば、鍛造鋼組成物とプロセスは、特に、近似成形物の製造、ほとんど必要とされない二次的作業、高い材料利用率、優れた均一性、特有の組成物と構造への利用可能性、および繊細かつ等方性の金属組織を形成する能力を含む、粉末冶金組成物とプロセスに関連する利点を提供しない。
冶金粉末は、炭素、硫黄、酸素および窒素の任意の濃度を含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、高温のマルテンサイトの形成を促進するために、高い濃度の炭素および窒素を要求しえる。特に、窒素濃度は複相微細組織のマルテンサイト相を安定化させる。しかし、炭素、硫黄、酸素、および窒素添加剤は、好ましくは圧縮性および焼結性を向上させるためにできるだけ低く保持される。好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．００１から約０．１重量パーセントの炭素、約０．０から約０．１重量％の硫黄、約０．０から約０．３重量パーセントの酸素、および約０．０から約０．１重量％の窒素、をそれぞれ含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．００１から約０．１重量パーセントの炭素、約０．０から約０．１重量％の硫黄、約０．０から約０．１重量パーセントの酸素、および約０．０重量から約０．１％の窒素を、それぞれ含有する。
同様に、冶金粉末は、任意の濃度のケイ素の添加を含んでいてもよい。しかし、たとえば約０．８５重量％よりも大きいような、高いケイ素濃度は、酸素が少ない粉末を生産するために利用される。典型的には、微粒化に先んじて、溶融物中のケイ素レベルが増加される。ケイ素の添加は圧縮部品に強度を加え、および複相微細組織のフェライト相を安定化させる。好ましくは、冶金粉末組成物は１．５重量％までのケイ素を含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は約０．１から約１．５重量％のケイ素を含有し、またさらにより好ましくは約０．８５から約１．５重量％のケイ素を含有する。
冶金粉末は、任意の濃度のクロムを含有していてもよい。クロムの添加は複相微細組織のフェライト相を安定化させ、耐食性を付与する。一般的には、クロムの添加もまた、強度、焼入れ性、耐食性を付与する。好ましくは、冶金粉末組成物は、約５．０から約３０．０重量％のクロムを含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は、約１０から約３０．０重量％のクロムを含有し、さらにより好ましくは約１０から約２０重量パーセントのクロムを含有する。
冶金粉末は、任意の濃度のニッケルを含有していてもよい。ニッケルは、一般的に、高温マルテンサイトの形成を促進するために使用される。さらに、ニッケルは、靭性、耐衝撃性、および耐食性を向上させる。しかしニッケルの添加は、高濃度では圧縮性を低下させえるが、ニッケルは劇的に圧縮性を低下させることなく適度なレベルで使用してもよい。好ましくは、冶金耐性冶金粉末組成物は、約０．１から約１．５重量％のニッケルを含有し、さらにより好ましくは約１．０から約１．５重量パーセントのニッケルを含有する。
冶金粉末は、任意の濃度のマンガンを含有していてもよい。マンガンの添加は圧縮部品の加工硬化能を向上させ、高温マルテンサイトの形成を促進する。しかし、粉末表面上の多孔質酸化物の形成に寄与するので、マンガンの濃度は、一般的に低レベルに維持されている。この多孔質酸化物は、焼結を阻害する粉末表面上の酸素濃度を増加させる。典型的には、マンガンの添加もまた、粉末の圧縮性を減少させる。好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．５重量％までのマンガンを含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．０１から約０．５重量％のマンガンを含有し、さらに好ましくは約０．１から約０．２５重量パーセントのマンガンを含有する。
冶金粉末は、任意の濃度の銅を含有していてもよい。銅の添加はまた、耐食性を向上させ、同時に固溶強化を供給する。銅添加は、高濃度で圧縮性を低下させることができるが、銅は圧縮性を大幅に低下させることなく、適度なレベルで使用されることができる。銅添加はまた、高温マルテンサイトの形成を促進する。好ましくは、耐食性冶金粉末組成物は、約０．０１から約１．０重量％の銅を含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．１から約０．８重量％の銅を含有し、さらにより好ましくは約０．２５から約０．７５重量％の銅を含有する。
冶金粉末は、任意の濃度のモリブデンを含有していてもよい。モリブデン添加剤は焼入性、高温強度、及び衝撃靭性を向上させ、同時に高温酸化耐性に寄与する。モリブデンはまた、圧縮部品の複相微細組織のフェライト相の安定化にも寄与する。好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．０１から約１．０重量％のモリブデンを含有する。より好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．１から約１．０重量パーセントのモリブデン、好ましくは約０．５から約１．０重量％のモリブデン、そしてさらにより好ましくは約０．８５から約１．０重量％のモリブデンを含有する。
冶金粉末は、任意の濃度の、チタンおよびアルミニウムを含有していてもよい。チタンおよびアルミニウムの添加剤は、それぞれ、複相微細組織のフェライト相を安定化させる。好ましくは、冶金粉末組成物は、約０．２重量％までのチタン、および約０．１重量％までのアルミニウム、をそれぞれ含有する。
冶金粉末は、任意の濃度のリンを含むことができる。リン添加剤は高温マルテンサイトの形成を促進する。好ましくは、耐食性冶金粉末組成物は、約０．１重量％までのリンを含有する。
合金化添加剤は、所望の特性を提供する合金系を形成するように選択される。それぞれの合金元素およびその量の選択は、組成物の物性に著しい損失を起こさないように選択すべきである。例えば、ニッケル、モリブデン、銅などの元素を、圧粉密度を増加させるために比較的小さな割合で添加してもよい。
例えばステンレス鋼のような、冶金粉末は、さまざまな方法で分類することができる。しかし、性質の重要な違いは、処理した後に作製された合金マトリックスの性質によって決定される。合金系は、主にフェライト系、オーステナイト系、およびマルテンサイト系の合金マトリックスに基づいている。
本発明の冶金粉末組成物はさらに、１族金属のステアラート、２族金属のステアラート、またはエチレンビスステアラミドを含有する。「１族」金属とは、周期表の１族に属する金属のことであり、そして例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびセシウムを含む。「２属」金属とは、周期表の２族に属する金属のことであり、そして例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムを含む。
好ましくは、１族金属のステアラート、２族金属のステアラート、またはエチレンビスステアラミドは、冶金粉末組成物の約０．０５重量％から約１．５重量％存在する。好ましい実施形態では、１族金属のステアラート、第２族金属のステアラート、またはエチレンビスステアラミドは、冶金粉末組成物の約０．０８重量％から約１．２重量％存在する。より好ましい実施形態では、１族金属のステアラート、第２族金属のステアラート、またはエチレンビスステアラミドは、冶金粉末組成物の約０．０９重量％から約１．１重量％存在する。最も好ましくは、１族金属のステアラート、第２族金属のステアラート、またはエチレンビスステアラミドは、冶金粉末組成物の約０．１重量％存在する。典型的な1族金属または２族金属のステアラートはリチウムステアラート、カルシウムステアラートを含む。好ましいエチレンビスステアラミドはＡｃｒａｗａｘ（登録商標）（ロンザ社、アレンデール、ＮＪ）である。
本発明の冶金粉末組成物はまた、約８０℃から１００℃の融点範囲を有する第１のワックスを含有する。好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％の第１のワックスを含む。他の実施形態において、本発明の冶金粉末組成物は約０．０３重量％から約０．０７重量％の第１のワックスを含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は約０．０５重量％の第１のワックスを含有する。代表的な第１のワックスは、モンタンワックスである。
本発明の冶金粉末組成物は、さらに、約８０℃から９０℃の融点範囲を有する、第１のワックスとは異なる、第２のワックスを含有する。好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％の第２のワックスを含有する。他の実施形態において、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．０７重量％の第２のワックスを含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％の第２のワックスを含有する。代表的な第２のワックスは、カルナウバワックスである。
本発明の冶金粉末組成物は、さらにリン酸亜鉛、ホウ酸、酢酸、リン酸、およびバインダーを含有する。
好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸亜鉛を含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は約０．０３重量％から約０．０７重量％のリン酸亜鉛を含有する。さらにより好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％のリン酸亜鉛を含む。
好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％のホウ酸を含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．０７重量％のホウ酸を含有する。さらにより好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％のホウ酸を含有する。
好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％の酢酸を含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．０７重量％の酢酸を含有する。さらにより好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％の酢酸を含有する。
好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸を含有する。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．０７重量％のリン酸を含む。さらにより好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％のリン酸を含有する。
例えばクエン酸などの、他の酸を添加することもできる。好ましくは、これらの他の酸は、冶金粉末組成物の重量に基づき、約０．０５重量％存在する。
好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．１重量％のバインダーを含有する。本発明で使用されるバインダーは、粉末の取り扱い中における分離を最小限に抑えるものである。このようなバインダーの好ましい例としては、ポリビニルアルコール、セルロースエステル、およびポリビニルピロリドンがある。例えば、セルロースエステルは、例えばアセトンなどの有機溶媒に可溶であって、フィルム形成特性および焼結時に適切な熱分解特性を持つものを含む。このようなセルロースエステルは、イーストマン・コダックから市販されているような、写真フィルムの製造に典型的に使用されている。より好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０３重量％から約０．０７重量％のバインダーを含む。さらにより好ましくは、本発明の冶金粉末組成物は、約０．０５重量％のバインダーを含む。
特に好ましい本発明の冶金粉末組成物は、少なくとも９０重量％の鉄ベースの冶金粉末に加えて、約０．１重量％の１族金属ステアラート、２族金属ステアラート、またはエチレンビスステアラミド、好ましくはリチウムステアラート、またはエチレンビスステアラミド；約０．０５重量％の第１のワックス、好ましくはモンタンワックス；約０．０５重量％の第２のワックス、好ましくはカルナウバワックス；約０．０５重量％のリン酸亜鉛；約０．０３重量％から約０．１重量％のホウ酸；約０．０３重量％から約０．１重量％の酢酸；約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸；および約０．０３重量％から約０．１重量％のポリビニルアルコール、セルロースエステル、またはポリビニルピロリドンを含む。
本発明の範囲内で、冶金粉末組成物の成分は、一緒に添加させ、組み合わせ、および/または任意の順序で接着させることができる。例えば、第１および第２のワックスは、冶金粉末組成物に接着させることができる、または冶金粉末組成物の初期接着後に添加することができる。
本発明の冶金粉末組成物は、例えば、従来の慣行を使用したビレット、バー、ロッド、ワイヤ、帯板、プレート、またはシートなどのような、当業者に知られている多様の製品形状に形成されることができる。
記載されている冶金粉末組成物を使用して作製された圧縮品は、当業者に知られている慣用技術を使用して、記載されている冶金粉末組成物を圧縮することによって作製される。一般的に、冶金粉末組成物は平方インチあたり約５トン（ｔｓｉ）以上で圧縮される。好ましくは、冶金粉末組成物は、約５から約２００ｔｓｉ、より好ましくは約３０から約６０ｔｓｉで圧縮される。得られる圧粉体は焼結することができる。好ましくは、焼結温度は少なくとも２０００°Ｆ、好ましくは少なくとも２２００°Ｆ（１２００℃）、より好ましくは少なくとも約２２５０°Ｆ（１２３０℃）、さらにより好ましくは少なくとも約２３００°Ｆ（１２６０℃）、が使用されている。焼結操作は、少なくとも２１００°Ｆのように、より低い温度で行うこともできる。
焼結部品は典型的に、少なくとも約６．６ｇ／ｃｍ3、好ましくは少なくとも約６．６８ｇ／ｃｍ3、より好ましくは少なくとも約７．０ｇ／ｃｍ3、より好ましくは約７．１５ｇ／ｃｍ3から約７．３８ｇ／ｃｍ3の密度を有している。さらにより好ましくは、焼結部品は少なくとも約７．４ｇ／ｃｍ3の密度を有している。７．５０ｇ／ｃｍ3の密度は本発明の冶金粉末組成物を使用しても達成される。
当業者であれば、本発明の好ましい実施形態に多種の変更や改変をすること、および発明の精神から逸脱することなくそのような変更や改変をすることができるということを認識するだろう。以下の例で冶金粉末組成物についてさらに説明する。
例
例1：冶金粉末組成物の作製
ANCORSTEEL鉄粉（ヘガネス社、シナミンソン、ＮＪ）をリン酸亜鉛（０．０５重量％）、ホウ酸粉末（０．０５重量％）、酢酸（０．０５重量％）、リン酸（０．０５重量％）、およびポリビニルアルコール（“ＰＶＡＣ”）、セルロースエステル、またはポリビニルピロリドン（０．０５重量％、アセトンに溶解している）と混ぜ合わせる。接着粉末塊を形成するために、アセトンを真空排気により除去する。本発明の冶金粉末組成物を形成するために、モントンワックス（０．０５重量％）、カルナウバワックス（０．０５重量％）、リチウムステアラート（０．１０重量％）および酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４、０．０３重量％）を、接着粉末塊中に混ぜ合わせる。
例1：冶金粉末組成物の作製
ANCORSTEEL鉄粉（ヘガネス社、シナミンソン、ＮＪ）をリン酸亜鉛（０．０５重量％）、ホウ酸粉末（０．０５重量％）、酢酸（０．０５重量％）、リン酸（０．０５重量％）、およびポリビニルアルコール（“ＰＶＡＣ”）、セルロースエステル、またはポリビニルピロリドン（０．０５重量％、アセトンに溶解している）と混ぜ合わせる。接着粉末塊を形成するために、アセトンを真空排気により除去する。本発明の冶金粉末組成物を形成するために、モントンワックス（０．０５重量％）、カルナウバワックス（０．０５重量％）、リチウムステアラート（０．１０重量％）および酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４、０．０３重量％）を、接着粉末塊中に混ぜ合わせる。
例２：冶金粉末組成物の圧縮
例１の冶金粉末組成物を１２０Ｃの金型温度で、６０ｔｓｉで圧縮した。得られる圧縮体は７．５０ｇ／ｃｍ3の密度を有していた。
例１の冶金粉末組成物を１２０Ｃの金型温度で、６０ｔｓｉで圧縮した。得られる圧縮体は７．５０ｇ／ｃｍ3の密度を有していた。
例３：吐出特性
０．１重量％のリチウムステアラート、０．０５重量％モンタンワックス、０．０５重量％のカルナウバワックス、０．０５重量％のリン酸亜鉛、０．０５重量％のホウ酸、０．０５重量％酢酸、０．０５重量％リン酸、０．０５重量％のポリビニルピロリドン、および残りはアンコールスチールを含む本発明の冶金粉末組成物から作製された圧縮品の吐出特性を検査した。この組成物について、３つの圧縮温度を試験した：２００°Ｆ、２２５°Ｆおよび２５０°Ｆ。ANCORSTEELとAncorMax（登録商標）２００潤滑剤（ヘガネス社、シナミンソン、ＮＪ）を含む組成物も比較のために検査した。ストリップスライドの結果を図1に示す。
０．１重量％のリチウムステアラート、０．０５重量％モンタンワックス、０．０５重量％のカルナウバワックス、０．０５重量％のリン酸亜鉛、０．０５重量％のホウ酸、０．０５重量％酢酸、０．０５重量％リン酸、０．０５重量％のポリビニルピロリドン、および残りはアンコールスチールを含む本発明の冶金粉末組成物から作製された圧縮品の吐出特性を検査した。この組成物について、３つの圧縮温度を試験した：２００°Ｆ、２２５°Ｆおよび２５０°Ｆ。ANCORSTEELとAncorMax（登録商標）２００潤滑剤（ヘガネス社、シナミンソン、ＮＪ）を含む組成物も比較のために検査した。ストリップスライドの結果を図1に示す。
図１では、異なる潤滑剤組成物を用いた５つの組成物を検査した。各組成物は、２％のニッケル元素を含んだANCORSTEEL １０００Ｂと、以下のような潤滑剤を含んだ０．５０％の黒鉛が含まれている：（１）室温で０．７５％のエチレンビスステアラミドを含有する組成物；（２）室温で０．４０％のエチレンビスステアラミドを含有する組成物；（３）２００°Ｆで０．４０％のエチレンビスステアラミドを含む組成物；（４）２００°ＦでAncorMax２００TM（総潤滑剤の０．４０％）を含有する組成物；（５）２２５°Ｆで合計０．２５％の潤滑剤を含む、本発明の組成物（０．０５％モントンワックス、０．０５％のカルナウバワックス、０．０５％ホウ酸、０．０５％リン酸亜鉛、０．１０％リチウムステアラート、０．０５％ポリビニルピロリドン、０．０５％リン酸、０．０５％のクエン酸）。
試験に先立って、５５ｔｓｉ（７５０ＭＰａ）で組成物を０．５５インチ×１．０インチサンプルに圧縮した。
図１において、最初のピークは吐出を開始するのに必要な剥離力であり、下部の水平域は滑り力または排出を完了するために圧縮部品の動きを維持するのに必要な力である。最大のスパイク、つまり、剥離圧または静摩擦を克服するために必要な圧力は、本発明の組成物で最も低い。さらに、図1の曲線のバランスは滑り圧、すなわち、金型から圧縮部品を排出するのに必要な力であり、本発明の組成物で最も低い。比較のために曲線を直接整合させることができるように、各組成物に対しての最大の吐出距離は本質的に同じ（約４５ｍｍ）に維持されている。
図1に示されている結果は、本発明の組成物のピークの滑り力は、AncorMax２００潤滑剤またはAcrawaxを使用した標準的な予備混合物よりも低いことを示してる。この傾向は、試験した３つの圧縮温度についても当てはまる。２００°Ｆまたは２２５°Ｆのいずれかでの滑り圧力は、AncorMax２００潤滑剤を用いた組成物と比較して、本発明の組成物の方が低い。全ての温度で、本発明の冶金粉末組成物の圧縮密度は、より高い。２５０°Ｆで、滑り圧力はAncorMax２００潤滑剤よりも約１０％だけ高いが、密度は７．４０ｇ／ｃｍ3から７．５０ｇ／ｃｍ3に増加する。吐出された部品の表面仕上げは、試験した全４つの条件の下で同じである。
例４：比較例
参考文献
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ＵＳ公開出願番２００３／０１９３２６０
ＵＳ公開出願番２００６／００１８７８０
ＵＳ公開出願番号２００８／００９２３８３
ＵＳ公開出願番号２００８／００７５６１９
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Ｕ.Ｓ.７，６６６，３４８
Ｕ.Ｓ.７，５２４，３５２
Ｕ.Ｓ.６，１８７，２５９
Ｕ.Ｓ.６，０５１，１８４
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Ｕ.Ｓ.３，４１０，６８４
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ＷＯ２０１０／０８１６６７
Ｗ０２０１０／０４１７３５
Ｗ０２０１０／０１４００９
ＥＰ１１１９４２９
ＥＰ１７２２９１０
ＥＰ１５３６０２７
ＥＰ３７９５８３
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ＪＰ２００５３８１３４７
ＪＰ０３８００５１０
ＪＰ０４６１４０２８
ＫＲ２００９０７２５９６
ＫＲ１０００７０２
ＫＲ９６２５５５
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ＣＮ１０１４１７３３７
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ＵＳ公開出願番号２００８／００９２３８３
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ＫＲ９６２５５５
ＣＮ１０１６７０４３８
ＣＮ１０１４２５４１２
ＣＮ１０１４１７３３７
Claims (33)
- 少なくとも９０重量％の鉄ベース冶金粉末；
１族金属ステアラート、２族金属ステアラート、またはエチレンビスステアラミド；
約８０から約１００℃の融点範囲を有する第１のワックス；
約８０から約９０℃の融点範囲を有する第２のワックス；
リン酸亜鉛；
ホウ酸；
酢酸；
リン酸；
およびバインダー
を含む冶金粉末組成物。 - 約０．０５重量％から約１．５重量％の、1族金属ステアラート、2族金属ステアラート、 またはエチレンビスステアラミド;
約０．０３重量％から約０．１重量％の、約８０から１００℃の融点範囲を有する第1のワックス；
約０．０３重量％から約０．１重量％の、約８０から９０℃の融点範囲を有する第２のワックス；
約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸亜鉛；
約０．０３重量％から約０．１重量％のホウ酸；
約０．０３重量％から約０．１重量％の酢酸；
約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸；および
約０．０３重量％から約０．１重量％のバインダー
を含む請求項１の粉末冶金組成物。 - 前記第１のワックスがモンタンワックスである、請求項１または請求項２の粉末冶金組成物。
- 前記第２のワックスがカルナウバワックスである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０８重量％から約１．２重量％である１族金属ステアラート、2族金属ステアラート、またはエチレンビスステアラミドを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０９重量％から約１．１重量％の１族金属ステアラート、2族金属ステアラート、またはエチレンビスステアラミドを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- エチレンビスステアラミドを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 前記１族金属ステアラートまたは2族金属ステアラートがリチウムステアラートである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％の第１のワックスを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％の第１のワックスを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％の第２のワックスを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％の第２のワックスを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％のリン酸亜鉛を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％のリン酸亜鉛を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％のホウ酸を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％のホウ酸を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％の酢酸を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％の酢酸を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％のリン酸を含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％のリン酸を含む、前記請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０３重量％から約０．０７重量％のバインダーを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．０５重量％のバインダーを含む、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 前記バインダーがポリビニルアルコール、セルロースエステル、ポリビニルピロリドン、またはそれらの組み合わせである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 前記バインダーがポリビニルアルコールである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 前記バインダーがセルロースエステルである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 前記バインダーがポリビニルピロリドンである、前述の請求項のうちのいずれか１つの粉末冶金組成物。
- 約０．１重量％の1族金属ステアラート、2族金属ステアラート、またはエチレンビスステアラミド；
約０．０５重量％の第1のワックス；
約０．０５重量％の第2のワックス；
約０．０５重量％のリン酸亜鉛；
約０．０３重量％から約０．１重量％のホウ酸;；
約０．０３重量％から約０．１重量％の酢酸；
約０．０３重量％から約０．１重量％のリン酸；および
約０．０３重量％から約０．１重量％のバインダー
を含む請求項１の粉末冶金組成物。 - 前記1族金属ステアラートまたは2族金属ステアラートがリチウムステアラートである、請求項２７の粉末冶金組成物。
- エチレンビスステアラミドを含む請求項２７または２８の粉末冶金組成物。
- 第１のワックスがモンタンワックスである、請求項２７から２９の粉末冶金組成物。
- 第２のワックスがカルナウバワックスである、請求項２７から３０の粉末冶金組成物。
- 前記バインダーがポリビニルアルコール、セルロースエステル、ポリビニルピロリドン、またはそれらの組み合わせである、請求項２７から３１の粉末冶金組成物。
- 請求項１の粉末冶金組成物を圧縮することを含む、金属部品を製造する方法。
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