JP4169369B2 - 塊状化された鉄基粉末 - Google Patents
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Description
理論的および実際的な考慮により、そのような耐摩耗性材料の初期材料は以下の材料、すなわち
a)63〜95重量%の実質的に鉄で構成され、実質的に75μm未満の粒径を有する微粉末、
b)5〜20重量%の実質的に120μm未満、好ましくは60μm未満の粒径を有する潤滑相、
c)0〜15重量%の実質的に10μm未満の粒径を有する硬質相、および
d)0〜7重量%の結合剤(単数または複数)、溶媒(単数または複数)および任意に潤滑剤(単数または複数)を含んで成る添加剤、
を含んでなる材料から選べることが見い出されている。
この基粉末は予合金化された粉末、特に予合金化された粉末すなわち純粋鉄粉末を含んで成る群から選ばれることができる。予合金化された粉末の例は例えばアスタロイMo(Astaloy Mo)であり、この部分的に予合金化された粉末は例えばディスタロイSEおよびディスタロイAEである。有利に使用できる純粋鉄粉末は例えばASC100.29、NC100.24、SC100.26、およびAHC100.29である。全ての粉末はスウェーデンのヘーゲナスAB社から購入できる。
本発明による潤滑相は燒結処理後も存在し、固体無機材料である。このような材料の例は金属硫化物、金属塩化物および金属弗化物である。好ましい材料は、MnSである。潤滑相はスウェーデンのヘーゲナスAB社から購入できるMnXとされることもできる。20重量%を超えて添加されるならば、強度は悪影響を受ける。また5重量%未満の添加であるならば、摩擦が過大となる。好ましい実施例によれば、潤滑相の量は5〜15重量%である。
硬質相粉末は、NbC、TiC、VC、TaCのような炭化物から選ばれる。この硬質相粉末が15重量%を超える量であると、圧縮性は過小となる。好ましい実施例によれば、この硬質相粉末の量は10%を超えてはいけない。実際に硬質相粉末の量は所望される耐摩耗性の観点から選ばれる。
各種添加剤は、Fe3P、黒鉛、および(または)ワックス、ステアリン酸塩およびポリマー(重合体)のような各種の通常の潤滑剤を含んで成る群から選べる。
これらの粉末混合材を工業規模で使用すべき場合、粉末は本質的に流動性を有しておらず、工業生産するには良好な流動性が必要不可欠であることがたまたま分ったように、予期しない問題が生じた。他の欠点は、偏析および取扱い時の発塵性(dusting)が過大なことである。
本発明によれば、これらの問題点は以下の段階、すなわち
1)混合室において上記4点a)〜d)に応じた乾燥成分を撹拌混合する段階、
2)25ミリバール未満、好ましくは15ミリバール未満となるまで混合室を排気する段階、
3)約950ミリバール、好ましくは約900ミリバールまでの僅かな負圧(underpressure)となるまで不活性ガスを混合室に充填する段階、
4)上記成分をその混合物全体に対する1重量%未満の結合剤と撹拌混合する段階、および溶媒を添加する段階、
5)得られた粉末を乾燥させる段階、
を含んで成る処理を使用して解消した。
この粒状化処理の重要な特徴は結合剤が少量なことであり、これはその後の燒結処理にとって有利であり、したがって最終製品にとって有利である。結合剤は粉末冶金(P/M)分野で使用されている従来の結合剤のいずれも使用できる。さらに詳しくは、結合剤はポリエチレンおよびポリアルコールから成る群から選べる。セルロース・アセテート・ブチレートが現在好ましいとされる結合剤である。
溶媒は結合剤によって決められ、水アルコール、ケトンからなる群から選ばれる。好ましい溶媒はアセトンである。
実質的に約75〜150μmの粒径を有する塊状化された粉末が一軸方向に圧縮されて、理論密度が85%、好ましくは90%を超える密度を有する圧粉体を形成することができる。
最終的な耐摩耗性材料を準備するために、塊状化された粉末は約400〜800MPaの圧力で圧縮され、その後、例えば1250℃で45分間にわたり95/5N2/H2の雰囲気中で燒結される。粒径決定は例えば800MPaで行われ、浸炭はC約0.9重量%中において例えば30分間にわたり860℃で行われ、焼戻しは約180℃で約60分間にわたり実施される。
本発明による塊状化された粉末から得た圧搾および燒結した製品の特性は、非塊状化粉末により得られた同様材料の特性よりも優れていた。
本発明は以下の非制限例によって説明される。
塊状化
20kgの粉末混合物が準備され、Yコーン型ミキサーに投入された。アセトンおよび結合剤(セルロース・アセテート・ブチレート)が以下に述べるスケジュールにしたがって混合物に添加された。
0.15%結合剤(群1および群2の材料)、
0.3%結合剤(群3の材料)、
4.0%アセトン(群1および群2の材料)、
6.0%アセトン(群1および群2の材料)、
処理スケジュール:
1. 乾燥粉末の撹拌混合。
2. ミキサーの排気。
3. N2をミキサーに充填する。
4. インテンシファイアすなわち増強装置を始動し、増強装置の運転中に溶媒を添加する。僅かな真空圧力が保持されるように継続的に圧力を調整する。
5. 混合が均質になるまで増強装置を運転する。
6. 圧力が約2〜10ミリバールとなるまで粉末について乾燥/排気をおこなう。
7. さらに2〜10分間ミキサーを運転する。
8. 大気圧となるまでミキサーにN2を充填する。
9. ミキサーを空にする。
材 料
群1
2つのパラメータおよび2つのレベルが1つの付加的な中間的でテストされた。第1パラメータは添加されたMnSの量であり、低レベルは5%MnS、高レベルは15%MnSである。第1形式のMnSは、機械加工性の補助のためにPM混合物に添加されるノーマルMnSであり、第2形式のMnSは、タイラー・メッシュ標準ふるい装置を使用して実質的に60μm〜120μmの粒径を有する過程(course)のMnSである。硬質相は添加されていないので、結合剤の量は少なく保持されており、圧縮性が大きく減じられることはない。
基材料は、75μm未満のアスタロイMo97.6%+黒鉛0.4%、
MnS混合物は、実質的に60μm未満の平均粒径を有するMnS50%と、実質的に60〜120μmの粒径を有するMnS50%、
塊状化の促進は、結合剤0.15%。
群2
コールドPMoを基にした燒結成分は、燒結後に多量の炭化物を含んでいる。硬質相の添加は高められた燒結温度を必要とし、またその材料の機械的特性に関してよくない。
先に説明した群の場合と同様に、硬質相が添加されていない場合は、結合剤の量は少なく保持でき、圧縮性即ち圧搾性が大きく減じられることはない。
コールドPMo=95%が予合金化され、10%モリブデンと水による噴霧化即ち水アトマイズドされ、これに黒鉛1.15%およびFe3P3.85%が添加された。
MnS混合物=実質的に60μm未満の平均粒径を有するMnS50%と、実質的に60〜120μmの粒径を有するMnS50%、
塊状化の促進は、結合剤0.15%。
群3
第3群の材料は高速度鋼混合物である。耐摩耗性を高めるために炭化物が有用である。硬質相は、圧縮性に乏しいM3/2とともにその材料に最小限の圧縮性を与える。
上述の表は、本発明による塊状化処理を使用することで25〜40秒/50gの流量が得られることを開示する。未処理の非塊状化粉末の流量は得られなかった。
Claims (10)
- 塊状化された鉄基粉末を準備する方法において、該方法が、
(1)a)75μm未満の粒径を有する鉄基微粉末が63〜95重量%、
b)120μm未満の粒径を有する、固体無機材料から成る潤滑相が5〜20重量%、
c)10μm未満の粒径を有する硬質相が0〜15重量%、および
d)添加剤が0〜7重量%、
の乾燥した成分を混合室で混合する段階と、
(2) 混合室を排気する段階と、
(3) 不活性ガスを混合室に充填する段階と、
(4) 混合物全体に対して最大1重量%の結合剤と前記成分とを混合し、溶媒を添加する段階と、
(5) 得られた粉末を乾燥させる段階と
を含んで成る、塊状化された鉄基粉末を準備する方法。 - 前記段階(1)における前記潤滑相が60μm未満の粒径を有する、請求項1に記載された方法。
- 前記潤滑相がMnSから成る、請求項1又は請求項2に記載された方法。
- 前記硬質相が炭化物から成る群から選ばれる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された方法。
- 前記添加剤がFe3P、黒鉛、および/または潤滑剤から成る群から選ばれる、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された方法。
- 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された方法により準備された75〜150μmの粒径を有する塊状化された粉末であって、75μm未満の粒径を有する鉄基粉末と、1%未満の量の結合剤とを含む前記請求項において定められた成分を含んで成る塊状化された粉末において、前記塊状化された粉末が、400〜800MPaの圧力で圧縮されたときに、理論的密度の少なくとも85%の密度となるまで一軸方向に圧縮できることを特徴とする、塊状化された粉末。
- 前記塊状化された粉末が、400〜800MPaの圧力で圧縮されたときに、理論的密度の少なくとも95%の密度となるまで一軸方向に圧縮できる、請求項6に記載された塊状化された粉末。
- a)63〜95重量%の、75μm未満の粒径を有する鉄基微粉末、
b)5〜20重量%の、120μm未満の粒径を有する潤滑相、
c)0〜15重量%の、10μm未満の粒径を有する硬質相、および
d)0〜2重量%の添加剤、
を含んで成る、請求項6又は請求項7に記載された塊状化された粉末。 - 前記潤滑相が60μm未満の粒径を有する、請求項8に記載された塊状化された粉末。
- 前記潤滑相を5〜15重量%含んで成る、請求項8又は請求項9に記載された塊状化された粉末。
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