JP4658602B2 - 圧縮成形品を製造するための混合物 - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮成形品を製造するための混合物、この混合物を製造するための方法およびその使用に関する。
焼結成形品はさまざまに、特に自動車製造において、そこで特に成形品としてエンジンおよび変速機において利用されている。焼結成形品の製造時における１つの困難は、極力高い密度でこれを製造することにある。焼結可能な粉末から通常の粉末冶金法によって単ステップまたは多ステップで圧縮成形される一般に成形体と称される成形品は第２ステップにおいて保護雰囲気下で焼結され、強固で形状も正確な金属成形品が得られる。
このようにして得られる焼結成形品の密度は第１圧縮成形ステップで達成される成形体密度、いわゆるグリーン密度（圧粉密度）に本質的に依存している。それゆえに、既に第１操作ステップにおいて極力高い密度を有する成形体を製造することは追求するに値する。しかし成形体を高密度で製造するための技術の現状で通常応用される高い圧縮成形圧力は圧縮成形工具自体の高い摩耗を帰結し、さらには圧縮成形金型内で仕上げられた成形体の抜出し滑り摩擦も高くする。そのためここでは比較的高い抜出し力を相応に高い摩耗で圧縮成形工具に加えねばならない。さらに、高い抜出し力は成形体の望ましくない局所的再圧縮と亀裂形成の危険をはらんでいる。そこで本発明の課題は、前記諸欠点を防止した混合物を提供することである。
この課題を解決するために、金属材料および／またはプラスチック材料と成形助剤とを含み、成形助剤が成形助剤総量に対して２５〜６０重量％のポリグリコールと成形助剤総量に対して４０〜７５重量％のモンタン蝋とを含む、圧縮成形品を製造するための混合物が提案される。
本発明の意味における焼結可能な成形品とは全て焼結性材料から製造された成形品のことであり、他方で複合品もそこに含まれ、このような複合品の本体は例えばアルミニウム含有または鉄含有混合物から製造しておくことができ、この本体にさらに結合される物体は他の材料、例えば焼結鋳鋼または中実鋳鋼、または中実アルミニウム鋳物から製造しておくことができる。その逆に複合品は例えば単に正面またはその表面に、例えばアルミニウム含有またはセラミック含有混合物からなる焼結層を有することもでき、他方で本体は例えば焼結または中実の鋼または鋳鉄からなる。その際、焼結成形品は熱中で矯正および／または硬化しておくことができる。
本発明の意味における金属材料および／またはプラスチック材料は特に金属成分、セラミック成分および／またはプラスチック成分、例えばクロムニッケル鋼、青銅、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、金属酸化物、金属窒化物、金属ケイ化物または類似物等のニッケル系合金からなる粉末もしくは混合物、さらにはアルミニウム含有粉末もしくは混合物であり、混合物は、例えば白金または類似物等の高融点成分も含むことができる。使用される粉末およびその粒径はその都度の利用目的に依存している。好ましい鉄含有粉末は合金３１６Ｌ、３０４Ｌ、インコネル６００、インコネル６２５、モネル（登録商標）、およびハステロイＢ、Ｘ、Ｃである。さらに、金属材料および／またはプラスチック材料は完全にまたは部分的に短繊維もしくは繊維製、主に直径約０．１〜２μｍ、長さ数μｍから５０ｍｍまでの繊維製とすることができる。
本発明の意味におけるモンタン蝋は、第三紀植物の樹脂、蝋および脂肪から生じた褐炭の瀝青である。これは、長鎖蝋アルコールを有するいわゆるモンタン酸（脂肪酸）のエステル、特にＣ20〜Ｃ36脂肪酸エステル、好ましくはＣ24〜Ｃ34脂肪酸エステルである。前記成分の他に、モンタン蝋は他の遊離脂肪酸および遊離蝋アルコール、モンタン樹脂、ケトン、およびアスファルト状材料を含むことができる。モンタン蝋はふつうさまざまな脂肪酸エステルの混合物である。好ましいモンタン蝋は酸価［ｍｇ ＫＯＨ／ｇ］が５〜３０、さらに好ましくは１０〜２５の範囲内、および／または鹸化価［ｍｇ ＫＯＨ／ｇ］が１００〜２００、さらに好ましくは１２０〜１６０の範囲内である。１００℃における粘度［ｍＰａｓ］は主に１０〜４０、さらに好ましくは１５〜３５の範囲内である。
意外なことに、定義された成形助剤を焼結性材料に添加することによって金属冶金圧縮成形法で製造できる成形体は一方で著しく高い値の圧粉体強度および圧粉密度を特に使用される圧縮成形工具の室温時に有し、さらに成形体を圧縮成形工具から取り出すときかなり小さな抜出し力で可能となることが判明した。これにより一方で使用される圧縮成形工具の摩耗がかなり減少し、他方で製造される成形体の亀裂形成または局所的再圧縮の危険が減少している。さらに、本発明に係る混合物で達成可能な圧粉密度は特に工具の室温時に高まっており、最終加工され焼結された成形品の圧粉密度付近である。
本発明に係る混合物はさらに他の成分、特に潤滑剤を、混合物総量に対して好ましくは０．２〜５重量％の量、含有することができる。その際潤滑剤として使用できるのは一方で自己潤滑剤、例えばＭｏＳ2、ＷＳ2、ＢＮ、Ｎ、ｎＳ、そしてコークス、分極黒鉛等の黒鉛および／または別の炭素改質物等である。主に１〜３重量％の潤滑剤が焼結性混合物に添加される。前記潤滑剤の投入によって、焼結性混合物から製造される成形品に自己潤滑性を付与することができる。
本発明に係る混合物はさらにその他の滑剤またはアエロジル（登録商標）を含むことができる。本発明に係る混合物は揺動回転型混合機等の通常の装置を使って個々の成分を混合することによって熱間（熱間混合）でも室温（冷間混合）でも製造することができ、熱間混合が好ましい。
それぞれ成形助剤総量に対して３０〜５５重量％、さらに好ましくは３２〜５３重量％のポリグリコールと４５〜７０重量％のモンタン蝋とを含む混合物が好ましい。
本発明に係る混合物の成形助剤に含まれるポリグリコールは有利にはポリエチレングリコールを含む。本発明の意味においてポリエチレングリコールとは分子量の異なるポリエチレングリコールの混合物も含まれる。その際特別有利には、モル質量が約１００〜２００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは１００〜７０００ｇ／ｍｏｌ、さらに好ましくは１００〜６５００ｇ／ｍｏｌ、なお一層好ましくは３０００〜６０００ｇ／ｍｏｌの範囲内のポリエチレングリコールが使用される。前記ポリエチレングリコールの大きな利点は、それらが一般に４０〜１００℃の範囲内の比較的低い軟化点を有し、そのため金属冶金法で使用される圧縮成形金型に冷材料を充填することが可能であり、そのため瘤形成等が防止される事実にある。圧縮成形過程時に工具が温まると、選択されたポリエチレングリコールは投入されるモンタン蝋と一緒に潤滑を可能とし、製造される成形体の比較的高い圧粉密度が、そして圧粉体強度も達成される。
本発明に係る混合物の成形助剤に含まれたモンタン蝋は有利にはＣ24‐Ｃ34脂肪酸をベースとする脂肪酸エステルを含む。
本発明はさらに、本発明に係る混合物を製造するための方法であって、
第１ステップでは成形助剤に含まれるポリグリコールとモンタン蝋が一緒に溶解され、
第２ステップでは第１ステップにより製造された成形助剤が金属材料および／またはプラスチック材料に添加されるものに関する。
好ましくはさらに、本発明に係る方法の第１ステップ後、得られて、冷却された熱溶物が粉砕または噴霧される。意外なことに、本発明に係る方法では製造された成形体は技術の現状により公知の成形助剤で通常達成可能な圧粉体強度よりもかなり高い圧粉体強度を得ることが判明した。
選択的に使用される方法では、
第１ステップでは成形助剤に含まれるポリグリコールとモンタン蝋が一緒に混合され、
第２ステップでは第１ステップにより製造される成形助剤が金属材料および／またはプラスチック材料に添加される。
この選択的方法によって金属冶金圧縮成形過程後に得られる成形体も、技術の現状により公知の通常の成形助剤で得られるものよりも上の圧粉体強度を有する。さらに本発明は、焼結成形品を製造することへの本発明に係る混合物の使用に関する。さらに本発明は、請求項１〜４記載の成形助剤に関する。
最後に本発明は、本発明に係る混合物から製造され、使用される圧縮成形工具の室温と６００ＭＰａの圧力とにおいてＩＳＯ ３９９５‐１９８５による圧粉体強度が７．５５Ｎ／ｍｍ2よりも大きい成形体に関する。本発明に係る成形体は有利にはさらに、８００ＭＰａと使用される圧縮成形工具の室温とにおいてＩＳＯ ３９２７／１９８５による圧粉密度が少なくとも７．１４ｇ／ｃｍ3である。
本発明のこうした利点およびその他の利点が以下の実施例を基に述べられる。
混合物が製造されたのはHoeganaes Corporation社、米国、の焼結可能な金属粉末Ancorsteel 85 HPからであったが、これは混合物総量に対してそれぞれ０．６５重量％の炭素と０．６重量％の下記成形助剤とを有するものである：
ａ）Licowax C、Clariant GmbH社、フランクフルト・アム・マイン。これはビスステアロイルエチレンジアミン（アミド蝋）である；
ｂ）Acrawax C、Lonza AG、バーゼル、スイス。これはＮ、Ｎ’‐エチレンビスステアルアミド（アミド蝋）である；
ｃ）Kenolube P11、Hoganas AB、Hoganas、スウェーデン。これは２２．５重量％のステアリン酸亜鉛と７７．５重量％のアミド蝋との混合物である；
ｄ）ポリグリコール6000 PF、Clariant GmbH、フランクフルト・アム・マイン。これはモル質量約６０００ｇ／ｍｏｌのポリエチレングリコールである；
ｅ）Licowax E、Clariant GmbH、フランクフルト・アム・マイン。これは酸価［ｍｇ ＫＯＨ／ｇ］が１５〜２０の範囲内、鹸化価が１３０〜１６０の範囲内であるＣ24‐Ｃ34脂肪酸のエステルからなるモンタン蝋である；
ｆ）成形助剤総量に対してそれぞれ６７重量％のLicowax Cと３３重量％のポリグリコール6000 PFとの混合物。この混合物はモンタン蝋とポリエチレングリコールとを一緒に溶解し、熱溶物を固化し、場合によっては次に（例えば液体窒素で）冷却し、引き続きそれを粉砕して粉末とすることによって製造されたものである；
ｇ）５０重量％のLicowax Cと５０重量％のポリグリコール6000 PFとの混合物。この混合物はモンタン蝋とポリエチレングリコールとを一緒に溶解し、熱溶物を固化し、場合によっては次に（例えば液体窒素で）冷却し、引き続きそれを粉砕して粉末とすることによって製造されたものである；
ｈ）６７重量％のLicowax Cと３３重量％のポリグリコール6000 PFとの混合物。この混合物は事前に溶解することなく通常の揺動回転型混合機内で混合されたものである；
ｉ）成形助剤総量に対してそれぞれ５０重量％のLicowax Cと５０重量％のポリグリコール6000 PFとの混合物であり、この混合物は事前に溶解することなく通常の揺動回転型混合機内で混合された。ｆ）、ｇ）による混合物粉砕の代わりに、熱溶物は噴霧することもできる。
添加される成形助剤の割合は、本発明に係る混合物の総量に対して一般に約０．１〜５重量％、好ましくは０．３〜３重量％、さらに好ましくは０．５〜１．５重量％の範囲内とすることができる。
前記混合物が通常の圧縮成形工具に注入され、異なる圧力（４００、６００、８００ＭＰａ）において圧縮成形され、直径１４．３ｍｍ、長さ１２ｃｍの円筒体とされた。このようにして得られる成形体の物理的性質が表１と表２に示してあり、表１の値は工具温度２０℃（室温）とし、表２の値は工具温度７０℃としている。
Figure 0004658602
Figure 0004658602
表１と表２に示した値は各３つの測定から形成した平均値である。表１と表２に挙げた物理的性質は、見掛け密度についてはＩＳＯ規格３９２３‐１９７９に従って、流動時間についてはＩＳＯ ４４９０‐１９７８に従って、圧縮性についてはＩＳＯ ３９２７‐１９８５に従って、圧粉体強度についてはＩＳＯ ３９９５‐１９８５に従って算定された。表１と表２から読み取ることができるように、混合物ｆ）〜ｉ）から製造された成形体は圧粉体強度についてだけでなく圧粉密度についても高い値を有する。これらは技術の現状から公知の成形助剤を有する混合物ａ）、ｂ）、ｃ）による混合物を著しく凌駕しているが、成形助剤としてポリエチレングリコール（混合物ｄ））のみかまたはモンタン蝋（混合物ｅ））のみのいずれかを有するだけの混合物をも凌駕している。
さらに、混合物ａ）〜ｉ）から得られる成形体について圧縮成形工具からの抜出し力が求められた。これが以下で表３と表４に示してある。表３は圧縮成形工具の室温（２０℃）、表４は圧縮成形工具の温度７０℃において求めた抜出し力を示す。
Figure 0004658602
Figure 0004658602
表３と表４から明確に読み取ることができるように、混合物ｆ）〜ｉ）から製造される成形体の抜出し力は混合物ａ）〜ｅ）から製造される成形体に比べて著しく低下している。抜出し力がここでは約２５％低い。これにより、使用される圧縮成形工具がかなり弱く負荷され、その摩耗が減少し、そのため寿命が長くなる。さらに、このようにして得られる圧粉体は局所的再圧縮または亀裂を殆ど有しない。
単一混合物における公知混合物の周知の２つの欠点を減らす混合物が本発明によって提供される。つまり一方で本発明に係る混合物によって、これから得られる成形体の高い圧粉体強度とやはりその高い圧粉密度を達成することが可能であり、他方で圧縮成形工具からの抜出し力をかなり減らすことができ、これによりその寿命が長くなる。本発明に係る混合物から製造される成形体は優れた品質を有する。亀裂形成の減少と局所的再圧縮箇所形成の減少とによって、質的に同じで価値の高い成形体生産が確保されている。

Claims (9)

  1. 圧縮成形品を製造するための混合物であって、金属材料および／またはプラスチック材料と成形助剤とを含み、上記成形助剤が成形助剤総量に対して２５〜６０重量％のポリグリコールと成形助剤総量に対して４０〜７５重量％のモンタン蝋とを含み、
    上記成形助剤は、１００〜６５００ｇ／ｍｏｌの分子量のポリエチレングリコールを含み、
    モンタン蝋がＣ２４−Ｃ３４脂肪酸エステルを含むことを特徴とする混合物。
  2. ポリグリコールがポリエチレングリコールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の混合物。
  3. 請求項１または２に記載の混合物を製造するための方法であって、
    第１ステップでは成形助剤に含まれるポリグリコールとモンタン蝋が一緒に溶解され、 第２ステップでは第１ステップにより製造された成形助剤が金属材料および／またはプラスチック材料に添加される方法。
  4. 第１ステップ後、得られて、形成されたポリグリコールとモンタン蝋とからなる熱溶物が粉砕または噴霧されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 請求項１または２に記載の混合物を製造するための方法であって、
    第１ステップでは成形助剤に含まれるポリグリコールとモンタン蝋が一緒に混合され、 第２ステップでは第１ステップにより製造された成形助剤が金属材料および／またはプラスチック材料に添加される方法。
  6. 請求項１または２に記載の混合物の圧縮成形品を製造するための使用。
  7. 請求項１または２に記載の成形助剤。
  8. 請求項１または２に記載の混合物から製造される成形体において、当該成形体が、圧縮成形工具の室温と６００ＭＰａの圧力とにおいてＩＳＯ ３９９５−１９８５により７．５５Ｎ／ｍｍ2よりも大きい圧粉体強度を有することを特徴とする成形体。
  9. ８００ＭＰａと 圧縮成形工具の室温とにおいてＩＳＯ ３９２７−１９８５により少なくとも７．１４ｇ／ｃｍ3の圧粉密度を有することを特徴とする、請求項８に記載の成形体。
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