KR0168901B1 - 신규 결합제/윤활제를 함유하는 철 기재 분말 조성물 - Google Patents

신규 결합제/윤활제를 함유하는 철 기재 분말 조성물 Download PDF

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KR0168901B1
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Abstract

본 발명은 철 기재 분말을 이염기성 유기산, 및 고상 폴리에테르, 액상 폴리에테르 및 아크릴 수지와 같은 1종 이상의 추가 성분을 포함한 개선된 결합제/윤활제와 혼합시킴으로써 제조한 철 기재 야금 분말 조성물을 제공한다. 이들 신규 결합제/윤활제는 분말 조성물에 대해 1종 이상의 강화된 그린 특성을 제공하고, 금형 및 다이로부터 조성물을 제거하는데 필요한 돌출력을 감소시킨다.

Description

[발명의 명칭]
신규 결합제/윤활제를 함유하는 철 기재 분말 조성물
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 철 기재 야금 분말 조성물, 및 더욱 구체적으로는 개선된 결합제/윤활제를 포함하는 분말 조성물에 관한 것이다.
[발명의 배경]
금속 부품의 제조시 분말 야금 기술을 이용하는 것이 잘 확립되어 있다. 이러한 기술은 일반적으로 철 기재 분말을 분말 형태의 흑연, 구리 또는 니켈과 같은 합금 원소와 혼합시키고, 다이에서 혼합물을 압착시키고, 다이로부터 압분체를 돌출시키고, 압분체를 소결시키는 것을 포함한다. 합금 원소가 존재함으로써 철 기재 분말만으로는 얻을 수 없었던 소결 부품의 강도 및 다른 기계 특성이 얻어진다.
철 기재 분말 혼합물에 통상 사용되는 합금 성분은 일반적으로 기본 철 기재와는 입자 크기, 형태 및 밀도가 다르다. 예를 들면, 소결 금속 부품의 제조시 사용되는 철 기재 분말의 평균 입자 크기는 일반적으로 약 25내지 150미크론이다. 이와 대조적으로, 철 기재 분말과 혼합하여 사용되는 대부분의 합금 성분의 평균 입자 크기는 약 75미크론 미만이고, 종종 약 20 미크론 미만이다. 합금 분말은 소결 작업 동안 고체 상태 확신에 의해 합금 성분이 신속히 균질화될 수 있는 미분상태로 사용한다. 그러나, 이러한 극도의 미세한 크기는 철 기재 분말과 합금 분말 사이의 입자 크기, 형태 및 밀도에 있어서의 전반적인 차이와 함께, 분말 혼합물이 편분화(偏分化) 및 산분화(散分化)와 같은 바람직하지 못한 분리 현상을 일으키게 한다. 분말 입자들을 결합시키고 편분화를 감소시키기 위하여 종종 결합제를 첨가한다. 예를 들면, 세멜(Semel)의 미합중국 특허 제4,834,800호에는 결합제로서 특정 수불용성 수지가 개시되어 있다.
또한, 압착시 입자들간의 내부 마찰력을 감소시키고, 다이 캐비티로부터 압분체를 더 쉽게 돌출시키고, 다이의 마모를 감소시키고(시키거나) 배합물이 더 균일하게 압착되도록 하기 위하여, 윤활제를 분말 배합물과 혼합할 수 있다. 통상의 윤활제는 금속 스테아레이트 또는 합성 왁스와 같은 고상물을 포함한다. 블랜치포드(Blanchford)의 미합중국 특허 제4,106,932호에는 미세캡슐화된 형태의 특정 액상 윤활제를 이용하는 것이 개시되어 있다.
알 수 있는 바와 같이, 대부분의 공지 윤활제는 압분체의 그린 강도(green strength)를 감소시킨다. 압착되는 동안, 윤활제가 철 및(또는) 합금 입자들 사이에 스며나와, 입자들간의 공극 부피를 충전하고, 입자/입자 결합을 방해한다고 생각되어진다. 사실상, 몇몇의 성형품은 공지 윤활제를 사용하여 압축시킬 수 없다. 예를 들면, 길고 얇은 벽을 갖는 부싱(bushing)은 다이 벽의 마찰력을 극복하고 필요한 돌출력을 감소시키는데, 다량의 윤활제를 필요로 한다. 그러나, 이러한 수준의 윤활제는 일반적으로 생성된 압분체가 돌출시 부서질 정도로 그린 강도를 감소시킨다. 이러한 문제를 피하기 위하여, 윤활제를 분말 조성물에 혼입시키기 보다는 윤활제를 다이 벽에 분무하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 윤활제를 분무하면, 압착 주기가 증가되고 압착이 덜 균일하게 일어난다. 또한, 스테아르산아연과 같은 윤활제는, 특히 고압착 압력에서, 압분체의 그린 밀도 뿐만 아니라, 분말 유동율 및 겉보기 밀도에 역효과를 주는 경우가 종종 있다. 또한, 과량의 윤활제는 불량한 치수 보전성(dimensional integrity)을 갖는 압분체를 생성시킬 수 있고, 휘발된 윤활제는 로의 가열 소자 상에 그을음을 형성시킬 수 있다.
따라서, 당업계에서는 산분화 및 편분화에 대해 내성이 있고, 다이 캐비티로부터 쉽게 돌출되는 강한 그린 부품으로 쉽게 압착될 수 있는 야금 분말조성물이 요구되고 있다.
[발명의 요약]
본 발명은 철 기재 분말 및 임의로 합금 분말을 개선된 결합제/윤활제와 기계적으로 혼합시킴으로써 제조되는 철 기재 야금 분말 조성물을 제공한다. 결합제/윤활제는 이염기성 유지산, 및 폴리에테르 및 아크릴 수지와 같은 1종 이상의 추가의 극성 성분으로 이루어진다. 바람직한 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 이염기산, 및 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르로 이루어지거나, 이염기상, 고상 폴리에테르, 및 주변 조건 하에서 액상인 폴리에테르로 이루어지거나, 이염기산, 고상 폴리에테르, 액상 폴리에테르, 및 아크릴 수지로 이루어지거나, 이염기산, 고상 폴리에테르, 및 아크릴 수지로 이루어지거나, 또는 이염기산, 액상 폴리에테르, 및 아크릴 수지로 이루어진다.
이 신규 결합제/윤활제는 겉보기 밀도, 유동성, 압축성 및 그린 강도와 같은 분말혼합물의 1종 시앙의 물리적 특성을 강화시킨다. 본 발명의 분말 조성물로부터 제조된 압분체는 금형이나 다이로부터 돌출시키는데 힘을 덜 필요로 하기 때문에, 세공시 덜 마모되고 덜 인열된다. 또한, 본 발명의 조성물을 분말 야금 기술에 의해 이전에는 얻을 수 없었언 복잡한 성형품으로 압착시킬 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
본발명의 야금 분말 조성물은 일반적으로 철 기재 분말을 결합제/윤활제와 혼합시킴으로써 제조한다. 본 발명에 유용한 철 기재 분말은 분말 야금 방법에서 일반적으로 사용되는 순수 철 분말 또는 철 함유(강철 또는 강자성 재료 포함) 분 말이다. 예로는, 실질적으로 순수한 철 분말, 및 최종 생성물의 강도, 경화성, 전자기적 특성, 또는 다른 바람직한 특성을 강화시키는 다른 원소(예를 들면, 강철 제조 원소)와 미리 합금시킨 철 분말이 있다. 본 발명에 유용한 철 기재 재료 분말은 중량 평균 입자 크기가 1미크론 이하 정도로 작거나, 또는 약 850 내지 1000미크론 이하일 수 있지만, 일반적으로 입자들은 약 10내지 500 미크론 범위의 중량 평균 입자 크기를 갖는다. 최대 평균 입자 크기가 약 150미크론인 분말 조성물이 바람직하고, 최대 평균입자 크기가 약 100미크론인 분말 조성물이 더욱 바람직하다.
본 발명에 사용하기에 바람직한 철 기재 분말은 실질적으로 순수한 철, 즉 통상의 불순물을 약 1.0중량%이하, 바람직하게는 약 0.5중량% 이하의 양으로 함유하는 철의 고압축성 분말이다. 이러한 야금 등급 순수 철 분말의 예로는 회가니즈 코포레이션(Hoeganaes Corporation, 뉴저지주 리버톤 소재)에서 시판하는 철 분말 안코르스틸(ANCORSTEEL) 1000시리즈가 있다. 이러한 분발 중 특히 바람직한 것은 안코르스틸 1000C 철 분말인데, 이 분말은 입자의 약 13중량%가 325 번 보다 작고 입자의 약 17중량%가 100번 체보다 크고, 나머지가 이 두 크기 사이인(입자 중 미량은 60번 체보다 큼) 전형적인 스크린 프로파일을 갖는다. 안코르스틸 1000C 분말은 약 2.8내지 약 3.0g/㎠의 겉보기 밀도를 갖는다.
본 발명의 실시를 위해 유용한 다른 철 기재 분말로는 철과 미리 합금시킨 유효량의 합금 원소를 함유하는 강자성 또는 강철 분말이 있다. 양호한 강자성 재료의 예로는 인과 미리 합금시킨 철 입자, 및 이렇게 미리 합금시킨 철 분말과 실질적으로 순수한 철 입자와의 배합물이 있으며, 이것은 텡젤리우스(Tengzelius) 등의 미합중국 특허 제3,836,355호 및 동 제4,190,441호에 개시되어 있다. 강철 분말의 예로는 몰리브덴, 니켈, 망간, 구리 및 크롬과 같은 1종 이상의 전이 원소 또는 다른 강화 원소와 미리 합금시킨 철 입자가 았다. 적합한 강철 분말은 회가니즈 코포레이션에서 시판하는 안코르스틸 계열의 미리 합금시킨 철분말이다.
특정 실시 태양에서, 본 발명의 분말 조성물은 비합금 또는 부분 합금 철 분말 이외의 합금 분말을 포한한다. 본 발명의 목적상, 합금분말이란 용어는 압축 및 소결된 후에 궁극적으로 원소 또는 화합물이 철 기재 분말과 합금되는지의 여부와 상관없이, 철 기재 분말에 첨가되는 모든 입자상 원소 또는 화합물을 의미한다. 합금 분말의 비제한적인 예로는 흑연 형태의 야금 탄소; 원소 니켈, 구리, 몰리브덴, 황 또는 주석; 구리와 주석 또는 인과의 이원 합금; 망간, 크롬, 붕소, 인 또는 규소의철 합금; 탄소와, 철, 바나듐, 망간, 크롬 및 몰리브덴 중의 2 또는 3개로 이루어진 저융점 삼원 또는 사원 공융물; 텅스텐 또는 규소의 탄화물; 질화규소; 산화알루미늄; 및 망간 또는 몰리브덴의 황화물이 있다. 일반적으로, 합금 분말의 총량은 총조성물의 약 0.01 내지 약 3중량% 정도로서 소량으로존재하지만, 특정의 특수화된 분말의 경우에는 10 내지 15 중량% 정도의 다량으로 존재할 수 있다. 본 발명에 따르면, 철 기재 분말, 및 바람직하게는 합금 분말을 이염기성 유기산 및 1종 이상의 추가의 극성 성분을 포함하는 본 발명의 결합제/윤활제와 혼합시킨다. 이염기성 유기산이란 용어가 2개 이상의 카르복시기를 갖는 지방족 탄화수소의 모든 디카르복실산 유도체를 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다. 바람직한 이염기성 유기산은 구조식 HOOC-R1-COOH(여기서, R1은 탄소 원자수 1 내지 약 10의 알킬 또는 알케닐임)으로 나타내어진다. 대표적인 이염기성 유기산은 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산 및 세바스산을 포함한다. 아젤라산이 바람직한 이염기성 유기산이다.
본 발명의 특정 결합제/윤활제는 고상 폴리에테르, 즉 주변 조건(즉, 약 68 ℉(20℃) 및 약 760 torr)하에서 고상으로서 존재하는 폴리에테르를 더 포함한다.
본 발명에 따른 고상물은 지지용 또는 함유용 표면 또는 기질 부재 하에서 실질적으로 그의 형태 및(또는) 치수를 유지하는 물질이다. 대표적인 고상 폴리에테르는 구조식 -[O(CH2)q]- (여기서, q는 약 1내지 약 7임)의 서브유닛을 1개 이상 갖는 화합물을 포함한다. 구조식 H-[O(CH2)q]n-OH(여기서, q는 약 1내지 약 7이고,n은 폴리에테르가 유동학적 측정을 기준으로 10,000 보다 큰 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되는 것임)을 갖는 고상 폴리에테르가 더욱 바람직하다. 바람직하게는, q는 2이고, n은 폴리에테르가 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정하여 약 20,000내지 약 180,000의 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되고, 더욱 바람직하게는, q는 2이고, 폴리에테르는 약 20,000 내지 약 100,000의 중량 평균 분자량을 갖는다. 고상 폴리에테르는 실질적으로 선형 구조이고, 결정화도가 높은, 바람직하게는 결정화도가 95% 정도로 높은 배향된 중합체인 것이 바람직하다. 이것은 소결 공정 중 완전히 연소되어 재를 남기지 않아야만 한다. 바람직한 고상 폴리에테르는 켈리(Kelly)의 미합중국 특허 제3,154,514호에 일반적으로 개시된 산화에틸렌 유도체이다. 코넥티커트주, 덴버리 소재의 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corporation)에서 시판하는 CARBOWAXR20M 및 POLYOXRN-10 수지가 특히 바람직하다.
특정 실시 태양에서, 본 발명의 결합제/윤활제는 고상 폴리에테르 이외에, 또는 대신에 액상 폴리에테르를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 액상 폴리에테르란 주변 조건 하에서 액상으로 존재하는 것이고, 액상이란 유동하거나 또는 지지체 또는 용기의 윤관의 형상과 동형이 되려는 경향이 있는 물질을 의미한다. 대표적인 액상 폴리에테르는 구조식 -[O(CH2)q]-(여기서, q는 1내지 약 7임)의 서브유닛을 1개 이상 갖는 화합물을 포함한다. 바람직한 액상 포릴에테르는 CTPC 로 측정하여 약 8,000 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 글리세린, 산화에틸렌 및 산화 프로필렌의 중합체이다. 액상 폴리에테르는 약 190 내지 약 630의 중량 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 400의 중량 평균 분자량을 갖는 것이다. 바람직한 액상 폴리에테르는 유니온 카바이드 코포레이션 및 미시건주 미 드랜드 소재의 다우 케미칼 코포레이션(Dow Chemical Corporation)에서 시판하는 것들이다(예를 들면, CARBOWAXR폴리에틸렌 글리콜 : Product Information Bulletin, 1986, 유니온 카바이드 코포레이션 참조). 다우에서 시판하는 폴리글리콜 15-200(CAS #51259-15-2)와 같은 폴리글리콜 공중합체가 특히 바람직하다. 또한, 본 발명의 결합제/윤활제는 아크릴산 및(또는) 메타크릴산의 중합체 또는 공중합체를 포함하는 아크릴 수지를 함유할 수 있다. 대표적인 아크릴 수지는 구조식-[CH2-C(H)(R2) -COOR3]-(여기서, R2는 H 또는 메틸이고, R3은 H, 탄소 원자수 1 내지 약 7의 알킬 또는 알케닐임)의 서브유닛을 1개 이상 갖는 화합물을 포함한다. 바람직한 실시 태양에서, R2는 H이고, R3은 H, 메틸 또는 부틸이다. 아크릴 수지는 약 177℃ (350℉) 이하의 온도에서 열적으로 안정(즉, 저분자량 성분으분해되지 않음) 해야 하고, 소결시 완전히 연소되어 재를 남기지 않아야 한다. 바람직한 아크릴 수지는 약 25,000내지 약 350,000의 중량 평균 분자량을 갖는다. 특정 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 가소제를 더 포함한다. 가쉬터(R.Gachter) 및 뮬러(H. Muller)에 의해 일반적으로 개시된 대표적인 가소제(예를 들면, Platics Additives Handbook(1987), 제270-281쪽 및 제 288-295쪽 참조)는 프탈산, 인산 및 이염기산의 알킬, 알케닐 또는 아릴 에스테르를 포함하는데, 여기서 알킬, 알케닐 및 아릴 부분은 각각 탄소 원자를 약 1 내지 약 10개, 약 1내지 약 10개 및 약 6내지 약30개를 갖는다. 바람직한 에스테르는 디-2-에틸헥실 프탈레이트(DOP), 디-이소-노닐 프탈레이트(DINP), 디부틸 프탈레이트(DBP), 트리크실레이닐 포스페이트(TCP), 및 디-2-에틸헥실 아디페이트(DOA)와 같은 알킬 에스테르이다. DBP 및 DOP가 특히 바람직한 가소제이다.
결합제/윤활제는 미합중국 특허 제4,483,905호에 개시된 방법에 따라 철 기재 분말과 혼합시킬 수 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 인용한다. 그러나, 일반적으로는 철 기재 분말 및 합금 분말의 건조 혼합물을 통상의 기술을 제조한 후, 바람직하게는 액상 형태의 결합제/윤활제를 첨가하고, 분말과 완전히 혼합한다. 이어서, 혼합물을 얕은 트레이에 펼쳐서, 종종 열이나 진공을 사용하여 건조시킨다.
주변 조건 하에서 액상 형태인 결합제/윤활제의 성분들은 그 자체로 건조 분말에 첨가할 수 있지만, 더 양호하게 분산시키기 위해서는 이들을 먼저 유기 용매 중에서 희석시키는 것이 바람직하다. 고상 성분은 일반적으로 유기 용매 또는 매질에 용해시키거나 또는 분산시키고, 이렇게 하여 얻어진 액상 형태로 첨가한다. 그러나, 고상 성분은 매우 미세하게 분쇄시켜서, 혼합된 철 기재 분말 및 합금 분말과 건조 배합시킬 수 있다. 본 발명을 어떠한 특정 이론으로 한정하려는 의도는 아니지만, 본 발명의 극성결합제/윤활제는 철 분말의 표면 상에 중합체 착물을 형성한다고 생각한다.
분말 조성물에 첨가될 결합제/윤활제의 양은 철 기재 분말 및 모든 합금 분말의 밀도 및 입자 크기 분포, 및 조성물에서의 분말의 상대 중량과 같은 인자에 따라 좌우된다. 일반적으로, 결합제/윤활제는 총 분말 조성물의 약 0.3 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 약 0.5내지 3.0중량%, 가장 바람직하게는 약 0.8내지 1.2중량%를 구성할 것이다. 결합제/윤활제는 이염기성 유기산 약 1내지 약 10중량%, 고상 폴리에테르약 50 내지 약 90 중량%, 액상 폴리에테르 약 5내지 약 50중량%, 및 아크릴 수지 약 5 내지 약 50중량%를 함유할 수 있다. 특정 바람직한 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 이염기성 유기산 약 1내지 약 10중량%, 및 고상 폴리에테르 약 90 내지 약 99중량%를 포함한다. 다른 바람직한 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 이염기산 약 1 내지 약 10중량%, 고상 폴리에테르 약 70내지 약 99중량%, 및 액상 폴리에테르 약 5내지 약 30중량%를 포함한다. 또다른 바람직한 실시 태양에서,결합제/윤활제는 이염기산 약 1 내지 약 10중량%, 고상 폴리에테르 약 30내지 약 50중량%, 액상 폴리에테르 약 10내지 약 30중량%, 및 아크릴 수지 약 30내지 약50중량%를 포함한다. 또다른 바람직한 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 이염기성 유기산 약 1 내지 약 10 중량%,고상 폴리에테르 약 40내지 약 50중량%, 및 아크릴 수지 약 40 내지 약 50 중량%를 포함한다. 다른 바람직한 실시 태양에서, 결합제/윤활제는 이염기성 유기산이 약 1내지 약 10중량%, 액상 폴리에테르 약 10 내지 약 30중량%, 및 아크릴수지 약70내지 약90중량%를 포함한다.
하기 실시예는 본 발명을 한정시키려는 것은 아니며, 본 발명의 특정 실시 태양 및 잇점을 제공한다. 다른 지시가 없다면, 모든 백분율은 중량 단위이다. 각 실시예에서, 철 기재 분말 및 합금 분말은 표준 실험실용 병 혼합 장치에서 20 내지 30분동안 혼합하였다. 생성된 건조 혼합물을 적당한 크기로 갖는 보울(bowl)형의 통상의 식품 혼합기에 옮겼다. 분말의 산분화를 피하기 위하여 주의하였다. 이어서, 결합제/윤활제 성분을 분말혼합물에 첨가하고, 스파튤라를 사용하여 분말과 배합하였다. 혼합물이 균일해질 때가지 계속하여 배합하였다. 이 후에, 혼합물을 얕은 금속 트레이에 펼쳐서 건조시켰다. 건조시킨 후, 건조시키는 동안에 형성될 수도 있는 큰 덩어리를 분쇄시키기 위하여 혼합물을 60메쉬 스크린으로 처리 하였다.
산분화에 대한 내성은 분말혼합물을 조절된 유속의 질소로 일루트리에이션(elutriation)시켜서 측정하였다. 시험 장치는 질소의 유동을 제공받을 수 있는 측면 포트가 부착된 2리터 삼각 플라스크 상에 실린더형 유리관이 수직으로 장착되어 이루어져 있다. 유리관(길이 : 17.5cm, 내경 : 2.5cm)에는 삼각 플라스크의 입구로부터 약 2.5cm 위쪽에 400메쉬스크린 플레이트를 부착시켰다. 시험될 분말 혼합물 20내지 25그램의 샘플을 스크린 플레이트에 올려 놓고, 유리관을 통하여 1분 당 2리터의 속도로 15분 동안 질소를 통과시켰다. 시험이 완결되었을 때, 분말 혼합물을 분석하여 혼합물에 잔류하는 합금 분말의 상대적인 양(합금분말의 시험 전 농도의 백분율로서 표시됨)을 측정하였고, 이는 산분화 / 편분화에 의한 합금 분말의 손실에 대한 조성물의 내성을 나타내는 것이다.
분말 혼합물을 약 5내지 60 tsi(69-830 MPa)의 압력으로 다이에서 압착시켜 그린 바아로 성형시킨 후, 해리된 아모니아 분위기에서 약 1000 내지 1400℃ (1850-2575 ℉)의 온도로 약 24시간 이하 동안 소결시켰다.
분말 혼합물의물리적 특성 및 그린 및 소결 바아의 물리적 특성은 일반적으로 하기 시험법 및 공식에 따라 측정하였다.
무공극 밀도는 문말 혼합물 중의 각 성분의 절대 밀도와 중량 백분율의 곱을 합산함으로써 측정하였다.
스트리핑(striping) 합력은 합착된 부품을 다이로부터 돌출시키기 위해 극복해야 하는 정지마찰력을 측정한 것이다. 이것은 돌출 개시에 필요한 하중을 다이 표면과 접촉된 부분의 횡단면적으로 나누어서 얻어지는 몫으로서 계산하였다.
슬라이딩(sliding)암력은 압착된 부품을 다이 캐비티로부터 계속 돌출시키기 위하여 극복해야 하는 운동 마찰력의 측정치인데, 이것은 압착된 부품이 압착지점으로부터의 다이의 입구가지의 거리를 통과할 때 관찰된 평균 하중을 압착된 부품의 표면적으로 나누어서 얻어지는 몫으로서 계산한다.
[실시예 1]
[철 분말에서 결합제/윤활제와 스테아르산아연의 비교]
표 1에 지정된 조성을 갖는 혼합물 A 내지 E를 하기에 기재된 바와 같이 제조하였다.
분말 특성은 하기와 같다.
혼합물을 카바이트 인서트가 있는 TBS 다이(ASTM B213)에서 압착시켰다. 63℃(145 ℉)에서 50 tsi로 압착시킨 0.5 인치 TRS 바아의 그린 특성을 하기 표3에 나타내었다.
이러한 결과는 결합제/윤활제를 0.75% 함유하는 분말 혼합물(혼합물 A)이 스테아르산아연을 0.75% 함유하는 분말 혼합물(혼합물 D)에 비해 그린 밀도, 그린 강도, 슬라이딩 압력, 스트리핑 압력, 및 무공극 밀도의 백분율(이론치)이 우수하다는 것을 입증한다. 또한, 결합제/윤활제를 0.75% 함유하는 분말 혼합물(혼합물 A)로부터 형성된 바아는 스테아르산아연을 1.0% 함유하는 혼합물(혼합물 E)로부터 형성된 바아보다 큰 그린 밀도를 갖는다. 스테아르산아연만을 함유한 혼합물(혼합물 D)에 비해 혼합물 B 및 혼합물 C가 향상된 결과를 나타내는 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 결합제/윤활제는 또한 스테아르산아연과 상용성이 있다.
결합제/윤활제의 소결 성능을 시험하기 위하여, 0.25인치 TRS 바아를 50tsi 및 63℃(145℉)에서 압축시킨 후, 해리된 암모니아 하의 루시퍼 벨트로(Lucifer Belt Furnace)에서 2인치/분의 속도로 1121 ℃(2050℉)에서 30분동안 소결시켰다. 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
유기물질 함량을 1.0%에서 0.75%로 감소시킴으로써(즉, 혼합물E와 혼합물A 비교), 생성된 소결 밀도가 증가한다. 스트리핑 및 슬라이딩 압력 데이터가 나타낸 바와 같이, 유기 물질 함량은 감소되었지만, 0.75% 결합제/윤활제의 윤활 특성은 1.0% 스테아르산아연과 동일하다. 따라서, 결합제/윤활제의 윤활 특성은 스테아르산아연의 윤활 특성보다 뛰어난 것으로 생각된다. 사실상, 유기 물질 수준이 0.75%인 경우(즉, 혼합물 A와 혼합물 D 비교), 스테아르산아연의 스트리핑 및 슬라이딩 압력은 각각 결합제/윤활제의 스트리핑 및 슬라이딩 압력에 비해 크다.
TRS 바아를 63℃(145℉)에서 30, 40 및 50tsi로 압착시킨 후, 해리된 암모니아 하의 루시퍼 벨트 로에서 30분 동안 1121℃(2050℉)에서 소결시킨 시험 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
그린 밀도, 그린 강도, 스트리핑 압력 및 스라이딩 압력을 관찰한 결과, 결합제/윤활제가 스테아르산아연보다 뛰어난 윤활제라는 것을 나타낸다.
[실시예 ]
[몰리브덴/철 분말에서 결합제/윤활제와 합성, 왁스의 비교]
표 7에 지정된 조성을 갖는 혼합물 F 내지 J를 하기에 기재된 바와 같이 제조하였다.
분말 특성은 하기와 같다.
분말 혼합물을 50 tsi 및 63℃(145 ℉)에서 압축시켜 0.25 인치 TRS 바아를 성형시킨 후, 해리된 암모니아 하의 루시퍼 벨트 로에서 1121 ℃(2050 ℉)에서 30분 동안 소결시켰다. 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
이러한 결과들은 다이 벽에서 압축성 및 윤활 특성을 감소시키지 않고 그린 강도를 증가시키는 결합제/윤활제의 능력을 보여준다. 결합제 / 윤활제를 함유하는 분말 혼합물(예, 혼합물 H)은 합성 왁스 및(또는) 보통 결합제를 함유하는 혼합물(예, 혼합물 F 및 G)에 비해 감소된 스트리핑 및 슬라이딩 압력 및 향상된 압착성 및 그린 강도를 나타낸다. 또한, 소결 밀도도 증가한다. 결합제/윤활제는 또한 완전히 연소되어 압분체 또는 로에 제를 남기지 않는다.
결합제/윤활제를 0.5%로 더 감소시키면(혼합물 I), 그린 밀도 및 소결 밀도가 더 향상됨을 보여준다. 그러나, 슬라이딩 압력은 혼합물 G에 비해 증가한다. 스트리핑 압력은 혼합물 F 및 혼합물 G의 경우보다 감소한다. 그런 강도는 5900psi로 증가한다. 증가된 소결 강도는 압분체 내의 유기 물질의 양의 감소에 기인하는 것으로 보인다.
결합제/윤활제를 0.25%로 더 감소시키면(혼합물 J), 스트리핑 압력 및 슬라이딩 압력이 증가한다. 이것은 윤활제의 양이 돌출시키기에 불충분하다는 것을 나타낸다. 혼합물 J의 그린 강도도 또한 감소한다. 이것은 그린 강도가 그린 압분체 중의 결합제/윤활제의 농도에 민감할 수 있다는 것을 나타낸다.
[실시예 3]
[몰리브덴 / 철 분말에서 결합제 / 윤활제와 스테아르신아연의 비교]
하기 표 9에 지정된 조성을 갖는 혼합물 K 내지 N을 하기에 기재된 바와 같이 제조하였다.
분말 혼합물을 50tsi 및 63℃(145℉)에서 압축시켜 0.25인치의 TRS 바아를 성형시킨 후, 1121℃(2050℉)에서 루시퍼 벨트 로에서 30분 동안 소결시켰다.
결과를 하기 표 10에 나타내었다.
산분화 내성에 의해 나타난 바와 같이, 본 발명의 결합제/윤활제는 니켈, 구리 및 흑연에 대해 뛰어난 결합 능력을 제공한다.
상기 결과는 또한 결합제/윤활제가 스테아르산아연에 비해, 스트리핑 응력 및 슬라이딩 응역의 면에서 볼 때 돌출력을 감소시킨다는 것을 나타낸다. 사실상, 슬라이딩 압력은 스테아르산아연 혼합물의 슬라이딩 압력보다 66%로 감소한다.
당업계의 숙련자들은 본 발명의 바람직한 실시 태양에 대해 본 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변형을 가할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위는 본 발명의 참된 정신 및 범위에 해당하는 이러한 다양한 균등물을 포함한다.

Claims (33)

  1. 철 기재 분말에, 총 조성물 중량을 기준하여 0.3 내지 10중량%에 해당하는 양의 이염기성 유기산과 폴리에테르의 배합물을 혼합시켜 이루어진 야금분말 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이염기성 유기산이 구조식 HOOC-R1-COOH(여기서, R1은 탄소 원자수 1 내지 10의 알킬 또는 알케닐임)을 갖는 것인 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이염기성 유기산이 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산 또는 이들의 혼합물인 것인 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이염기성 유기산이 아젤라산인 것인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에테르가 주변 조건 하에서 고상인 것인 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 고상 폴리에테르가 구조식 -[O(CH2)q]-(여기서, q는 1 내지 7임)의 다수의 서브유닛을 포함하는 것인 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 고상 폴리에테르가 구조식 H-[O(CH2)q]n-OH(여기서, q는 1내지 7이고, n은 폴리에테르가 10,000 보다 큰 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되는 것임)을 갖는 것인 조성물.
  8. 제7항에 있어서, q는 2이고, n은 폴리에테르가 20,000 내지 100,000의 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되는 것인 조성물.
  9. (2의 정정) 제5항에 있어서, 상기 고상 폴리에테르가 구조식 H-[O(CH2)q]n- OH(여기서, q는 1내지 7이고, n은 폴리에테르가 20,000 내지 180,000의 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되는 것임)갖는 것인 조성물.
  10. 제7항에 있어서, n은 폴리에테르가 20,000 내지 100,000의 중량 평균 분자량을 갖도록 선택되는 것임)을 갖는 것인 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 폴리에테르가 주변 조건 하에서 액상인 것인 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 액상 폴리에테르가 구조식 -[O(CH2)q]-(여기서, q는 1내지 7임)의 다수의 서브유닛을 포함하는 것인 조성물.
  13. 제12항에 있어서, q가 2 또는 3인 것인 조성물.
  14. 제12항에 있어서, 액상 폴리에테르가 8,000 미만의 중량 평균 분자량을 갖는 것인 조성물.
  15. 철 기재 분말에, 총 조성물 중량을 기준하여 0.3 내지 10중량%에 해당하는 양의 이염기성 유기산, 폴리에테르 및 아크릴 수지의 배합물을 혼합시켜 이루어진 야금 분말 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 아크릴 수지가 아크릴산 또는 메타크릴산의 중합체를 포함하는 것인 조성물.
  17. 제15항에 있어서, 상기 아크릴 수지가 구조식 -[CH2-C(H)(R2)-COOR3]-(여기서, R2는 H 또는 메틸이고, R3은 H, 탄소 원자수 1 내지 7의 알킬 또는 알케닐임)의 1개 이상의 서브유닛을 포함하는 것인 조성물.
  18. 제17항에 있어서, R2는 H이고, R3은 H, 메틸 또는 부틸인 것인 조성물.
  19. 철 기재 분말에, 총 조성물 중량을 기준하여 0.3 내지 10중량%에 해당하는 양의 이염기성 유기산, 폴리에테르 및 가소제의 배합물을 혼합시켜 이루어진 야금 분말 조성물.
  20. 제19항에 있어서, 상기 가소제가 프탈산, 인산 또는 이염기산의 에스테르인 것인 조성물.
  21. 철 기재 분말에, 총 조성물 중량을 기준하여 0.3 내지 10중량%에 해당하는 양의 이염기성 유기산과 폴리에테르의 배합물 및 총 조성물 중량을 기준하여 0.01 내지 15중량%에 해당하는 합금 분말을 혼합시켜 이루어진 야금 분말 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 합금 분말이 흑연을 포함하는 것인 조성물.
  23. 제21항에 있어서, 상기 합금 분말이 상기 조성물의 0.01 내지 3중량%를 구성하는 것인 조성물.
  24. 제1항에 있어서, 배합물이 조성물의 0.3 내지 3.0 중량%를 구성하는 것인 조성물.
  25. 제1항에 있어서, 배합물이 조성물의 0.8 내지 1.2 중량%를 구성하는 것인 조성물.
  26. 제1항에 있어서, 배합물이 이염기성 유기산을 1 내지 10중량% 함유하는 것인 조성물.
  27. 제1항에 있어서, 배합물이 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르를 50 내지 90중량% 함유하는 것인 조성물.
  28. 제1항에 있어서, 배합물이 주변 조건 하에서 액상인 폴리에테르를 5 내지 50중량% 함유하는 것인 조성물.
  29. 제15항에 있어서, 배합물이 아크릴 수지를 5 내지 50중량% 함유하는 것인 조성물.
  30. 제1항에 있어서, 배합물이 (a) 이염기성 유기산, 및 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르, 또는 (b) 이염기성 유기산, 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르, 및 주변조건 하에서 액상인 폴리에테르로 이루어지는 것인 조성물.
  31. 제1항 기재의 조성물을 다이에서 압착시켜서 제조한 성형품.
  32. 제1항 기재의 조성물을 다이에서 압착시키고, 생성된 압분체를 소결시켜서 제조한 성형품.
  33. 제15항에 있어서, 배합물이 (a) 이염기성 유기산, 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르, 주변 조건 하에서 액상인 폴리에테르, 및 아크릴 수지, 또는 (b) 이염기성 유기산, 주변 조건 하에서 고상인 폴리에테르, 및 아크릴 수지, 또는 (c) 이염기성 유기산, 주변 조건 하에서 액상인 폴리에테르, 및 아크릴 수지로 이루어지는 것인 조성물.
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