KR100261056B1 - 결합제 및 윤활제를 함유하는 철 기재 분말 혼합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 철 기재 분말 및 합금 분말로 이루어지는 개선된 금속 가공용 분말 조성물을 제공한다. 이 조성물은 결합제로서 약 7,000 이상의 수평균 분자량을 갖는 폴리알킬렌 옥사이드를 함유한다. 본 발명의 결합제는 결합제 함유 분말 조성물이 결합제 미함유 조성물의 압축성과 동등한 압축성에 달성하는 것을 허용하고, 합금 분말의 산분화 및 편분화를 방지한다.

Description

결합제 및 윤활제를 함유하는 철 기재 분말 혼합물
본 발명은 철 또는 강철 분말 및 1종 이상의 합금 분말을 함유하는 유형의 규질한 철 기재 분말 혼합물에 관한 것이다. 더 구체적으로 말하자면, 본 발명은 압착시키는 동안 합금 분말의 편분화(偏粉化) 및(또는) 산분화(散粉化)를 방지할 뿐만 아니라 윤활성을 제공함으로써 다이 압출력을 증가시키지 않고도 분말 압축성을 증가시키는 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드 결합제를 함유하는 혼합물에 관한 것이다.
금속 부품 제조시 분말 금속 가공 기술을 이용하는 것에 대해서는 널리 공지되어 있다. 이러한 제조 기술에서는, 종종 철 또는 강철 분말을 특히 입자 형태로 존재하는 1종 이상의 다른 합금 원소와 혼합시킨 후, 압착 및 소결시킨다. 이와 같이 합금 원소가 존재함으로써, 이로부터 소결된 부품의 강도 및 기타 다른 기계적 특성은 합금되지 않은 철 또는 강철 분말만을 사용할 때는 얻을 수 없었던 수준에 도달할 수 있다.
그러나, 철 기재 분말 혼합물에 통상적으로 사용되는 합금 성분은 입자 크기, 모양 및 밀도에 있어서 기재인 철 또는 강철 분말과 상이하다. 예를 들면, 대표적으로, 소결 금속 부품 제조시 통상적으로 이용되는 철 기재 분말의 평균 입자 크기는 약 70 내지 100 마이크론이다. 이와는 반대로, 철 기재 분말과 혼합하여 사용되는 대부분의 합금 성분의 평균 입자 크기는 약 20 마이크론 미만이고, 가장 일반적으로는 15 마이크론 미만이고, 몇몇 경우에 대해서는 5 마이크론 미만이다. 의도적으로, 합금 분말은 합금 성분들이 소결 작업 동안에 고체 상태 확산에 의해 신속하게 균질화되는 것을 촉진시킬 수 있을 정도의 미분 상태로 사용된다. 이러한 정도의 매우 미세한 크기, 및 입자 크기, 모양 및 밀도에 있어서 철기재 분말과 합금 분말 사이의 전반적인 차이점은 이들 분말 혼합물이 편분화 및 산분화와 같은 바람직스럽지못한 분리 현상을 일으키게 한다.
일반적으로, 분말 조성물은 철 기재 분말 및 합금 분말을 건식 혼합시킴으로써 제조된다. 초기에는 적당히 균일한 혼합물이 얻어지지만, 계속해서 이 혼합물을 취급할 때는, 두가지 분말 성분 사이의 형태학적 차이 때문에 상이한 두가지 분말들이 즉시 분리하기 시작한다. 보관 및 수송시 분말 혼합물 취급과 관련해서 발생하는 동력학은 보다 더 작은 합금 분말 입자가 철 기재 분말 매트릭스의 간극으로 이동하게 하는 원인이 된다. 특히, 합금 분말이 철 분말보다 더 조밀한 경우, 중력에 의해 합금 분말이 혼합물 용기의 밑바닥을 향하여 하향 이동하게 하므로, 혼합물의 균질성을 상실하게 된다(편분화). 다른 한편, 취급 결과로 분말 혼합물 내부에서 전개될 수 있는 기류는 작은 합금 분말을 상향 이동하게 하며, 특히 이 합금 분말이 철 분말보다 덜 조밀한 경우에 더욱 그러하다. 이러한 부력이 매우 높으면, 합금 입자들 중 일부는 산분화 현상으로서 혼합물을 완전히 빠져나가게 되고, 이로 인해 합금 원소의 농도가 감소하게 된다.
편분화 및 산분화를 방지하기 위해 미세한 합금 분말과 조야한 철 기재 입자를 결합 또는 “교착”시키는데는 여러 가지 다양한 유기 결합제가 이용되어 왔다. 예를 들면, 엥스트룀(Engstrom)의 미합중국 특허 제4,483,905호는 분말 조성물 중에 약 1 중량% 이하의 양으로 존재하는 경우에 “점착 또는 지방 특성”이 있는 것으로 광범위하게 기술된 결합제를 이용하는 것에 대해 기재하고 있다. 엥스트룀의 미합중국 특허 제4,676,831호에는 결합제로서 특정 톨유(tall oil)를 사용하는 것이 기재되어 있다. 또한, 세멜(Semel)의 미합중국 특허 제4,834,800호에는 결합제로서 물 중에서 불용성이거나 또는 실질적으로 불용성인 특정 필름 형성용 중합체 수지를 사용하는 것이 기재되어 있다. 이 결합제들은 편분화 및 산분화를 방지하는데는 효과적이지만, 종래 기술에서 사용되는 다른 유기 결합제들과 마찬가지로, 극소량으로 존재하는 경우조차도 분말의 압축성에 악영향을 미칠 수 있다.
어떤 분말 혼합물의 “압축성”은 여러 가지 압착 조건 하에서의 그의 성능에 대한 평가이다. 분말 금속 가공 기술 분야에서는 일반적으로 분말 조정물을 다이에서 높은 압력 하에 압착시키고, 이어서 이와 같이 압착된 “압분”부품을 다이로부터 제거하여 소결시킨다. 이 분야에서는, 이러한 압분 부품의 밀도( 및 통상적으로 강도)가 압착 압력에 의해 직접적으로 영향을 받으며 변화한다는 점이 인식되어 있다. “압축성”이라는 면에서 볼 때, 주어진 한 압착 압력에서 한 분말 조성물이 다른 분말 조성물보다 더 높은 압분 밀도로 가압될 수 있거나 또는 달리 말해서 특정한 한 압분 밀도에 도달하는데 더 낮은 압착 압력을 필요로 하는 경우에 전자의 분말 조성물은 후자의 분말 조성물보다 압축성이 더 크다고 부른다.
압분 밀도는 압착 압력에 따라 증가하는 것이 일반적이지만, 그들 사이의 관계는 선형 관계가 아니며; 도달가능한 밀도가 그의 이론적 최대치에 점근적으로 접근하기 시작하는 지점인 약 30 내지 40 tsi의 압착 압력을 초과하면 밀도 증가율은 상당히 균등화된다는 점을 발견하였다. 또한, 밀도-압력 곡선에서 정밀 변화도는 분말의 조성에 따라 변화한다. 이러한 “균등화”현상은 종래 기술에 따른 결합제 함유 분말 조성물이 예를 들면 이에 대응하는 결합제 미함유 조성물에 비해 더 현저하다. 따라서, 약 30tsi 미만의 압착 압력에서는 결합제 함유 조성물이 이에 대응하는 결합제 미함유 조성물보다 더 높은 압축성을 갖는 것이 일반적이지만, 이보다 더 높은 압착 압력 즉, 약 40tsi보다 높은 압력에서는 결합제 함유 조성물이 이에 대응하는 결합제 미함유 조성물보다 더 낮은 압축성을 갖는다. 특정 조성에 따라 좌우되기는 하지만, 결합제 함유 조성물 및 결합제 미함유 조성물이 동등한 압축성을 나타내는 “교차”지점은 약 30 내지 40tsi의 압착 압력에 존재한다. 대부분의 분말 금속 가공 기술 응용 분야에서는 높은 압분 밀도를 유지하는 것이 중요하기 때문에, 통상적으로 가장 양호한 밀도 특성을 제공하는 높은 압착 압력에서의 압축성 감소는 상당히 불리한 점이 될 수 있다.
또한, 일반적으로 금속 분말 조성물에는 압착 성분을 다이로부터 용이하게 압출시키기 위해 금속 스테아르산염 또는 합성 왁스와 같은 윤활제를 제공한다. 다이로부터 압착 부품을 제거하기 위해서 극복되어야 하는 마찰력은 부품을 압착시키는데 사용된 압력에 따라서 증가하는 것이 일반적이며, “스트리핑(stripping)” 및 “슬라이딩(sliding)”압력으로서 측정된다. 윤활제는 이러한 압력들을 감소시키지만, 또한 윤활제가 존재함으로써 압축성에 악영향을 미칠 수도 있다. 결합제 함유 분말 조성물의 압축성은 윤활제 사용량을 감소시킴으로써 증가될 수 있지만, 이로 인해 발생하는 윤활성 감소 때문에 압출력이 허용될 수 없을 정도로 크게 증가될 수 있으며, 그 결과 다이에 자국이 생기고 다이의 수명이 손실되며 압착 부품 표면에 결함이 생긴다.
따라서, 결합제 함유 분말 조성물이 결합제 미함유 분말 조성물과 균등한 압축성을 가지게 하고, 바람직하게는 조성물에 혼합된 결합제의 양만큼 윤활제 함량을 감소시키게 할 수 있으며, 이와 동시에 산분화 및 편분화를 방지하는 결합제가 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 철 기재 분말, 소량의 합금 분말 1종 이상, 및 철 기재 분말 및 합금 분말을 위한 유기 결합제로 이루어지고, 상기 결합제의 40 중량% 이상이 하기 식의 폴리알킬렌 옥사이드인 것을 특징으로 하는 개선된 금속 가공용 분말 조성물을 제공한다.
(식 중, R은 H, CH3또는 C2H5이고, n은 약 7000 이상의 수평균분자량을 제공하기에 충분한 옥시알킬렌 반복 단위의 평균 개수임). 바람직한 실시 태양에서는, 유기 결합제의 50 중량% 이상, 더 바람직하게는 75 중량% 이상이 본 발명의 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드이다. 폴리알킬렌 옥사이드가 유기 결합제의 100% 미만을 구성하는 경우, 이 결합제를 구성하는 나머지 물질은 종래의 금속 가공용 조성물에서 결합제로서 이용되는 적당한 다른 유기 물질 중의 어느 하나일 수 있다. 바람직한 폴리알킬렌 옥사이드 결합제는 15,000 내지 100,000의 평균 분자량을 갖는다. 특정 실시 태양에서, 결합제는 약 15,000 내지 35,000의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 옥사이드로 주로 이루어진다.
본 발명에 따른 결합제 함유 조성물은 높은 압착 압력에서 그의 결합제 미함유 유사 조성물에 비해 압축성이 감소되지 않는다. 더 구체적으로 말하자면, 본 발명의 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드 결합제를 함유하는 금속 가공용 분말 조성물은 유기 결합제를 전혀 함유하지 않는 것을 제외하고는 동일한 조성을 갖는 분말 조성물과 비교해 볼 때 약 50 tsi(700 MPa) 이하의 압착 압력에서 동일하거나 또는 더 양호한 압축성을 나타낸다는 점을 발견하였다. 또한, 본 발명에 따른 결합제 함유 조성물 중 많은 조성물이 약 700MPa 이하의 압착 압력에서는 압착 압력이 증가함에 따라 압출력이 감소한다는 점을 발견하였다. 또한, 이 점은 압착 압력이 증가함에 따라 압출력이 증가하리라는 정상적인 기대와는 정반대 현상이다.
본 발명에 따르면, 결합제의 적어도 일부분이 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드인 경우, 금속 가공용 결합제 함유 분말 조성물의 압착 성능이 개선될 수 있을 분만 아니라 편분화 및 산분화를 방지할 수 있다는 점을 발견하였다. 더욱 구체적으로 말하자면, 본 발명에 따른 금속 가공용 결합제 함유 분말 조성물은 종래 기술의 결합제 함유 분말 조성물과 비교해 볼 때 적어도 50tsi(700MPa) 이하의 압착 압력에서 압착시키는 동안에는 압축성 및 압출력이 모두 개선된다.
본 발명의 결합제는 하기 식의 폴리알킬렌 옥사이드이다.
(식 중, R은 H, CH3또는 C2H5이고; n은 약 7,000 이상의 수평균 분자량을 제공하기에 충분한 옥시알킬렌 반복 단위의 평균 갯수임). 알킬렌 옥사이드 중합체는 알킬렌 옥사이드 단량체(또는 대응하는 단량체)를 공지 방법으로 축합시켜서 제조한다. 폴리알킬렌 옥사이드는 15,000 이상의 수평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 바람직한 한 실시 태양에서, 본 발명의 조성물 중에 사용되는 결합제는 약 15,000 내지 35,000의 평균 분자량을 갖는 폴리알킬렌 옥사이드를 약 75 중량% 이상, 바람직하게는 약 85 중량% 이상 함유한다. 다른 바람직한 실시 태양에서, 본 발명의 조성물 중에 사용되는 결합제는 평균 분자량 75,000 이상, 바람직하게는 약 100,000 이상의 폴리알킬렌 옥사이드 및 평균 분자량 약 7,000 미만의 폴리글리콜 약 40 중량% 이하(결합제 전체 중량 기준)로 이루어진 혼합물이다.
상기 식의 폴리알킬렌 옥사이드 중 적당한 것은 상업적으로 입수가능하다. 예를 들면, 유니온 카바이드 코포레이션에서 제조한 적당한 분자량을 갖는 카르보왁스(CARBOWAX) PEG 폴리에틸렌 글리콜을 이용할 수 있다. 이러한 제품의 예로는 카르보왁스 PEG 8000(평균 분자량 : 약 7,000 내지 9,000) 및 카르보왁스 PEG 20M(평균 분자량 : 약 17,500)이 있다. 일반적으로, 분자량은 유니온 카바이드 간행물인 “카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜”(1986)에 기재된 방법에 따라 계산할 수 있다. 또한, 100,000 이상의 고분자량 폴리에틸렌 옥사이드는 유니온 카바이드에서 폴리옥스(POLYOX)계 수지인 WSR 시리즈로 판매하는 것을 입수할 수 있다. 이들 수지 중 특히 바람직한 것은 평균 분자량 약 100,000의 WSR-N10이다. 또한, 적당한 폴리에틸렌 글리콜은 다우 케미칼 컴파니(Dow Chemical Company)에서 E-시리즈로 판매하는 제품들 중의 일부를 입수할 수 있으며, 이 제품의 예는 평균 분자량 약 8,000의 다우 E 8000 폴리에틸렌 글리콜이다. 또다른 바람직한 제품은 수평균 분자량 약 35,000의 폴리에틸렌 글리콜 35,000(Fluka Chemie AG 제품)이다.
본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드로는 단독 중합체 형태의 것이 바람직하다. 그러나, 이들은 상기 알킬렌 옥사이드 또는 글리콜 단량체 2종 이상으로 이루어지는 공중합체(예를 들면, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜의 공중합체) 형태를 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드는 이러한 C2-C4글리콜(또는 이에 대응하는 옥사이드)와 다른 공중합 가능한 단량체(예 : 글리시딜에테르)로 이루어진 공중합체 형태일 수 있다. 이러한 공중합체의 예는 프로필렌글리콜 및 알릴글리시딜에테르로 이루어지는 평균 분자량 약 100,000 내지 1,000,000의 공중합체인 “파렐(Parel) 58”〔Zeon Chemicals, Inc. 제품〕이다. 상기 C2-C4알킬렌 옥사이드 또는 글리콜 및 다른 공중합 가능한 단량체로 이루어진 공중합체 중의 어느 하나인 경우, 구성 단량체의 50 중량% 이상, 더 바람직하게는 60 중량% 이상이 C2-C4알킬렌 옥사이드 또는 글리콜인 것이 바람직하다.
본 발명의 금속 가공용 분말 조성물은 상기 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드 중합체 이외에 기타 다른 유기 결합제를 함유할 수 있지만, 이 폴리알킬렌 옥사이드 중합체는 본 발명의 금속 가공용 분말 조성물 중의 결합제 전체 함량의 40 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 이상, 더 바람직하게는 75 중량% 이상을 구성하여야 한다.
존재할 수 있는 기타 다른 결합제는 이러한 목적을 위해 지금까지 알려져 있는 중합체 또는 기타 다른 물질 중의 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 이러한 결합제로는 미합중국 특허 제4,483,905호에 기재된 “점착성 또는 지방성”결합제; 미합중국 특허 제4,767,831호에 기재된 톨유; 또는 미합중국 특허 제4,834,800호에 기재된 수불용성 필름 형성용 수지 중의 어느 하나를 들 수 있다. 이들 특허 문헌에 기재된 내용을 본 명세서에서는 참고한다. 이와 같이 추가로 이용할 수 있는 경합제들 중 가장 바람직한 것은 미합중국 제4,834,800호에 기재된 메타크릴레이트 중합체 또는 공중합체 및 비닐 아세테이트 중합체 또는 공중합체이다.
사용될 수 있는 다른 결합제로는 에틸렌 글리콜 및(또는) 프로필렌 글리콜의 저분자량(즉, 분자량이 약 7000 이하임) 중합체 또는 공중합체가 있다. 바람직한 저분자량 폴리글리콜의 한 예는 케미칼사의 폴리그리콜 15-200이며, 이 폴리글리콜은 수평균 분자량 약 2500 내지 2800의 공중합체이다. 이들 저분자량 중합체는 주로 결합제의 고분자량 성분을 위한 가소제로서의 기능을 가지며, 이러한 것들은 결합제에 혼입되는 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드가 약 15,000 이상, 바람직하게는 약 20,000 이상의 분자량을 가지는 경우에 이용되는 것이 바람직하다. 결합제에서 이와 같은 가소제로서의 역할을 충족시키는 것으로 발전된 기타 다른 물질을 디시클로헥실 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트 및 디-2-에틸헥실 프탈레이트와 같은 프탈산의 디에스테르이다.
본 발명에 이용하기 위한 가장 바람직한 실시 태양에서는, 평균 분자량 약 15,000 내지 35,000의 폴리알킬렌 옥사이드 또는 폴리알킬렌 옥사이드들의 혼합물이 본 발명의 분말 조성물에 존재하는 결합제 함량의 전부 또는 실질적으로 전부를 구성한다. 또다른 매우 바람직한 실시 태양에서, 결합제는 평균 분자량 75,000 이상의 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드 약 60 내지 95 중량% 및 가소제 약 5 내지 40 중량%로 주로 이루어진다. 이러한 결합제계의 한 예는 평균 분자량 약 100,000의 폴리알킬렌 옥사이드(예 : 폴리옥스 WSR-N10 중합체) 약 70% 및 평균 분자량 약 3,000 미만의 폴리프로필렌 글리콜 공중합체(예 : 다우 폴리글리콜 15-200) 약 30%로 이루어진 혼합물이다.
본 발명의 분말 조성물 중에 사용되는 철 기재 입자는 표준 분말 금속 가공 방법에서 이용되는 다른 합금 물질 입자들의 혼합될 수 있는 철 또는 철 함유(강철 포함) 입자 중의 어느 하나이다. 철 기자 입자의 예는 순수한 또는 실질적으로 순수한 철 입자; 다른 원소(예 : 강철 형성 원소)와 미리 합금된 철의 입자; 및 이러한 다른 원소들과 확산 결합된 철의 입자들이다. 본 발명에 유용한 철 기재 물질의 입자는 약 500 마이크론 이하의 중량 평균 입자 크기를 가질 수 있지만, 일반적으로 이들 입자는 약 10 내지 35O 마이크론의 중량 평균 입자 크기를 가진다. 바람직한 것은 약 150 마이크론의 최대 평균 입자 크기를 갖는 입자들이고, 더 바람직한 것은 약 70 내지 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 입자들이다.
본 발명에 이용하기에 바람직한 철 기재 입자는 실질적으로 순수한 철 즉, 약 1.0 중량% 이하, 바람직하게는 약 0.5 중량% 이하의 표준 불순물을 함유하는 철의 고압착성 분말이다. 이러한 금속 가공 등급의 순수 철 분말의 예는 미합중국 뉴저지주 소재 회가니즈 코포레이션(Hoeganaes Corporation)으로부터 입수 가능한 안코르스틸(ANCORSTEEL) 1000 시리즈(예 : 1000, 1000B 및 1000C)의 철 분말이다. 예를 들면, 안코르스틸 1000 철 분말은 일반적으로 No. 325(미합중국 규격체 시리즈) 체를 통과하는 입자가 약 22 중량%이고 No. 100체를 통과하지 않는 입자가 약 10 중량%이고, 그 나머지는 이 두 크기 사이에 존재하는 선별 프로필을 갖는다(No. 60체를 통과하지 않는 입자가 조금 더 많음). 안코르스틸 1000 분말은 약 2.85 내지 3.00g/㎤, 대표적으로는 2.94g/㎤의 겉보기 밀도를 갖는다. 본 발명에 이용될 수 있는 다른 철 분말은 회가니즈 코포레이션의 안코르 MH-100 분말과 같은 전형적인 해면철이다.
미리 합금된 철 기재 분말의 한 예는 몰리브덴(Mo)과 미리 합금된 철이며, 이 철 기재 분말의 바람직한 종류는 약 0.5 내지 약 2.5 중량%의 Mo를 함유하는 실질적으로 순수한 철의 용융액을 분무화시켜서 제조할 수 있다. 이러한 분말은 회가니즈 안코르스틸 85 HP 강철 분말처러 상업적으로 입수가능하며, 이 안코르스틸 85 HP 강철 분말은 망간, 크롬, 규소, 구리, 니켈 또는 알루미늄과 같은 기타 다른 물질의 전체 함량이 약 0.4 중량% 미만이고, 탄소 약 0.02 중량% 미만 및 Mo 0.85 중량%를 함유한다. 기타 다른 상업적으로 입수 가능한 미리 합금된 철기재 분말로는 회가니즈사의 안코르스틸 150 HP, 2000 및 4600V로 분무된 강철 분말이 있다.
확산 결합된 철 기재 입자는 강철 형성 원소와 같은 1종 이상의 다른 금속층 또는 코팅이 외부 표면으로 확산된 실질적으로 순수한 철 입자이다. 이러한 상업적으로 입수가능한 분말은 회가니즈사에서 제조한 디스탈로이(DISTALOY) 4600A 확산 결합 분말이며, 이 분말은 니켈 1.8%, 몰리브덴 0.55% 및 구리 1.6%를 함유한다.
상기 종류의 철 기재 입자와 혼합되는 합금 물질은 금속 가공 분야에서 최종소결 제품의 강도, 경화성, 전자기 특성 또는 기타 다른 바람직한 특성을 향상시키는 것으로 알려져 있는 물질이다. 강철 형성 원소는 이들 물질 중 가장 잘 알려져 있는 것들이다. 합금 물질의 구체적인 예로는 몰리브덴, 망간, 크롬, 규소, 구리, 니켈, 주소, 바나듐, 클럼븀(니오브), 금속 가공용 탄소(흑연), 인, 알루미늄, 황 및 이들의 혼합물을 들 수 있지만, 이들에 제한되지는 않는다. 다른 적당한 합금 물질로는 구리와 주선 또는 인의 이원 합금; 망간, 크롬, 붕소, 인 또는 규소의 철 합금; 철, 바나듐, 망간, 크롬 및 몰리브덴 중의 2 또는 3종과 탄소의 저융점 삼원 및 사원 공정(共晶); 텅스텐 또는 규소의 카바이드; 질화규소; 및 망간 또는 몰리브덴의 황화물이 있다.
이 합금 물질은 일반적으로 이들과 혼합되는 철 기재 물질의 입자보다 더 미세한 크기를 갖는 입자 형태로 본 발명의 조성물에 이용된다. 일반적으로, 합금 물질 입자는 약 100 마이크론 이하, 바람직하게는 약 75 마이크론 미만, 더 바람직하게는 약 30 마이크론 미만, 가장 바람직하게는 약 5 내지 20 마이크론의 중량 평균 입자 크기를 갖는다. 본 발명의 조성물 중에 존재하는 합금 물질의 양은 최종 소결품에 요구되는 특성에 따라 좌우된다. 이 합금 물질의 양은, 몇몇 특정 분말의 경우에는 10 내지 15 중량%의 양이 존재할 수 있지만, 일반적으로 전체 분말 중량의 약 5 중량% 이하 정도로 소량이다. 대부분의 응용에 있어서 적당한 바람직한 범위는 약 0.25 내지 4.0 중량%이다.
본 발명의 금속 가공용 분말 조성물 중에 존재하는 결합제 성분의 양은 합금 분말의 밀도 및 입자 크기 분포 및 조성물 중에 존재하는 합금 분말의 상대적인 양과 같은 인자에 따라 좌우된다. 그러나, 본 발명의 결합제의 또다른 일면은, 종래의 결합제에 비해 본 발명의 결합제는 약 20 마이크론을 초고하는 입자 크기를 갖는 합금 입자와 더 효율적으로(즉, 압축성이 덜 손실된) 결합한다는 점이다. 종래의 결합제들은 입자 크기가 더 큰 입자와 결합할 수 있지만, 일반적으로 이와같이 하는데 필요한 물질의 추가량은 압착성을 감소시켰다. 본 발명에 따른 폴리알킬렌 옥사이드가 갖는 잇점은 이와 유사한 압축성의 감소를 초래하지 않는다는 점이다.
일반적으로, 본 발명에 따른 폴리알킬렌 옥사이드 함유 결합제는 철 기재 분말과 합금 분말의 합계 중량의 약 0.005 내지 1.0 중량%가 되는 양으로 본 발명의 분말 조성물에 첨가한다. 그러나, 결합제 첨가에 대한 더 구체적이고 바람직한 계획은 하기 표에 따르는 것이다.
1종 이상의 합금 분말이 존재하는 경우에는, 이러한 분말 각각에 대해 이용할 수 있는 결합제의 양을 상기 표로부터 결정한 후, 그 합계량을 분말 조성물에 첨가한다.
결합제는 미합중국 특허 제4,834,800호에 기재된 방법에 따라서 본 발명의 분말 조성물에 혼입시킬 수 있다. 일반적으로, 철 기재 분말 및 합금 분말의 건조 혼합물은 통상적인 방법에 따라 제조한다. 이어서, 적당한 용매 중에서 결합제 물질의 용액 또는 분산액을 제조한다. 일반적으로, 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드 물 중에 용해되지만, 또한 아세톤과 같은 몇몇 유기 용매 중에서도 용해된다. 또한, 본 발명의 분말 조성물에 첨가되는 결합제 물질은 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드 이외의 다른 물질을 포함하므로, 모든 결합제 물질에 대해 공통적인 용매를 선택해야 한다. 이어서, 결합제 물질의 용액 또는 분산액을 분말이 양호하게 습윤될 때까지 분말과 혼합시킨다. 이어서, 습윤 분말을 얇은 트레이(tray) 상에 분무시키고, 건조시킨다. 건조시, 임의로 열 또는 진공을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 분말 조성물은 분말 금속 가공 기술에서 일반적으로 이용되는 종류의 윤활제를 함유할 수도 있다. 일반적으로, 윤활제는 보통 약 1 중량% 이하의 양으로 분말 조성물에 직접 혼합시키지만, 이러한 조작에 윤활제를 제공하는 또다른 방법으로는 분말 조성물을 압착시키기 위해 다이 내부에 넣기 전에 다이 벽에 적용하는 것이다. 바람직한 실시 태양에서는, 일반적으로 입자 형태의 고체인 윤활제를 철 기재 분말과 합금 분말의 건조 분말 중에 균질하게 혼합시킨 후, 이 혼합물을 결합제 용액/분산액으로 습윤시킨다. 바람직한 윤활제는 소결하는 동안에 완전히 열분해되는 것들이다. 적당한 윤활제의 예는 스테아르산아연과 같은 금속 스테아르산염, 다른 글리콜 케미칼 캄파니(Glycol Chemical Company)에서 제조된 아크라왁스 C(ACRAWAX C) 또는 PM-100과 같은 합성 왁스 중의 어느 하나이다.
사용시, 본 발명의 금속 가공 분말 조성물은 약 275 내지 700MPa(20 내지 50tsi) 압력의 다이에서 압착시킨다. 이 때, 압착은 주위 조건에서 수행할 수 있지만, 공장 작업시 압착 및 압출 공정 동안 발생되는 마찰은 다이 장치를 가열시켜서 그 결과 사실상 이 장치는 약간 승온, 일반적으로 약 50℃를 초과하는 온도, 보통 약 55 내지 95℃의 온도를 유지한다. 따라서, 실제적인 공장 작업 조건을 촉진시키기 위해서, 실시예에 기재한 바와 같이 본 발명의 결합제에 대해 상기 범위 내의 온도에서 많은 연구를 행하였다. 이러한 온도에서 본 발명의 개선된 결합제는 압착시키는 동안 다이에 윤활성을 제공함으로써 압출력 감소를 도와준다는 점을 발견하게 되었다. 이와 같이 자체 발생된 윤활성 때문에, 본 발명의 분말 조성물은 통상의 윤활제를 다른 방법에서 사용되는 양보다 더 적은 양으로 이용할 수 있다. 일반적으로, 이러한 윤활제의 수준은 본 발명의 조성물에 사용되는 결합제의 중량과 동일한 양만큼 감소시킬 수 있다. 불필요한 윤활제가 존재하는 경우, 분말 혼합물의 압축성은 높은 압착 압력에서 불리한 영향을 받기 때문에, 본 발명의 결합제를 이용함으로써 달성하게 된 윤활제의 사용량 감소는 본 발명의 분말 조성물의 압축성 증진에도 기여한다.
본 발명의 결합제 함유 금속 가공용 분말 조성물은 700MPa(50tsi) 이하의 압착 압력에서조차도 높은 압축성을 나타낸다. 이점은, 종래의 결합제 함유 조성물이 일반적으로 약 400 내지 550MPa(30 내지 40tsi)를 초과하는 압착 압력에서 그의 결합제 미함유 유사 조성물에 비해 압축성이 감소한다는 점에 비추어 볼 때, 본 발명의 조성물과 종래의 조성물 사이에 차이점을 보여준다. 또한, 본 발명의 결합제 함유 조성물은 일반적으로 예상되는 압출력의 증가를 초래하지 않고도 사용되는 통상의 다이 윤활제 사용량을 감소시킬 수 있다.
[실시예]
다음 각 실시예에서, 철 기재 분말, 합금 분말, 윤활제 및 결합제(결합제 미함유 대조 혼합물의 경우에는 제외함)의 혼합물을 다음과 같이 제조하였다. 먼저, 철 분말(회가니즈 안코르스틸 1000 철 분말)을 1.0 중량% 또는 0.75 중량의 스테아르산아연과 충분히 혼합시켜서 2개의 상이한 철/윤활제 혼합물을 제조하였다. 이어서, 이와 같이 미리 윤활제를 함유시킨 철 분말을 표준 실험병 혼합 장치에서 15 내지 30분 동안 합금 분말과 건식 혼합시켜서, 약 5 파운드의 혼합 분말 조성물 배취 조를 마련하였다. 이 배취들 중 일부는 실시예 1에 기재한 결합제 미함유 대조 혼합물로 이용하기 위해 보관해 두었다. 합금 분말이 조금이라도 산분화되는 것을 피하기 위해 철저히 신중을 기하였다. 결합제 함유 혼합물은 상기 분말 혼합물 나머지를 통상의 조리용 믹서 중의 적당한 크기의 보울에서 하기 실시예에 기재한 바와 같이 여러 가지 결합제와 혼합시켜서 제조하였다. 이 결합제를 아세톤 중의 용액 형태의 분말 혼합물에 첨가해서, 스파툴라(spatula)를 이용하여 혼합물이 균질하게 습윤될 때가지 분말과 혼합시켰다. 이어서, 이 습윤 분말을 얇은 금속 트레이 상에 전착시키고 건조시켰다. 건조시킨 후, 이 혼합물을 No. 4체(미합중국 규격 체 시리즈)를 통하여 처리해서, 건조시키는 동안 형성되었을지도 모르는 커다란 응괴체를 부수었다. 이와 같이 하여 얻어진 각 분말 혼합물 샘플의 일부를 화학 분석 및 산분화 방치 측정을 위해 보관하였다. 이 혼합물의 나머지를 이용하여 하기 방법에 따라 여러 가지 특성을 시험하는데 이용하였다.
이 혼합물을 조절된 속도로 유동하는 질소를 이용하여 일루트리에이션(elutriation)시킴으로써 산분화 방지 시험을 행하였다. 시험 장치는 유동하는 질소를 받아들이는 사이드 포트(side port)를 장착시킨 2리터 삼각 플라스크 상에 수직으로 올려 놓은 실린더형 유리관으로 이루어져 있다. 이 유리관(길이=17.5cm, 내경=2.5cm)에는 플라스크의 입 부분으로부터 위쪽으로 약 2.5cm 떨어진 곳에 위치하는 400 메쉬 스크린 플레이트가 장착되어 있다. 시험 분말 혼합물 샘플(20 내지 25g)을 스크린 플레이트 상에 놓고, 유리관을 통해 2 리터/분의 속도로 15분 동안 질소를 통과시켰다. 시험을 완료했을 때, 이 분말 혼합물을 분석하여 혼합물 중에 잔류하는 합금 분말의 상대적인 양(합금 분말의 시험전 농도에 대한 백분율로 나타냄)을 측정하는데, 이 양은 산분화 및(또는) 편분화에 의해 일어나는 합근 분말 손실에 대한 조성물의 저항성에 대한 측정치이다.
또한, 각 실시예의 분말 조성물의 겉보기 밀도(ASTM B212-76) 및 유속(ASTM B213-77)도 측정하였다. 이 조성물을 실시예에 기재된 여러 조건 하에서 압분 바아 내로 가압시켜서, 압분 밀도(ASTM B331-76) 및 압분 강도(ASTM B312-76)를 측정하였다. 또 다른 한 조의 압분 바아를 6.9g/㎤의 밀도가 되도록 가압시킨후, 해리 암모니아 중에서 약 1100 내지 1150℃의 온도에서 30분 동안 소결시키고, 이어서 치수 변화(ASTM B610-76), 횡방향 파열 강도(ASTM B528-76) 및 소결밀도(ASTM B331-76)를 측정하였다.
압분 밀도 및 압분 강도 측정에 이용되는 샘플을 제조할 대는 세가지 상이한 압착 방법을 이용하였다. 한 방법에서는, 여러 가지 결합제 첨가물이 주어진 일정 밀도에 도달하는데 필요한 압착 압력에 미치는 영향을 측정하기 위하여 조성물들을 6.9g/㎤의 공통 밀도로 압착시켰다. 다른 한 방법에서는, 상이한 조성물들이 압분 밀도, 압분 강도 및 압출력에 미치는 영향을 스트리핑 및 슬라이딩 압력으로서 측정하기 위해 551.1MPa(40tsi)의 공통 압력으로 모든 조성물을 압착시켰다. 스트리핑 압력은 압착 부품이 다이로부터 압출을 개시하기 위해 극복하여야 하는 정마찰을 측정하는 것으로서, 압출 개시에 필요한 하중을 다이와 접촉하는 압착 부품의 횡단면적으로 나누었을 때 얻어지는 몫으로 계산한다. 슬라이딩 압력은 압출 과정을 지속시키기 위하여 극복하여야 하는 마찰력을 측정하는 것으로서, 압착 부품이 압착 지점으로부터 다이의 입구까지의 거리를 통과할 때 관측되는 평균 하중을 다이와 접촉하는 압착 부품의 면적으로 나누었을 때 얻어지는 몫으로 계산한다. 또다른 압착 방법에서는, 약 53℃의 온도로 미리 가열시킨 장치를 이용하여 조성물 각각에 대해서 일련의 압력 즉, 413.3MPa, 551.1MPa 및 689.0MPa(즉, 30tsi, 40tsi 및 50tsi)의 압력으로 압착시켰다.
실시예 1은 비교 목적을 위해 제공된 것이며, 미합중국 특허 제4,834,800호에 기재된 결합제들 중의 하나를 이용하여 얻을 수 있는 특성을 나타낸다. 실시예 2 내지 4는 본 발명의 결합제를 이용한 예이다. 실시예에서, 달리 언급이 없는 한, 모든 %는 중량 단위이다.
[실시예 1]
하기 표 1.1에 기재한 바와 같이, 합금 성분 및 유기 첨가제를 함유하는 철기재 분말 혼합물 5가지를 제조하여서, 상기 방법에 따라 시험하였다. 표 1.1에 나타낸 바와 같이, 각 경우에 있어서 합금 함량은 명목상으로 흑연 1% 및 구리 2%이었다. 모든 경우에 대해서, 흑연은 평균 입자 크기 4마이크론의 론자(Lonza) 등급 KS-6이었다. 혼합물 제조시, 구리로는 상이한 등급의 2종을 사용하였다. 혼합물 1은 평균 아크로트랙(Microtrac) 입자 크기가 57 마이크론인 알칸(Alcan) 등급 8081을 이용해서 제조하였다. 나머지 혼합물들은 모두 평균 입자 크기 22 마이크론의 그린백(Greenback) 등급 240 MD를 이용해서 제조하였다. 모든 경우에 있어서, 이 혼합물들의 철 분말에는 말린크로트(Mallin Krodt) 플로메트(Flomet) Z 스테아르산아연을 이용하여 미리 윤활성을 제공하였다. 혼합물 1 및 2는 결합제를 함유하지 않는 대조군이다. 혼합물 3 내지 5는 모두 비낙(Vinac) B15 폴리비닐 아세테이트(PVAc) (에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 코. (Air Products and Chemicals Co.)제품) 결합제를 함유하였다.
[표 1.1]
이들 혼합물에 관한 시험 결과를 하기 표 1.2 및 1.3에 나타내었다. 표 1.2에 나타낸 특성은 혼합물을 6.9g/㎤의 밀도로 압착시키는 경우에 대응한다. 표 1.3에 나타낸 데이터는 혼합물을 여러 가지 다양한 압력 및 주위 온도 및 승온에서 압착시킨 결과 얻어지는 압분 특성 및 압출력에 미치는 영향을 나타낸다.
[표 1.2]
[표 1.3]
[실시예 2]
하기 표 2.1에 기재된 바와 같은 합금 성분 및 윳기 첨가제를 함유하는 철 기재 분말 혼합물 6가지(혼합물 6 내지 11)를 제조해서, 상기 방법에 따라 시험하였다. 특정 결합제를 제외하고는, 이 실시예의 혼합물들은 실시예 1의 혼합물 3 내지 5와 동일한 성분을 사용하였다. 이 실시예의 혼합물 5은 종래 기술을 나타낸다. 이 실시예의 혼합물 7 내지 11은 본 발명을 나타내며, 이 혼합물들의 결합제 전부 또는 일부는 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드(글리콜)이다. 모든 혼합물은 0.25%의 결합제를 함유하고, 실시예 1의 결합제 미함유 혼합물과 비교해 볼 때 혼합물 5 내지 11의 윤활제 함량은 결합제 첨가량(0.25%)만큼 즉, 1.0% 내지 0.7% 감소시켰다.
[표 2.1]
이 실시예의 혼합물들에 관한 시험 결과를 하기 표 2.2 및 2.3에 나타내었다. 표 2.2에 나타낸 압분 및 소결 특성은 혼합물을 6.9g/㎤의 밀도로 압착시키는 경우에 대응한다. 표 2.3에 나타낸 데이터는 여러 가지 다양한 압력 및 온도에서 압착시킨 결과 얻어지는 압분 특성 및 압출력의 변화를 나타낸다.
[표 2.2]
표 2.2에 나타낸 혼합물 특성과 실시예 1의 결합제 함유 종래 혼합물의 특성을 비교해 볼 때 6.9g/㎤의 밀도에 도달하는데 필요한 압착 압력이 상당히 감소하는 것을 알 수 있는데, 이로부터 본 발명의 결합제를 이용함으로써 압축성이 개선된다는 점을 알 수 있다. 압축성이 가장 크게 개선된 것은 혼합물 10 및 11이었으며, 이 혼합물들은 실시예 1의 종래의 결합제 함유 혼합물 뿐만 아니라 결합제 미함유 대조 혼합물에 비해 개선되었다. 마찬가지로, 혼합물 9에서 산분화 방지성이 소폭 감소한 것을 제외하고는, 또한 이 데이터는 나머지 다른 측정 특성을 거의 모든 전혀 변화시키지 않으면서 압축성을 개선시킨다는 점을 알려준다.
압착 연구에 대한 결과(표 2.3)로부터, 본 발명의 결합제를 이용함으로써 압축성이 상당히 개선되었다는 점을 알 수 있다. 또한, 이 연구는 압출력이 약간 감소되었다는 점을 보여주는데, 이 점은 반드시 큰 것은 아니지만, 그럼에도 불구하고 압착 압력이 증가하면 반드시 압출력이 증가하리라는 정상적인 예상과는 반대되는 현상이라는 점에서 의미있다.
[표 2.3]
표 2.3에 기재된 첫 번째 조의 결과들은 주위 온도의 장치를 이용하여 551.2MPa(40tsi)에서 압착시키는 경우에 해당하는 것으로서, 이 결과들은 표 2.2에 나타낸 바와 본질적으로 동일한 압축성 개선도를 나타낸다. 이 경우에 있어서, 개선도는 표 2.2에 나타낸 주어진 일정 밀도에 도달하는데 필요한 감소된 압착 압력에 대한 일정 압착 압력에서 도달되는 밀도의 증가에 의해 나타내어진다. 표 2.3( 및 특히, 본 발명의 혼합물 7 내지 11)과 표 1.3(특히, 결합제 미함유 혼합물 1 및 2)을 비교해 볼 때, 높은 압착 압력에서 압축성이 중요하게 증가하고 압출력이 감소된다는 점을 알 수 있다. 더 구체적으로 말하자면, 551MPa(40tsi)에서의 압착의 경우 본 발명의 결합제를 함유하는 혼합물(혼합물 7 내지 11) 각각의 압분 밀도는 실시예 1의 결합제 미함유 혼합물의 압분 밀도에 비해 0.03 내지 0.04g/㎤정도 증가하였다. 혼합물 1 및 2가 갖는 기존의 높은 기본 밀도 6.98g/㎤에 비해 밀도가 이와 같이 상당히 증가했다는 점은 의미있다. 본 발명의 결합제의 윤활 효과는 본 발명의 결합제를 함유하는 혼합물에 대한 슬라이딩 압력이 결합제 미함유 혼합물 또는 종래의 결합제 함유 혼합물의 슬라이딩 압력보다 상당히 더 낮아졌다는 사실에 의해 알 수 있다(551MPa의 압착에서의 혼합물 7 내지 11과 혼합물 1 내지 6의 비교).
689MPa(50tsi)의 높은 압력에서 수행한 압착 시험 결과를 비교해 볼 때 동일한 경향을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 모든 경우에 있어서, 본 발명의 혼합물의 밀도는 표 1.3의 결합제 미함유 또는 종래의 결합제 함유 혼합물이 나타내는 밀도보다 실질적으로 더 높다. 또한, 표 1.3의 혼합물과 비교해 볼 때 본 발명의 혼합물의 압출력은 실질적으로 더 낮으며, 이점은 이 압착 수준에서 스트리핑 압축 뿐만 아니라 슬라이딩 압력이 감소되었다는 점을 나타낸다. 이러한 감소는, 본 발명의 혼합물이 통상의 윤활제인 스테아르산아연을 표 1.3의 혼합물 1 내지 4보다 25% 정도 덜 함유하기 때문에 특히 의미있다.
[실시예 3]
이 실시예의 시험 혼합물에 이용되는 합금 물질은 인 함량이 약 14.6%인 Fe3P 입자(평균 입자 크기 = 9.3 마이크론; 밀도 = 6.89g/㎤)이다. 이 분말 혼합물의 Fe3P 함량은 약 3.1%이며, 이 양은 분말 조성물에 약 0.45%의 전체 인함량을 제공한다. 혼합물에 첨가되는 윤활제 및 결합제의 양에 대해서는 표 3.1에 나타내었다. 이 실시예의 혼합물 12 및 13은 종래의 결합제인 폴리비닐 아세테이트를 이용한 것을 나타낸다. 혼합물 14 내지 17은 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드 또는 폴리아틸렌 글리콜과 1종 이상의 다른 결합제(및 혼합물 14의 경우에는, 혼합제를 위한 가소제인 디시클헥실 프탈레이트 함유)의 혼합물을 함유하였다.
[표 3.1]
이 실시예의 6개의 혼합물에 관한 시험 결과는 표 3.2 및 3.3에 나타내었다. 표 3.2에 나타낸 압분 및 소결 특성은 6.9g/㎤의 밀도로 압착시키는 경우에 대응한다. 다양한 압착 조건이 6개의 혼합물의 압분 특성 및 압출력에 미치는 영향을 표 3.3에 나타내었다.
[표 3.2]
표 3.2에 나타낸 데이터로부터, 혼합물 14 내지 17의 본 발명의 결합제가 압착 특성에 실질적인 악영향을 마치고 않고도 더 낮은 수준의 윤활제(스테아르산아연)와 함께 이용할 수 있음을 할 수 있다. 예를 들면, 산분화 방지성 데이터는 신규 결합제를 이용하여 제조한 혼합물이 종래의 혼합물 12 및 13과 필적하거나 또는 어떤 경우에서는 더 양호하다는 점을 나타낸다. 마찬가지로, 신규 결합제의 혼합물은 혼합물 13에 비해 개선된 압분 특성을 나타낸다. 혼합물 12와 비교해볼 때 그 개선도는 극히 소폭에 지나지 않았지만, 혼합물 12는 결합제 수준의 불과 1/2을 함유하고 있으므로, 가장 양호한 압분 특성 및 압축성을 가지리라 기대했었기 때문에, 본 발명의 혼합물이 조금이라도 개선도를 나타냈다는 사실은 의미있다. 이밖에, 또한 이 표에 나타낸 데이터는 본 발명의 결합제를 함유하는 혼합물의 매우 중요한 유동 특성을 포함하여 분말 특성 및 소결 특성 모드가 종래 기술의 혼합물의 특성들과 유사하다는 점을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 결합제를 이용함으로써 다른 특성을 손실하지 않고도 압축성 및 압분 특성을 증가시킬 수 있다.
[표 3.3]
일반적으로, 표 3.3에 나타낸 압착 연구의 결과는 본 발명의 결합제를 함유하는 혼합물 14 내지 17의 압축성 개선에 관한 상기 사항을 입증한다. 예를 들면, 신규 결합제를 함유하는 혼합물의 압분 밀도 값은 혼합물 13의 결과와 비교해 볼 때는 개선되었고, 혼합물 12의 결과와 비교해 볼 때는 동등하거나 또는 능가하였다. 압분 강도에 있어서, 종래 결합제의 효과에 비해 신규 결합제의 효과는 압착 장치의 온도에 좌우된다. 주위 온도에서, 신규 결합제 함유 혼합물은 종래의 결합제 함유 혼합물보다 더 높은 값을 나타내지만, 승온 압착에서는 이와 반대 현상이 관찰되었다. 그러나, 모든 경우에 있어서, 본 발명 혼합물의 압분 강도는 상기 2개의 실시예 중 어느 하나의 압분 강도보다도 더 높았다. 신규 결합제를 함유하는 혼합물의 압출력 결과는 압착 장치의 온도 또는 압착 압력의 크기가 거의 또는 전혀 좌우되지 않는다는 점을 나타낸다. 예를 들면, 표 3.3에 기재한 상이한 압착 조건을 나타내는 세조의 모든 데이터는 신규 결합제를 함유하는 혼합물에 대해 거의 동일한 값을 나타내었다. 일반적으로, 압출력 결과는 동일한 결합제 함량을 갖는 종래의 혼합물인 혼합물 13에 비해 개선되었다. 종종 이들은 혼합물 12의 결과보다 열등하지만, 이는 이 혼합물이 더 높은 수준의 윤활제를 함유하기 때문에 예상되는 결과였다. 모든 경우에 있어서, 압측성에서 보여주는 개선도는 압출력에 미치는 이러한 악영향을 능가하였다.
[실시예 4]
이 실시예의 조성물에 이용되는 합금 물질은 흑연 1%, 니켈 3% 및 구리 1%이었다. 흑연 및 구리 첨가물은 실시예 1 및 2에서 사용된 종류와 동일한 물질이었다(즉, 각각 론자 KS-5 및 그린백 240 MD), 니켈(“인코 123”니켈 : International Nickel Company 제품)은 11.4 마이클론의 평균 마이크로트랙 입자 크기를 가졌다. 이 혼합물에 첨가되는 윤활제 및 결합제 첨가제는 표 4.1에 나타내었다. 윤활제로는 아크라왁스 C(Glycol Chemical Co. 제품)를 사용하였다. 결합제 전부가 폴리비닐 아세테이트인 종래의 결합제 함유 혼합물인 대조 혼합물 18을 제외하고는, 혼합물 19 내지 22의 신규 결합제는 표 4.1에 나타낸 중합체들의 혼합물이었다. 이 실시예에 이용되는 혼합물은 고분자량 폴리알킬렌 옥사이드가 전체 결합제 중량의 약 50 내지 60%를 구성하는 본 발명의 분말 조성물을 예시한다. 혼합물 22는 저분자량 가소제인 평균 분자량 약 320의 “인도폴(IndoPol)”L-14 폴리부텐을 함유하는 결합제를 한 예이다. 혼합물 20 및 21의 결합제는 본 발명의 폴리알킬렌 옥사이드 물질 이외의 불소 함유 탄성 중합체 물질을 함유한다. 이 물질은 평균 분자량이 35,000 내지 100,000인 1,1,2,3,4-헥사플루오로-1-프로펜과 1,1-디플루오에탄의 공중합체이다.
이 혼합물에 대해 수행한 시험 결과는 표 4.2 및 4.3에 나타내었다. 표 4.2에 나타낸 압분 특성 및 소결 특성은 6.9g/㎤의 밀도로 압착시켰을 때를 기준으로 한다. 여러 가지 다양한 압착 조건이 혼합물의 압분 특성 및 압출력에 미치는 영향을 표 4.2에 나타내었다.
또한, 이 실시예는 종래의 결합제 관련 기술과 좀 더 직접적으로 비교하는 예를 제공한다. 실시예 2 및 3에서, 특성에 대한 결합제의 영향을 직접적으로 비교하기 위해, 종래 기술을 대표하는 대조 혼합물은 본 발명의 결합제를 함유하는 혼합물에 이용되는 것과 동일한 윤활제 및 결합제 함량을 이용하여 제조하였다. 그러나, 이들 특정 혼합물은 실제 실시함에 있어서는 이러한 방법으로 제조되지 않았을 것이다. 오히려, 이 결합제 함량은 종래 결합제가 선택된 미합중국 특허 제4,834,800호에 기재된 바와 같이 종래 기술의 결합제 첨가 계획표를 엄격히 준수하여 결정되었을 것이다. 게다가, 통상의 윤활제 함량을 첨가되는 결합제의 양과 거의 동일한 양만큼 감소시키는 것은 본 발명 기술에 따른 부수적인 사항이지, 종래 기술의 방법의 일부는 아닐지도 모른다. 따라서, 이 실시예의 대조군(혼합물 18)은 미합중국 특허 제4,834,800호를 참조하여 (a) 결합제의 양은 이 특허 문헌에 기재된 계획표에 따라 계산하고, (b) 윤활제 수준(통상적으로 약 1%)을 결합제 사용량 정도만큼 감소시키지 않은 채로 제조하였다.
[표 4.1]
표 4.2에서 알 수 있는 바와 같이, 혼합물 19 내지 22의 신규 결합제계가 제공하는 가장 중요한 차이는 압축성에 있으며, 여기에서 목표 밀도에 도달하는데 필요한 압착 압력은 신규 결합제를 함유하는 혼합물의 경우 적어도 15%정도 감소하였다. 신규 결합제에 의한 산분화 방지성은 종래 기술의 결합제의 산분화 방지성보다 약간 낮지만, 모든 경우에 있어서 약 80%인 것으로 발견되었는데, 이는 적절한 합금 및 균질성을 유지시키는데 필요한 최소한의 산분화 방지성을 초과하였다.
[표 4.2]
[표 4.3]
표 4.2에 나타낸 바와 같이 압착 연구의 결과는 본 발명의 결합제에 의해 압축성이 증가된다는 점을 입증한다. 신규 결합제가 압축성에 미치는 영향은 승온 연구의 결과에 의해 가장 잘 설명되는데, 이 연구 결과에 따르면, 압력이 증가함에 따라 압축성 개선도가 증가한다는 점을 알 수 있다. 예를 들면, 가장 낮은 압착 압력 430MPa(30tsi)에서 종래의 혼합물 18에 대한 압분 밀도의 평균 개선도는 0.07g/㎤인 반면, 가장 높은 압력인 689MPa(50tsi)에서 대응하는 값은 0.13g/㎤였다. 이러한 개선도는, 조성 변화에 기인하여 초래될 수 있는 압축성 증가가 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 더 명백하리라는 일반적으로 관측되는 경우에 반대되는 현상이다. 게다가, 일반적으로 압축성으로 압축성은 압착 압력이 증가함에 따라 감소하리라 기대된다. 즉, 압분 밀도는 약 551MPa(40tsi) 보다 높은 압착 압력에서 이론적인 최대치에 점근적으로 접근하는 경향이 있다. 이러한 연구에서 가장 중요한 것은, 본 발명의 결합제 함유 혼합물의 경우 압착 압력 증가에 따른 밀도 증가율이 적어도 689MPa(50tsi) 이하의 압력에서는 예상 속도로 균등화되지 않는다는 점이다.
표 4.3으로부터, 신규 결합제는 종래 기술의 혼합물 18에 비해 압출력을 약간 증가시키거나 또는 이와 식별할 수 없을 정도의 영향을 미친다는 사실을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 혼합물 18은 신규 결합제를 함유하는 혼합물들보다 33% 이상의 통상의 윤활제를 함유하므로, 신규 결합제에 대한 이들 실시 태양의 압출력 결과는 신규 결합제를 사용함으로써 수반되는 압축성 개선이라는 면에서 볼 때 아직도 상업적으로 합리적이라는 점을 유의하여야 한다.

Claims (14)

  1. 철 기재 분말, 1종 이상의 합금 분말 소량, 및 철 기재 분말 및 합금 분말을 위한 유기 결합제로 이루어지고, 상기 결합제의 40 중량% 이상이 하기 일반식의 폴리알킬렌 옥사이드 것을 특징으로 하는 개선된 금속 가공용 분말 조성물.
    식 중, R은 CH3또는 C2H5이고, n은 7,000이상의 수평균 분자량을 제공하기에 충분한 옥시알킬렌 반복 단위의 평균 갯수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 결합제가 철 기재 분말 및 합금 분말의 중량을 기준으로 하여 1 중량% 이하의 양으로 존재하고, 철 기재 분말이 150 마이크론 이하의 평균 입자 크기를 갖는 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 에틸렌 글리콜의 단독 중합체 또는 공중합체로 이루어지는 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 15,000 내지 100,000의 수평균 분자량을 가지고, 철 기재 입자가 70 내지 100 마이크론의 평균 입자 크기를 갖는 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 15,000 내지 35,000의 평균 분자량을 갖는 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 유기 결합제의 50 중량%이상을 구성하는 조성물.
  7. 제5항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 에틸렌 글리콜의 단독 중합체 또는 공중합체이고, 유기 결합제의 75 중량% 이상을 구성하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 700MPa 이하의 압착 압력에서 그의 결합제 미함유 유사 조성물과 적어도 동등한 압축성을 갖는 금속 가공용 분말 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 조성물 중의 합금 분말에 대한 결합제의 중량비가 하기 표에 따르는 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 700MPa 이하의 압착 압력에서 그의 결합제 미함유 유사 조성물과 적어도 동등한 압축성을 갖는 금속 가공용 분말 조성물.
  11. 제4항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 에틸렌 글리콜의 단독 중합체 또는 공중합체이고, 이 조성물이 700MPa 이하의 압착 압력에서 그의 결합제 미함유 유사 조성물과 적어도 동등한 압축성을 갖는 금속 가공용 분말 조성물.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조성물 중의 합금 분말에 대한 결합제의 중량비가 하기 표에 따르는 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 75,000 이상의 평균 분자량을 가지고, 상기 유기 결합제가 필수적으로 상기 폴리알킬렌 옥사이드 60 내지 95 중량% 및 상기 폴리알킬렌 옥사이드를 위한 가소제 5 내지 40 중량%로 구성되는 조성물.
  14. 제9항에 있어서, 상기 폴리알킬렌 옥사이드가 75,000 이상의 평균 분자량을 가지고, 상기 유기 결합제가 필수적으로 상기 폴리알킬렌 옥사이드 60 내지 95 중량% 및 상기 폴리알킬렌 옥사이드를 위한 가소제 5 내지 40 중량%로 구성되는 조성물.
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07173503A (ja) * 1993-11-04 1995-07-11 Kobe Steel Ltd 粉末冶金用結合剤および粉末冶金用混合粉末
SE9401623D0 (sv) * 1994-05-09 1994-05-09 Hoeganaes Ab Sintered products having improved density
NL9400879A (nl) * 1994-05-27 1996-01-02 Univ Delft Tech Werkwijze voor het vervaardigen van gevormde voorwerpen uit metallische of keramische poederdeeltjes alsmede bindersysteem dat geschikt is om daarbij te worden gebruikt.
ES2093548B1 (es) * 1994-06-06 1997-08-01 Applic Metales Sinter Perfeccionamientos en la composicion de una mezcla de polvos para pulvimetalurgia y un procedimiento para su obtencion.
US5498276A (en) * 1994-09-14 1996-03-12 Hoeganaes Corporation Iron-based powder compositions containing green strengh enhancing lubricants
US5782954A (en) * 1995-06-07 1998-07-21 Hoeganaes Corporation Iron-based metallurgical compositions containing flow agents and methods for using same
US6039784A (en) * 1997-03-12 2000-03-21 Hoeganaes Corporation Iron-based powder compositions containing green strength enhancing lubricants
US5976215A (en) * 1997-08-29 1999-11-02 Kawasaki Steel Corporation Iron-based powder mixture for powder metallurgy and process for preparing the same
US6280683B1 (en) 1997-10-21 2001-08-28 Hoeganaes Corporation Metallurgical compositions containing binding agent/lubricant and process for preparing same
AU754473B2 (en) * 1997-10-21 2002-11-14 Aveka, Inc. Improved metallurgical compositions containing binding agent/lubricant and process for preparing same
DE19752993A1 (de) 1997-11-28 1999-06-02 Gkn Sinter Metals Gmbh & Co Kg Verfahren zur Herstellung von sinterbaren metallischen Formteilen aus einem Metallpulver
US6372348B1 (en) 1998-11-23 2002-04-16 Hoeganaes Corporation Annealable insulated metal-based powder particles
US6068813A (en) * 1999-05-26 2000-05-30 Hoeganaes Corporation Method of making powder metallurgical compositions
US6364927B1 (en) 1999-09-03 2002-04-02 Hoeganaes Corporation Metal-based powder compositions containing silicon carbide as an alloying powder
US6346133B1 (en) 1999-09-03 2002-02-12 Hoeganaes Corporation Metal-based powder compositions containing silicon carbide as an alloying powder
JP2003514112A (ja) * 1999-11-04 2003-04-15 ヘガネス・コーポレーシヨン 改善された冶金用粉末組成物およびその製造法並びに使用
JP2002110237A (ja) * 2000-08-17 2002-04-12 Samsung Sdi Co Ltd リチウム−硫黄電池用正極活物質組成物、その製造方法及びリチウム−硫黄電池
AT4737U1 (de) * 2001-01-15 2001-11-26 Plansee Ag Pulvermetallurgisches verfahren zur herstellung hochdichter formteile
US20030047032A1 (en) * 2001-06-22 2003-03-13 Newman Keith E. Method of producing powder metal parts from metallurgical powders including sponge iron
US6689188B2 (en) 2002-01-25 2004-02-10 Hoeganes Corporation Powder metallurgy lubricant compositions and methods for using the same
US6802885B2 (en) 2002-01-25 2004-10-12 Hoeganaes Corporation Powder metallurgy lubricant compositions and methods for using the same
DE10244486A1 (de) * 2002-09-24 2004-04-01 Gkn Sinter Metals Gmbh Mischung zur Herstellung von gesinterten Formteilen
US7125435B2 (en) * 2002-10-25 2006-10-24 Hoeganaes Corporation Powder metallurgy lubricants, compositions, and methods for using the same
CA2534472A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-17 Apex Advanced Technologies, Llc Composition for powder metallurgy
BRPI0417149B1 (pt) * 2003-12-03 2014-06-10 Hoeganaes Corp Método de fabricar peças por metalurgia do pó usando infiltração à base de ferro
SE0303453D0 (sv) * 2003-12-22 2003-12-22 Hoeganaes Ab Metal powder composition and preparation thereof
US7153339B2 (en) * 2004-04-06 2006-12-26 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical compositions and methods for making the same
US7300489B2 (en) * 2004-06-10 2007-11-27 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical compositions and parts made therefrom
US7604678B2 (en) * 2004-08-12 2009-10-20 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical compositions containing organometallic lubricants
CN100594112C (zh) * 2004-10-27 2010-03-17 住友化学株式会社 生产发泡制品的方法
US20060285989A1 (en) * 2005-06-20 2006-12-21 Hoeganaes Corporation Corrosion resistant metallurgical powder compositions, methods, and compacted articles
PL1968761T3 (pl) 2005-12-30 2013-08-30 Hoeganaes Ab Metalurgiczny kompozyt proszkowy
US20070186722A1 (en) 2006-01-12 2007-08-16 Hoeganaes Corporation Methods for preparing metallurgical powder compositions and compacted articles made from the same
JP4957859B2 (ja) * 2010-08-31 2012-06-20 Ｊｆｅスチール株式会社 種子被覆用鉄粉及び種子
WO2012138527A1 (en) 2011-04-06 2012-10-11 Hoeganaes Corporation Vanadium-containing powder metallurgical powders and methods of their use
CN104968770B (zh) 2013-02-05 2018-04-24 株式会社Adeka 金属粉末冶金用润滑剂、其制造方法、金属粉末组合物及金属粉末冶金制品的制造方法
KR20150127214A (ko) 2013-03-14 2015-11-16 회가나에스 코오포레이션 야금학적 조성물의 무용매 결합 방법
US20230125609A1 (en) 2021-10-14 2023-04-27 Hoeganaes Corporation Alloy compositions

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL113443C (ko) * 1960-05-10
US3470019A (en) * 1965-02-04 1969-09-30 Matthey Bishop Inc Platinum coating composition,process and platinum-coated materials
US3307924A (en) * 1965-06-30 1967-03-07 Glidden Co Copper infiltrating composition for porous ferruginous material
GB1224735A (en) * 1967-04-05 1971-03-10 British Petroleum Co Improved lubricating compositions
US4062678A (en) * 1974-01-17 1977-12-13 Cabot Corporation Powder metallurgy compacts and products of high performance alloys
US3846126A (en) * 1973-01-15 1974-11-05 Cabot Corp Powder metallurgy production of high performance alloys
US3988524A (en) * 1973-01-15 1976-10-26 Cabot Corporation Powder metallurgy compacts and products of high performance alloys
US4106932A (en) * 1974-07-31 1978-08-15 H. L. Blachford Limited Lubricants for powdered metals, and powdered metal compositions containing said lubricants
JPS5843815B2 (ja) * 1975-10-23 1983-09-29 富士写真フイルム株式会社 ジキキロクテ−プ
JPS51163498U (ko) * 1976-06-09 1976-12-27
US4181525A (en) * 1978-07-19 1980-01-01 Metco, Inc. Self-bonding flame spray powders for producing readily machinable coatings
US4268599A (en) * 1979-01-08 1981-05-19 Pitney Bowes, Inc. Treated toner magnetic carrier and method of making the same
US4491559A (en) * 1979-12-31 1985-01-01 Kennametal Inc. Flowable composition adapted for sintering and method of making
SE427434B (sv) * 1980-03-06 1983-04-11 Hoeganaes Ab Jernbaserad pulverblandning med tillsats mot avblandning och/eller damning
US4545926A (en) * 1980-04-21 1985-10-08 Raychem Corporation Conductive polymer compositions and devices
JPS58147106A (ja) * 1982-02-26 1983-09-01 Toshiba Corp 鉄心材料
US4504441A (en) * 1983-08-01 1985-03-12 Amsted Industries Incorporated Method of preventing segregation of metal powders
SE438275B (sv) * 1983-09-09 1985-04-15 Hoeganaes Ab Avblandningsfri jernbaserad pulverblandning
GB2149714A (en) * 1983-11-07 1985-06-19 Metrode Products Limited Extrusion process
JPS61115237A (ja) * 1984-11-12 1986-06-02 Victor Co Of Japan Ltd 磁気記録媒体
US4721599A (en) * 1985-04-26 1988-01-26 Hitachi Metals, Ltd. Method for producing metal or alloy articles
US4834800A (en) * 1986-10-15 1989-05-30 Hoeganaes Corporation Iron-based powder mixtures
JPH0745683B2 (ja) * 1987-09-30 1995-05-17 川崎製鉄株式会社 圧縮性および均質性に優れる複合鋼粉
US4976778A (en) * 1988-03-08 1990-12-11 Scm Metal Products, Inc. Infiltrated powder metal part and method for making same
US4921665A (en) * 1988-03-11 1990-05-01 Scm Metal Products, Inc. Process for preparing powder metal parts with dynamic properties
JP2749015B2 (ja) * 1989-02-20 1998-05-13 株式会社神戸製鋼所 粉末冶金用混合粉末及び結合剤

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Publication number Publication date
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JPH0610001A (ja) 1994-01-18
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ES2087465T3 (es) 1996-07-16
EP0559987A1 (en) 1993-09-15
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DE69209048D1 (de) 1996-04-18
TW206934B (ko) 1993-06-01

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