KR102103888B1

KR102103888B1 - 분말 야금용 윤활제 및 상기 윤활제를 포함하는 금속 분말 조성물

Info

Publication number: KR102103888B1
Application number: KR1020167008939A
Authority: KR
Inventors: 야닝 토마스; 빈센트 패리스; 실바인 생로랑
Original assignee: 내션얼 리서치 카운슬 오브 캐나다
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2020-04-24
Also published as: JP6796124B2; CN110484342A; BR112016007762A2; US20180298305A1; BR122020024585B1; CA2923775C; MX2021006550A; WO2015035515A1; US10030209B2; EP3043935B1; CA2923775A1; ES2724330T3; JP2016537512A; EP3043935A4; CA3079312A1; KR20160054532A; BR112016007762B1; US20150068361A1; EP3482852A1; CA3079312C

Abstract

본 발명은 실질적으로 지방 비스아미드 왁스를 함유하지 않고 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된, 적어도 약 90 wt%의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하는 제1 단립자와, 지방 비스아미드 왁스를 포함하며 금속 스테아레이트가 없는 제2 단립자를 포함하는 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제에 관한 것이다. 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스 및, 지방 모노아미드 왁스와 지방 비스아미드 왁스 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 지방 아미드 왁스를 포함할 수 있다.

Description

분말 야금용 윤활제 및 상기 윤활제를 포함하는 금속 분말 조성물{LUBRICANT FOR POWDER METALLURGY AND METAL POWDER COMPOSITIONS CONTAINING SAID LUBRICANT}

본 발명의 기술분야는 윤활제를 포함하는 금속 분말 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 분말 야금(powder metallurgy)용 미립자성 복합 윤활제 및 미립자성 복합 윤활제를 포함하는 분말 야금용 분말 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

분말 야금 산업(PM industry)에서, 금속 분말, 예컨대 철 함유 분말은 성분들을 제조하는데 사용한다. 보다 구체적으로, 금속 분말 조성물은 다이(die)에서 고압 하에 압분체(green compact)로 압축되고, 압분체는 다이에서 토출되어 소결체로 소결된다. 이러한 니어 넷(near net) 성형 기술은 기계가공 같은 다른 통상적 방법에 비해 저비용으로 부품을 생산할 수 있다.

금속 분말 조성물은 금속 분말, 윤활제, 및 경우에 따라 다른 첨가제의 혼합물을 포함한다. 분말 야금 윤활제는 일반적으로 왁스의 다른 형태이며, 이것은 미세 입자로 분쇄 또는 미립화되어 금속 분말, 예컨대 철 및 스틸 분말과 블렌드된다. 윤활제는 미립자 사이의 마찰 및 압축 동안 다이 벽과의 마찰을 줄여서 치밀화를 향상할 뿐만 아니라, 다이로부터 부품 토출시 다이 벽과의 마찰을 줄인다. 또한, 윤활제는 금속 분말 조성물이 다이 공동 내에서 적절하게 흐르고 가단성이 있어서 압축 공정을 방해하지 않도록 선택된다. 기계적 특성과 부품의 최종 밀도 사이에는 강력한 연관성이 있다. 따라서, 고밀도가 얻어지도록 하는 윤활제는 부가적인 가치가 있다. PM 분야에서 통상적으로 사용되는 윤활제는 금속 스테아레이트와 아미드 왁스, 예컨대 에틸렌 비스스테아르아미드 왁스를 포함한다. 금속 스테아레이트가 우수한 윤활제이기는 하지만 소결하는 동안 부품에 얼룩을 만들 수 있고 소결로 배기가스에 의한 중금속 오염을 유발할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하는 것이다.

일반적 측면에 따라, 실질적으로 지방 비스아미드 왁스를 함유하지 않고 적어도 부분적으로 금속 산화물 나노입자로 코팅된, 적어도 약 90 wt%의 지방 1차(primary) 모노아미드 왁스를 포함하는 제1 단립자(discrete particle) 및 지방 비스아미드 왁스를 포함하는 금속 스테아레이트가 없는 제2 단립자를 포함하는 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제가 제공된다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 약 10 wt% 내지 약 60 wt%의 제1 단립자를 포함한다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 약 40 wt% 내지 약 90 wt%의 제2 단립자를 포함한다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 본질적으로 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스로 이루어진다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스로 이루어진다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 추가로 적어도 약 50 wt%의 지방 비스아미드 왁스 및 약 10 wt% 미만의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함한다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 추가로 적어도 약 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스를 포함한다. 예를 들어, 제2 단립자는 본질적으로 지방 비스아미드 왁스로 이루어진다.

일 구체예에서, 제2 단립자의 지방 비스아미드 왁스는 적어도 2개의 지방 비스아미드 왁스를 포함한다.

일 구체예에서, 지방 1차 모노아미드 왁스는 탄소수가 12 내지 24인 지방산의 모노아미드이다. 모노아미드는 라우라미드, 팔미타미드, 스테아라미드, 아라키다미드, 베헤나미드(behenamide), 올레아미드, 에루카미드(erucamide), 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택할 수 있다.

일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자는 철 산화물, Ti0₂, Al₂0₃, Sn0₂, Si0₂, Ce0₂, 및 인듐 티타늄 산화물 나노입자, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 구체예에서, 금속 산화물 나노입자는 흄드 실리카(fumed silica) 나노입자를 포함한다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 약 5 wt% 미만의 금속 산화물 나노입자를 포함한다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 약 250 μm 미만이다.

일 구체예에서, 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자는 약 15 μm 내지 약 100 μm의 평균입자크기를 갖는다.

일 구체예에서, 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자의 D99는 약 80 μm 내지 약 220 μm이다.

일 구체예에서, 지방 비스아미드 왁스는 메틸렌 비스올레아미드, 메틸렌 비스스테아라미드(bisstearamide), 에틸렌 비스올레아미드, 헥실렌 비스스테아라미드, 및 에틸렌 비스스테아라미드 (EBS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 지방산 비스아미드이다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 약 50 μm 미만의 평균입자크기를 갖는다.

일 구체예에서, 제2 단립자의 D99는 약 200 μm 미만이다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 실질적으로 금속을 함유하지 않는다.

특정 구체예에서, 제1 단립자는 에루카미드 입자를 포함하고, 금속 산화물 나노입자는 흄드 실리카 나노입자를 포함하고 제2 단립자는 에틸렌 비스스테아라미드 입자를 포함한다. 미립자성 복합 윤활제는 약 10 wt% 내지 약 60 wt%의 에루카미드 입자 및 약 40 wt% 내지 약 90 wt%의 에틸렌 비스스테아라미드 입자를 포함할 수 있다. 에루카미드 입자는 약 60 μm의 평균입자크기와 약 175 μm 미만의 직경을 가질 수 있다.

다른 일반적 측면에 따라, 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위 농도의 상기한 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 금속 함유 분말을 포함하는 야금 분말 조성물이 제공된다. 일 구체예에서, 금속 함유 분말은 철 함유 분말이다.

또다른 일반적 측면에 따라, 분말 야금용 분말 조성물을 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 분말 조성물의 전체 중량에 대해 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위 농도의 상기한 미립자성 복합 윤활제를 금속 함유 분말에 첨가하는 것을 포함한다. 일 구체예에서, 금속 함유 분말은 철 함유 분말이다.

또다른 일반적 측면에 따라, 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제가 제공된다. 미립자성 복합 윤활제는 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하고 지방 비스아미드 왁스가 실질적으로 없으며 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자(여기서 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자는 약 15 μm 내지 약 100 μm의 평균입자크기를 갖는다), 및 지방 비스아미드 왁스를 포함하고 평균입자크기가 약 50 μm 미만인 메탈 스테아레이트가 없는 제2 단립자를 포함한다.

일 구체예에서, 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자는 약 25 μm 내지 약 75 μm의 평균입자크기를 갖는다.

일 구체예에서, 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자의 D99는 약 115 μm 내지 약 180 μm이다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 약 15 μm 미만의 평균입자크기를 갖는다.

일 구체예에서, 제2 단립자의 D99는 약 200 μm 미만이다.

일 구체예에서, 제2 단립자의 D99는 약 150 μm 미만이다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 적어도 약 90 wt%의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함한다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 추가로 적어도 약 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스를 포함한다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 본질적으로 지방 비스아미드 왁스로 이루어진다.

일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자는 철 산화물, Ti0₂, Al₂0₃, Sn0₂, Si0₂, Ce0₂, 및 인듐 티타늄 산화물 나노입자, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함한다.

일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자는 흄드 실리카 나노입자를 포함한다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 약 250 μm 미만이다.

일 구체예에서, 지방 비스아미드 왁스는 메틸렌 비스올레아미드, 메틸렌 비스스테아라미드, 에틸렌 비스올레아미드, 헥실렌 비스스테아라미드, 및 에틸렌 비스스테아라미드 (EBS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 지방산 비스아미드이다.

다른 일반적 측면에 따라, 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위 농도의 상기한 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 금속 함유 분말을 포함하는 야금용 분말 조성물을 제공한다. 일 구체예에서, 금속 함유 분말은 철 함유 분말이다.

다른 일반적 측면에 따라, 분말 야금용 분말 조성물의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 분말 조성물의 전체 중량에 대해 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위 농도의 상기한 미립자성 복합 윤활제를 금속 함유 분말에 첨가하는 것을 포함한다. 일 구체예에서, 금속 함유 분말은 철 함유 분말이다.

다른 일반적 측면에 따라, 몬탄산(Montan acid) 에스테르 왁스 및, 지방 모노아미드 왁스와 지방 비스아미드 왁스 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 지방 아미드 왁스를 포함하는 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제를 제공한다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하는 제1 단립자를 포함한다. 제1 단립자는 지방 모노아미드 왁스를 추가로 포함할 수 있고, 지방 모노아미드 왁스는 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 추가로 지방 비스아미드 왁스, 지방 모노아미드 왁스, 글리세리드, 몬탄산 에스테르 왁스, 파라핀 왁스, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속이 없는 유기 분말상(pulverulent) 윤활제를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 추가로 지방 비스아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다. 제2 단립자는 추가로 몬탄산 에스테르 왁스를 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 추가로 지방 비스아미드 왁스를 포함한다. 미립자성 복합 윤활제는 추가로 지방 비스아미드 왁스, 지방 모노아미드 왁스, 글리세리드, 몬탄산 에스테르 왁스, 파라핀 왁스, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속이 없는 유기 분말상 윤활제를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다.

미립자성 복합 윤활제는 지방 모노아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 추가로 포함할 수 있고, 지방 모노아미드 왁스는 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함한다. 일 구체예에서, 제2 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 제1 단립자 및 제2 단립자를 포함하고, 제1 단립자는 몬탄산 에스테르 왁스와 지방 모노아미드 왁스, 예를 들어 에루카미드를 포함하고, 제2 단립자는 에틸렌 비스스테아라미드를 포함한다. 제1 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅할 수 있다. 제2 단립자는 추가로 몬탄산 에스테르 왁스를 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스와 지방 비스아미드 왁스, 예를 들어 에틸렌 비스스테아라미드를 포함하는 제1 단립자를 포함한다. 미립자성 복합 윤활제는 추가로 에루카미드를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다. 제2 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 제2 단립자는 추가로 몬탄산 에스테르 왁스를 포함할 수 있다. 대안적 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 제2 단립자를 포함하지 않을 수 있다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스와 지방 모노아미드 왁스, 예를 들어 에루카미드를 포함하는 제1 단립자를 포함하고 제2 단립자를 포함하지 않는다. 제1 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하는 제1 단립자와 적어도 하나의 지방 아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 포함한다. 미립자성 복합 윤활제는 추가로 지방 비스아미드 왁스, 지방 모노아미드 왁스, 글리세리드, 파라핀 왁스, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속이 없는 유기 분말상 윤활제를 포함하는 제3 단립자를 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 스테아레이트를 함유하지 않는다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 약 10 wt% 내지 약 99.5 wt%의 적어도 하나의 지방 아미드 왁스를 포함한다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 몬탄산 에스테르 왁스를 포함한다. 일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제의 남은 부분은 적어도 하나의 지방 아미드 왁스를 포함한다. 남은 부분은 금속 산화물 나노입자 코팅을 포함할 수 있다.

일 구체예에서, 적어도 하나의 지방 아미드 왁스는 1차 모노아미드 왁스, 2차 모노아미드 왁스, 비스아미드 왁스, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.

일 구체예에서, 지방 아미드 왁스는 라우라미드, 팔미타미드, 스테아라미드, 올레아미드, 아라키다미드, 베헤나미드, 에루카미드, 스테아릴 스테아라미드, 스테아릴 올레아미드, 스테아릴 에루카미드, 올레일 팔미타미드, 올레일 스테아라미드, 에루실(erucyl) 스테아라미드, 에루실 에루카미드, 에틸렌 비스스테아라미드, 에틸렌 비스올레아미드, 헥사메틸렌 비스스테아라미드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 적어도 하나의 지방 아미드 왁스 및 몬탄산 에스테르 왁스를 용융한 다음, 냉각하고 적어도 하나의 지방 아미드 왁스 및 몬탄산 에스테르 왁스를 단립자로 분쇄하여 얻어진다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 적어도 하나의 지방 아미드 왁스와 몬탄산 에스테르 왁스를 용융한 다음, 적어도 하나의 지방 아미드 왁스와 몬탄산 에스테르 왁스를 단립자로 미분(atomizing)하여 얻어진다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하는 제1 단립자와 지방 아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 포함한다. 지방 아미드 왁스의 제2 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅할 수 있다. 금속 산화물 나노입자는 흄드 실리카 나노입자를 포함할 수 있다. 미립자성 복합 윤활제는 추가로 지방 비스아미드 왁스, 지방 모노아미드 왁스, 글리세리드, 몬탄산 에스테르 왁스, 파라핀 왁스, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속이 없는 유기 분말상 윤활제를 포함하는 제3 단립자를 포함할 수 있다.

또다른 일반적 측면에 따라, 상기한 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 금속 함유 분말을 포함하는 야금용 분말 조성물이 제공된다. 금속 함유 분말은 철 함유 분말일 수 있다.

또다른 일반적 측면에 따라, 상기한 미립자성 복합 윤활제를 분말 조성물의 전체 중량에 대해 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위의 농도로 금속 함유 분말에 첨가하는 것을 포함하는 분말 야금용 분말 조성물의 제조방법이 제공된다. 금속 함유 분말은 철 함유 분말일 수 있다.

본 명세서에서, 물질은 약 20℃에서 반죽가능한 경우 왁스이고, 부서지기 쉬운 고체이고, 미세결정질 구조의 알갱이를 갖고, 반투명 내지 불투명이고 유리질이 아니며 40℃ 이상에서 분해없이 용융하고 녹는점 바로 위에서 약간 액상(점성 없음)이고 강력하게 온도 의존적 농도(consistency) 및 용해도를 갖고 약간의 압력 하에 광택이 있다.

본 명세서에서, "복합(composite)"이란 용어는 적어도 2개 성분의 조합을 의미한다. 성분들은 용융되거나 함께 응집되거나 별도 단립자로서 제공될 수 있다.

본 문헌은 다수의 문헌을 언급하였고, 그 내용은 전체적으로 여기에 참조로 통합되었다.

도 1은 0.5 wt%의 흄드 실리카로 코팅된, D99가 175μm이고 평균입자크기가 63μm인 에루카미드 왁스 입자의 SEM 현미경 사진이다.
도 2는 D99가 80μm이고 평균입자크기가 22μm인 에틸렌 비스스테아라미드 (EBS) 왁스 입자의 SEM 현미경 사진이다.
도 3은 실시예 A의 윤활제 3종에 대한 압축 압력의 함수로서 압분체 밀도(green density)를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 A의 윤활제 3종에 대한 압축 압력의 함수로서 스트리핑 (stripping) 압력을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 A의 윤활제 3종에 대한 압축 압력의 함수로서 슬라이딩 압력을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 A의 윤활제 3종에 대한 압축 압력의 함수로서 아웃-다이 (out-die) 슬라이딩 압력을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 B의 윤활제 2종에 대한 30분 및 24시간 블렌딩한 후, 24시간 정지한 것의 홀(Hall) 유속을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 B의 윤활제 2종에 대한 30분 및 24시간 블렌딩한 후, 24시간 정지한 것의 홀(Hall) 겉보기 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 C의 윤활제 3종에 대해 압축 압력의 함수로서 압분체 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 C의 윤활제 3종에 대해 압축 압력의 함수로서 스트리핑 (stripping) 압력을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 C의 윤활제 3종에 대해 압축 압력의 함수로서 슬라이딩 (sliding) 압력을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 C의 윤활제 3종에 대해 압축 압력의 함수로서 아웃-다이 (out-die) 슬라이딩 압력을 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 C의 윤활제 3종에 대해 홀 유속과 겉보기 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 14는 실시예 D의 윤활제 6종에 대해 압축 압력의 함수로서 압분체 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 15는 실시예 D의 윤활제 6종에 대해 압축 압력의 함수로서 스트리핑 압력을 나타낸 그래프이다.
도 16은 실시예 D의 윤활제 6종에 대해 압축 압력의 함수로서 슬라이딩 압력을 나타낸 그래프이다.
도 17은 실시예 D의 윤활제 6종에 대해 압축 압력의 함수로서 아웃-다이 (out-die) 슬라이딩 압력을 나타낸 그래프이다.
도 18은 실시예 D의 윤활제 6종에 대해 압축 압력의 함수로서 방사상 스프링백(springback)을 나타낸 그래프이다.
도 19는 실시예 D의 윤활제 6종 중 4종에 대한 홀 유속과 겉보기 밀도를 나타낸 그래프이다.

첨부한 도면과 관련하여, 금속 분말 조성물, 예컨대 비제한적으로 철 함유 분말 조성물의 미립자성 복합 윤활제를 기술하였다. 복합 윤활제는 금속 분말 조성물에 대한 압축 보조제 및/또는 가압 보조제로 작용할 수 있다. 복합 윤활제는 지방산 왁스를 함유한다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드를 포함하는 제1 단립자와 지방 비스아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자의 조합을 포함한다. 제2 단립자는 금속 스테아레이트를 함유하지 않고, 일 구체예에서 금속 입자를 함유하지 않는다.

일 구체예에서, 제1 단립자는 적어도 약 90 wt%의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함한다. 제1 단립자는 1 초과의 지방 1차 모노아미드 왁스, 즉 지방 1차 모노아미드 왁스의 조합을 포함할 수 있는 것을 인식해야 한다. 제1 단립자는 지방 비스아미드 왁스를 실질적으로 함유하지 않는다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 지방 비스아미드 왁스 이외의 다른 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 단립자는 상대적으로 소량의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 제2 단립자는 적어도 약 50 wt%의 지방 비스아미드 왁스 및 약 10 wt% 미만의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함한다. 다른 구체예에서, 제2 단립자는 적어도 약 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스 및, 예를 들어, 약 1 wt% 미만의 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함할 수 있다. 제2 단립자는 1 초과의 지방 비스아미드 왁스, 즉 지방 비스아미드 왁스의 조합을 포함할 수 있는 것을 인식해야 한다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된, 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하는 제1 단립자 약 10 wt% 내지 약 60 wt%, 및 다른 구체예에서 약 25 wt% 내지 약 45 wt%의 제1 단립자를 포함한다. 일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 약 40 wt% 내지 약 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자 및, 다른 구체예에서 약 55 wt% 내지 약 75 wt%의 제2 단립자를 포함한다.

일 구체예에서, 지방 1차 모노아미드 왁스는 탄소수 12 내지 24의 포화 또는 불포화된, 지방산의 모노아미드이고, 라우라미드, 팔미타미드, 스테아라미드, 올레아미드, 아라키다미드, 베헤나미드, 에루카미드, 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택할 수 있다.

지방 1차 모노아미드 왁스는 그의 아미드 작용기의 극성으로 인해 친수성 분자이다. 따라서, 실질적으로 순수한 지방 1차 모노아미드 왁스 입자는 시간에 따라, 특히 고습도 환경에 노출되면 응집하는 경향이 있다. 지방 1차 모노아미드 왁스 입자를 금속 분말과 혼합하는 경우, 분말 믹스를 상대적으로 높은 습도에 노출하는 것은 분말 믹스의 유속을 악화하게 된다.

지방 1차 모노아미드 왁스의 친수성 성질을 중화하기 위해, 금속 산화물 나노입자, 예컨대 비제한적으로 흄드 실리카의 코팅을 지방 1차 모노아미드 왁스 함유 입자에 적용할 수 있다. 이러한 코팅이 적절한 분말 믹스 유속을 확보한다. 금속 산화물 나노입자가 지방 1차 모노아미드 왁스를 습기에 대해 보호하기 위해서는 표면적으로 코팅되어야 하며, 즉 표면에 부착되어야 한다. 금속 산화물 나노입자와 금속 분말 블렌드의 혼합은, 대개 그의 유동특성을 증가하기 때문에 습한 환경에 노출에 대한 보호를 제공하지 않는다. 이러한 블렌드는 홀(Hall) 깔대기에서 유동을 나타내지 않는 경향이 있다.

제1 단립자는 적어도 하나의 금속 산화물의 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된다. 금속 산화물 나노입자는 지방 1차 모노아미드 왁스 함유 입자의 외부 표면을 적어도 부분적으로 피복한다. 금속 산화물 나노입자는 철 산화물, Ti0₂, Al₂0₃, Sn0₂, Si0₂, Ce0₂, 및 인듐 티타늄 산화물 나노입자, 및 이들의 조합일 수 있다. 일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자는 흄드 실리카 나노입자를 포함한다. 나노입자는 약 200 nm 미만이다. 일 구체예에서, 나노입자는 약 100 nm 미만이다. 일 구체예에서, 1차 입자크기는 약 5 내지 50 nm이다. 일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자 코팅은 제1 단립자 중량의 약 5 wt% 미만, 및 다른 구체예에서 약 2 wt% 미만을 나타낸다.

지방 1차 모노아미드 왁스의 적어도 부분적으로 코팅된 단립자는 직경이 약 250 μm 미만이고 평균입자크기가 약 10 μm를 초과하는 것을 특징으로 한다. 일 구체예에서, 이것은 약 15 μm 내지 약 100 μm, 다른 구체예에서 약 25 μm 내지 약 75 μm의 평균입자크기를 특징으로 한다. 일 구체예에서, 이것은 D99가 약 80 μm 내지 약 220 μm, 즉 99%의 입자가 D99 미만이고, 다른 구체예에서 약 115 μm 내지 약 180 μm인 것을 특징으로 한다.

일 구체예에서, 지방 비스아미드 왁스는 메틸렌 비스올레아미드, 메틸렌 비스스테아라미드, 에틸렌 비스올레아미드, 헥실렌 비스스테아라미드, 및 에틸렌 비스스테아라미드 (EBS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있는 지방산 비스아미드이다.

일 구체예에서, 제2 단립자는 약 50 μm 미만, 다른 구체예에서, 약 15 μm 미만의 평균입자크기를 특징으로 한다. 일 구체예에서, 이것은 약 200 μm 미만, 다른 구체예에서, 약 150 μm 미만의 D99를 특징으로 한다.

일 구현에 있어서, 복합 윤활제는 지방 비스아미드 왁스인 에틸렌 비스스테아라미드 (EBS) 단립자와 혼합된, 금속 산화물인 흄드 실리카 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된, 지방 1차 모노아미드 왁스인 에루카미드의 단립자를 포함한다. 에루카미드는 지방 1차 모노아미드 왁스이며, 보다 구체적으로 모노불포화 지방산 기저 왁스(C22:1)이고, EBS는 지방 비스아미드 왁스이다. 일 구체예에서, 복합 윤활제는 흄드 실리카 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 약 10 wt% 내지 약 60 wt%의 에루카미드 입자를 포함한다. 일 구체예에서, 복합 윤활제는 약 40 wt% 내지 약 90 wt%의 EBS를 포함한다.

일 구현에 있어서, 에루카미드의 입자는 실질적으로 구형이고, 분말 야금에서 윤활제로 전형적으로 사용되는 입자보다 더 큰 직경을 갖는다. 보다 구체적으로, 이것은 약 60 마이크로미터(μm)의 평균입자크기를 특징으로 하고, 그의 직경은 약 175 μm 미만이다. 예를 들어, 분말 야금에서 전형적으로 사용되는 윤활제인 윤활제 Acrawax® C의 입자는 약 5 내지 7 마이크로미터(μm)의 평균입자크기를 특징으로 하고, 그의 직경은 약 25 μm 미만이다. Acrawax® C는 아미드 왁스, 보다 구체적으로 N,N'-에틸렌 비스스테아라미드이다.

도 1은 복합 윤활제를 얻기 위해 EBS 왁스 입자와 혼합될 수 있는 0.5% wt%의 흄드 실리카 코팅된, D99가 175 μm인 에루카미드 왁스 입자의 SEM 현미경 사진이다. 도 2는 D99가 80 μm인 EBS 왁스 입자의 SEM 현미경 사진이며, 이것은 도 1에 나타낸 입자와 조합할 수 있다.

일 구체예에서, 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스의 단립자를 제조하기 위해, 지방 1차 아미드 왁스를 용융한 다음, 분해 단계에 의해 단립자를 얻고, 이후 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅하여 윤활제 입자를 제조할 수 있다. 분해는 용융물을 가스 또는 액상 매질에 의해서, 또는 용융물을 고화될 때까지 냉각하는 것과 고화된 혼합물을 분쇄하는 것을 조합하여 단립자로 미분화하는 것에 의해 수행할 수 있다. 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스의 제1 단립자는 이후 미리 정해진 비율로 지방 비스아미드 왁스의 제2 단립자와 조합된다.

일부 구현에 있어서, 지방 비스아미드 왁스의 제2 단립자와 조합된 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스의 제1 단립자를 포함하는 복합 윤활제는 전통적인 분말 야금 윤활제와 비교하여 토출력을 감소하여 토출 양식을 개선하고 유동 특성을 개선하였으며 습기에 대한 적절한 저항성을 나타내었다.

다른 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스 및 지방 아미드 왁스를 포함한다. 지방 아미드 왁스는 지방 1차 모노아미드 왁스, 지방 2차 모노아미드 왁스, 지방 비스아미드 왁스, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 윤활제는 스테아레이트를 함유하지 않는다.

일 구체예에서, 복합 윤활제는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 몬탄산 에스테르 왁스와 약 10 wt% 내지 약 99.5 wt%의 지방 아미드 왁스를 포함한다. 대안적 구체예에서, 복합 윤활제는 약 5 wt% 내지 약 75 wt%의 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하고, 다른 대안적 구체예에서, 이것은 약 10 wt% 내지 약 65 wt%의 몬탄산 에스테르 왁스를 포함한다. 대안적 구체예에서, 복합 윤활제는 약 25 wt% 내지 약 95 wt%의 지방 아미드 왁스를 포함하고, 다른 대안적 구체예에서, 이것은 약 35 wt% 내지 약 90 wt%의 지방 아미드 왁스를 포함한다.

본 명세서에서, "몬탄산 에스테르 왁스"란 용어는 장쇄 지방족 알코올 또는 다가 알코올(디올, 트리올,..)로 몬탄산을 에스테르화하여 얻어진 생성물을 의미한다. 몬탄산은 가수분해/산화된 정련 몬탄(Montan) 왁스로부터 제조된다. 몬탄 왁스는 리그나이트(lignite) 또는 갈탄의 용매 추출에 의해 제조된다. 암갈색의 단단한 조강성(brittle) 생성물인 미정제 몬탄 왁스는 수지와 아스팔텐(asphaltenes)을 다양한 유기용매로 제거하고 증류 및 분별하여 추가로 정제된다. 몬탄의 왁스 성분은 장쇄(C24-C30) 에스테르(62-68 wt%), 장쇄 산(22-26 wt%), 및 장쇄 알코올, 케톤, 및 탄화수소(7-15 wt%)의 혼합물이다. 본 명세서에서, 몬탄산 에스테르 왁스는, 예를 들어 수산화칼슘 또는 수산화나트륨으로 부분적으로 비누화되어 탈-윤활 및 소결 후에 압축된 부품상에 얼룩을 남길 수 있는 금속 비누를 생성하는 생성물을 포함하지 않는다.

일 구체예에서, 몬탄산 에스테르 왁스는 70℃ 내지 90℃의 적점(drop point)을 가지며, 대안적 구체예에서는 75℃ 내지 85℃이며, 산가(mgKOH/g) 5 내지 30 범위, 대안적 구체예에서 9 내지 20, 비누화값(saponification number)(mg KOH/g) 100 내지 200, 대안적 구체예에서 140 내지 170, 100℃에서 20 내지 150 mPa.s의 점도를 갖는다.

일 구체예에서, 지방 아미드 왁스는 1차 모노아미드(들), 2차 모노아미드(들), 및/또는 비스아미드(들)를 포함한다. 지방 아미드 왁스는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 지방 아미드 왁스는 라우라미드, 팔미타미드, 스테아라미드, 올레아미드, 아라키다미드, 베헤나미드, 에루카미드, 스테아릴 스테아라미드, 스테아릴 올레아미드, 스테아릴 에루카미드, 올레일 팔미타미드, 올레일 스테아라미드, 에루실 스테아라미드, 에루실 에루카미드, 에틸렌 비스스테아라미드, 에틸렌 비스올레아미드, 헥사메틸렌 비스스테아라미드, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 금속이 없는 유기 분말상 윤활제, 예컨대 비제한적으로 지방 비스아미드 왁스, 지방 모노아미드 왁스, 글리세리드, 몬탄산 에스테르 왁스, 파라핀 왁스, 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물의 부가적 단립자를 추가로 함유할 수 있다.

일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하는 제1 단립자를 포함한다. 제1 단립자는 추가로 지방 아미드 왁스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 적어도 하나의 지방 1차 모노아미드 왁스 및 지방 비스아미드 왁스를 포함할 수 있다. 제1 단립자가 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하는 경우, 이것은 추가로 금속 산화물 나노입자의 코팅을 포함할 수 있다. 미립자성 복합 윤활제는 금속이 없는 유기 분말상 윤활제의 제2 단립자를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 단립자는 지방 1차 모노아미드 왁스 및 지방 비스아미드 왁스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 제1 단립자가 몬탄산 에스테르 왁스와 지방 1차 모노아미드 왁스의 조합을 포함하는 경우, 제2 단립자는, 존재할 경우, 지방 비스아미드 왁스를 포함할 수 있다. 대안적 구체예에서, 제1 단립자가 몬탄산 에스테르 왁스와 지방 비스아미드 왁스의 조합을 포함하는 경우, 제2 단립자는, 존재하는 경우 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함할 수 있으며, 이것은 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다.

예를 들어 비제한적으로, 일 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 피복될 수 있고, EBS의 제2 단립자와 혼합되는, 에루카미드/몬탄산 에스테르 왁스의 제1 단립자를 포함하며, 이것은 또한 몬탄산 에스테르 왁스도 포함할 수 있다. 이 구체예에서, 에루카미드는 미립자성 복합 윤활제의 지방 아미드 왁스이고, 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하거나 포함하지 않는 EBS의 단립자는 금속이 없는 부가적 유기 분말상 윤활제로 작용한다. 다른 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 EBS/몬탄산 에스테르 왁스의 단립자를 포함한다. 이 구체예에서, EBS는 미립자성 복합 윤활제의 지방 아미드 왁스이다. 복합 윤활제는 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제로서, 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅되거나 코팅되지 않은, 에루카미드의 제2 단립자를 포함할 수 있다. 또다른 구체예에서, 제1 단립자는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함할 수 있고, 제2 단립자는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅되거나 코팅되지 않은 에루카미드 또는 EBS를 포함할 수 있다. 대안적 구체예에서, 복합 윤활제는 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅되거나 코팅되지 않은, 에루카미드/몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물 또는 EBS/몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물을 포함하는 제1 단립자만을 포함할 수 있다. 이 구체예에서, 복합 윤활제는 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제의 단립자를 함유하지 않는다.

또다른 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스의 제1 단립자와 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅되거나 코팅되지 않은 지방 1차 모노아미드 왁스, 예컨대 에루카미드의 제2 단립자로 구성되거나, 지방 1차 모노아미드와 몬탄산 에스테르 왁스의 용융 및 추가 냉각/분쇄 또는 미분화에 의해 얻어진다.

예를 들어, 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르와 지방 1차 모노아미드 왁스의 혼합물을 포함하는 제1 단립자를 포함할 수 있고, 여기서 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 범위이고 나머지는 지방 1차 모노아미드 왁스와 임의의 금속 산화물 나노입자 코팅을 포함한다. 복합 윤활제는 추가로 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제, 예컨대 비제한적으로 지방 비스아미드 왁스의 제2 단립자를 포함할 수 있다.

다른 구현에서, 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르와 지방 비스아미드 왁스의 혼합물을 포함하는 제1 단립자를 포함할 수 있고, 여기서 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 범위이고 나머지는 지방 비스아미드 왁스를 포함한다. 복합 윤활제는 추가로 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제, 예컨대 비제한적으로 임의의 금속 산화물 나노입자 코팅을 갖는 지방 1차 모노아미드 왁스의 제2 단립자를 포함할 수 있다.

또다른 구현에서, 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르 왁스를 포함하는 제1 단립자와 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다. 복합 윤활제는 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제, 예컨대 비제한적으로 지방 비스아미드 왁스의 제3 단립자를 추가로 포함할 수 있다. 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 범위이고, 나머지는 지방 1차 모노아미드 왁스와, 존재한다면 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제를 포함한다.

다른 구현에서, 복합 윤활제는 몬탄산 에스테르를 포함하는 제1 단립자와 지방 비스아미드 왁스를 포함하는 제2 단립자를 포함할 수 있다. 복합 윤활제는 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제, 예컨대 비제한적으로 임의의 금속 산화물 나노입자 코팅을 갖는 지방 1차 모노아미드 왁스의 제3 단립자를 추가로 포함할 수 있다. 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 범위이고, 나머지는 지방 비스아미드 왁스와, 존재한다면 금속이 없는 부가적인 유기 분말상 윤활제를 포함한다.

일 구체예에서, 지방산 아미드 왁스/몬탄산 에스테르 왁스의 단립자는 약 250 μm 미만의 직경과 약 10 μm 초과의 평균입자크기를 갖는다. 일 구체예에서, 지방산 아미드 왁스/몬탄산 에스테르 왁스의 단립자는 약 15 μm 내지 약 100 μm, 다른 구체예에서 약 25 μm 내지 약 75 μm의 평균입자크기를 특징으로 한다. 일 구체예에서, 이것은 약 80 μm 내지 약 220 μm의 D99를 특징으로 하며, 즉 99%의 입자들이 D99보다 작고, 다른 구체예에서 약 115 μm 내지 약 180 μm이다.

몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스는 상이한 입자크기분포의 구형 입자로 마이크로화되고 성분들 각각의 농도는 복합 윤활제의 양상을 최적화하기 위해 분말 믹스 내에서 변화시킬 수 있다.

일 구체예에서, 몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스는 몬탄산 에스테르 왁스의 단립자와 지방 아미드 왁스의 단립자로서 금속 분말에 첨가된다. 지방 아미드 왁스(들)의 성질에 따라, 지방 아미드 왁스(들) 단립자는 금속 산화물 나노입자가 지방 아미드 왁스 입자의 외부 표면에 부착하도록 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 예를 들어 비제한적으로, 지방 아미드 왁스가 에루카미드를 포함하면, 단립자는 금속 산화물 나노입자의 적어도 부분적 코팅을 포함할 수 있다.

다른 구체예에서, 미립자성 복합 윤활제를 제조하기 위해 몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스를 함께 용융한 다음, 분해 단계에 의해 몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스의 혼합물을 함유하는 단립자를 얻는 것으로 윤활제 입자를 제조할 수 있고, 이것은 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅할 수 있다. 분해는 용융물을 가스 또는 액상 매질에 의해서, 또는 용융물을 고화될 때까지 냉각하는 것과 고화된 혼합물을 분쇄하는 것을 조합하여 단립자로 미분화하는 것에 의해 수행할 수 있다.

몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스를 복합 윤활제로서 금속 분말에 첨가하여 야금용 분말 조성물을 얻는다. 상기한 바와 같이, 이것은 몬탄산 에스테르와 지방 아미드 왁스 둘다를 포함하는 입자 또는 다른 개별 입자로서 첨가할 수 있다. 금속 분말은 여러 종류의 함께 혼합된 금속 분말을 포함하거나 1 종류의 금속 분말만을 포함하는 금속 분말 믹스일 수 있다.

상기한 미립자성 복합 윤활제는 금속 함유 분말, 예컨대 비제한적으로 철 함유 분말과 혼합하여 분말 야금 조성물을 얻을 수 있다. 일 구체예에서, 윤활제는 분말 야금 조성물 중 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt% 범위의 농도로 첨가할 수 있다. 일 구체예에서, 농도는 분말 야금 조성물 중 약 2 wt% 미만, 다른 구체예에서 약 0.2 wt% 내지 약 1 wt%이다. 금속 분말은 여러 종류의 함께 혼합된 금속 분말을 포함하거나 1 종류의 금속 분말만을 포함하는 금속 분말 믹스일 수 있다. 금속 분말은, 예를 들어 중간 범위 밀도 부품(예를 들어, 입방 센티미터 당 6.8 내지 7.4 그램(g/cm³))에 적합한 철 함유 금속 분말일 수 있다. 금속 분말과 복합 윤활제를 포함하는 야금용 분말 조성물을 사용하여 분말 야금에 의해 압축 부품을 제조한다. 복합 윤활제는 전형적으로 제조공정의 마지막에 분말 믹스에 첨가한다. 분말 야금 조성물은 추가로 바인더, 가공보조제, 경화상(hard phases), 절삭성 강화제 등을 포함할 수 있다.

본 원에 기술된 방법은 기술된 순서 또는 다른 적합한 순서로 수행할 수 있음을 이해하여야 한다.

일부 구현에서, 지방 아미드 왁스에 몬탄산 에스테르 왁스를 첨가하여 이를 함유하는 분말 야금 조성물의 유동성과 겉보기 밀도를 향상하는 것을 확인하였다.

실시예 A

미립자성 복합 윤활제의 제1 구체예를 기술하였다. 복합 윤활제는 흄드 실리카 나노입자로 부분적으로 코팅된 지방 모노아미드 왁스 단립자와 지방 비스아미드 왁스 단립자의 혼합물을 포함하였다. 보다 구체적으로, 복합 윤활제는 지방 모노아미드 왁스로서 에루카미드와 지방 비스아미드 왁스로서 에틸렌 비스스테아라미드의 혼합물을 포함하였다. 복합 윤활제에서, 지방 모노아미드 왁스의 농도는 약 10 wt% 내지 약 60 wt%의 범위이다. 본 실시예에서는 실질적으로 구형의 에루카미드 입자를 사용하여 용융 분무 마이크로화 방법으로 제조하고 에루카미드를 주위 습기로부터 보호하기 위해 0.5 wt% 흄드 실리카 나노입자를 사용하여 적어도 부분적으로 코팅하였다(도 1). 흄드 실리카 코팅 입자는 약 63 μm의 평균입자크기를 특징으로 하며, 모든 입자의 직경은 약 250 μm 미만이었다.

본 실시예에서 모든 분말 믹스는 Rio Tinto Metal Powders가 제조한 물 분무 (water-atomised) 스틸 분말인 ATOMET 1001 HP를 사용하여 제조하였다. 각각을 1.8 wt% 구리, 0.7 wt% 천연 그라파이트, 및 0.7 wt%의 윤활제와 혼합하였다. 이 실시예에서 시험된 미립자성 복합 윤활제(믹스 ID-1)는 흄드 실리카 나노입자로 코팅된 40 wt%의 에루카미드 입자와 60 wt%의 Acrawax® C 입자를 지방 비스아미드 왁스로서 포함하였다.

2종의 철 함유 분말 믹스를 벤치마크로 사용하였다. 제1 철 함유 분말 믹스는 Kenolube™ P11을 함유하였고(믹스 ID-2), 제2 철 함유 분말 믹스는 미분된 Acrawax® C를 함유하였다(믹스 ID-3). Kenolube™ P11 및 Acrawax® C는 상업적으로 입수가능하고 PM 산업에서 널리 사용되는 공지된 윤활제이다. Acrawax® C는 아미드 왁스이고, 보다 구체적으로 평균입자크기가 약 5-7 μm인 N,N'-에틸렌 비스스테아라미드이며, Kenolube™ P11은 22.5 wt% 아연 스테아레이트와 77.5 wt% 아미드 왁스의 조성물이다. 하기 표 1에는 압축 및 토출 성능이 평가된 철 함유 분말 믹스를 기재하였다.

겉보기 밀도와 유속은 홀(Hall) 유량계 장치를 사용하여 MPIF 표준 4 및 3 각각에 따라 측정하였다(MPIF, Standard Test Methods for Metal Powders and Powder Metallurgy Products - 2012 Edition, Princeton, NJ (USA): Metal Powder Industries Federation ; 2012, 150p.). 압축 및 토출 양상은 National Research Council Canada (Boucherville, Canada)에서 150 톤 기계 프레스로 평가하였다. 프레스에는 전체 압축 및 토출 공정에서 상단과 바닥 펀치에 적용된 압력을 기록할 수 있는 변형률계(strain gauges)를 설치하였다. 14.2 mm의 코어 핀 직경을 갖는 25.4 mm 지름(across)의 12.7 mm 높이 고리를 탄화텅스텐 다이에서 분당 5파트(parts)로 압축하였다. 파트는 4.54의 M/Q 비율을 갖지만, MPIF 표준 60에 따라 만들어진 표준 TRS 바는 약 1.4의 M/Q 비율을 갖는다. 완전한 압축률 곡선을 얻기 위해 파트를 4종의 압축 압력 485, 620, 715 및 825 MPa로 가압하였다.

하기한 표 2와 도 3 내지 6에 나타낸 결과는 Acrawax® C (믹스 ID-3)와 Kenolube™ P11 (믹스 ID-2)과 비교하여 믹스 ID-1에서 유사한 압축률을 나타내었다. 믹스 ID-1의 토출 성능은 Kenolube™ P11 (믹스 ID-2)과는 유사하였으나, Acrawax® C (믹스 ID-3)보다는 상당히 더 우수하였다.

실시예 B

본 실시예에서는 2종의 철 함유 분말 믹스의 온난하고 습한 환경에 대한 저항성을 Thomas 등(2009)(Thomas, Y.; St-Laurent, S.; Pelletier, S.; Gelinas, C. In Effect of Atmospheric Humidity and Temperature on the Flowability of Lubricated Powder Metallurgy Mixes, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, Las Vegas, June 28-July 1, 2009; MPIF, Princeton, NJ, USA)에서 구축된 방법에 따라 측정하였다. AT-1001HP 기재 분말에 기초하여 0.6 wt%의 천연 그라파이트, 0.3 wt% MnS 및 0.8 wt%의 윤활제를 함유하는 샘플을 제조하였다. 믹스를 하기한 표 3에 나타내었다.

고흡습성 윤활제는 조절기간 후에 유동하지 않지만 비흡습성 윤활제는 그의 유동 양상을 유지할 것으로 예상된다. 이 시험을 수행하기 위해 1킬로그램(kg)의 철 함유 분말 믹스 샘플을 소형 V-타입 블렌더가 구비된 Blue M 기후 조절 챔버에 배치하였다. 각각의 분말 블렌드를 블렌더에 넣고 블렌더를 대략 1시간 동안 열어 두었다. 이 기간은 분말 믹스가 그의 주변 환경과 평형에 이르기 위해 필요하다. 이 시험 동안 챔버는 60℃의 온도와 60% RH로 설정되었다. 이 기간 후에, 블렌더를 밀폐하고 분말 믹스를 30분 동안 블렌드한 후, 샘플을 모았다. 샘플링을 완료한 다음, 블렌더를 24시간 동안 작동하였다. 이 기간이 경과하면 다른 샘플을 취하였다. 유속과 겉보기 밀도를 (30분의 블렌딩 후에 취해진)제1 샘플에서 측정하였다. 최종 샘플은 또한 24 h의 정지기 후에 측정하였다.

결과를 도 7과 8에 나타내었다. 믹스 ID-4와 ID-5 중의 윤활제는 모두 온난하고 습한 대기에 단기 노출 후에 양호한 홀 유속을 나타냈다. 이것은 이미 측정할 수 있는 유동을 나타내지 않은 믹스 ID-6의 경우는 아니다. 이는 분말 믹스에 흄드 실리카를 혼합하는 것이 습한 환경에 대한 노출로부터 믹스를 보호할 수 없는 것을 시사한다. 한편, 습기에 대한 장기 노출 후, 믹스 ID-4는 흄드 실리카로 코팅된 에루카미드 입자를 사용한 이점을 나타내는 유동성이 있는 유일한 믹스였다. 겉보기 밀도와 관련하여 약간 높은 값이 믹스 ID-4에서 얻어졌으며, 습한 대기에 장기 노출 후에 믹스 ID-5에서 겉보기 밀도의 상당한 감소가 관찰되었다. 따라서, 코팅된 에루카미드는 습기 노출에 대한 양호한 보호를 제공한다.

실시예 C

본 실시예에서는 미립자성 복합 윤활제의 다른 구체예를 기술하였으며, 여기서 복합 윤활제는 2성분의 혼합물을 포함한다. 보다 구체적으로, 미립자성 복합 윤활제는 지방 아미드 왁스로서 에루카미드와, 에루카미드의 물과 조합하려는 경향을 감소하기 위한 비극성 왁스인 몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물을 포함한다. 복합 윤활제에 있어서, 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 약 0.5 wt% 내지 약 90 wt%의 범위이다. 혼합물을 가열, 및 용융하고 2종의 왁스를 실질적으로 균일하게 혼합하는 방법으로 블렌딩한 다음, 실질적으로 구형의 입자로 분무 마이크로화하였다. 분무 마이크로화 단계에서, 흄드 실리카 나노입자, 또는 다른 적합한 산화물의 코팅을 입자에 부착할 수 있다. 예를 들어 비제한적으로, 분무 마이크로화 입자에 코팅으로서 첨가된 흄드 실리카의 양은 약 0%(입자들이 코팅되지 않은 경우) 내지 약 2 wt%의 범위일 수 있다.

본 실시예에서, 모든 분말 믹스는 Rio Tinto Metal Powders가 제조한 물 분무(water-atomised) 스틸 분말인 ATOMET 1001HP를 사용하여 제조하였다. 분말 믹스 각각을 1.8wt% 구리, 0.7wt% 천연 그라파이트, 및 0.7 wt%의 윤활제와 혼합하였다.

표 4에는 압축 및 토출 성능이 평가된 분말 믹스를 기재하였다. 믹스 ID-7은 흄드 실리카 나노입자로 코팅된 40 wt%의 에루카미드 단립자와 비스아미드 왁스로서 60 wt%의 Acrawax® C 단립자를 포함한다. 에루카미드 입자를 미분하고 0.5 wt% 흄드 실리카 나노입자로 코팅하였다. 흄드 실리카 코팅된 입자는 약 63 μm의 평균입자크기를 특징으로 하고 모든 입자의 직경은 약 250 μm 미만이다. 믹스 ID-8은 에루카미드와 몬탄산 에스테르 왁스의 용융 및 추가 분무 마이크로화 혼합물의 50 wt% 단립자를 40% 에루카미드와 60% 몬탄산 에스테르 왁스의 중량비로 포함하였다. 에루카미드/몬탄산 에스테르 왁스의 입자들은 약 56 μm의 평균입자크기를 특징으로 하고 99%의 입자들이 약 160 μm 미만이다. 남은 50 wt%는 약 35 μm 미만의 직경을 갖는 다른 미분된 EBS 입자로 구성되었다. 분말 믹스를 벤치마크로 사용하였고 미분된 Acrawax® C 를 함유하였다(믹스 ID-9).

겉보기 밀도, 유속, 및 압축 및 토출 양상을 실시예 A에 기술된 바와 같이 측정하고 평가하였다.

몬탄산 에스테르 왁스를 함유하는 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 철 함유 분말을 포함하는 야금용 분말 조성물은 표 5와 도 9 내지 13에 나타낸 바와 같이 양호한 압축 및 토출 성능과 유동성을 나타냈으며, 이것은 이하에 상세히 기술하였다.

믹스 ID-7과 믹스 ID-8은 모두 유사한 압축률을 가졌으며, 또한 Acrawax® C를 함유하는 믹스 ID-9와 비교하여 유사한 압축률을 가졌다. 그러나, 둘다 본 발명의 윤활제를 함유하는 믹스 ID-7 및 ID-8은 Acrawax® C보다 훨씬 더 양호한 성능을 가졌으며 토출 압력은 상당히 더 낮았다.

유속과 겉보기 밀도에 대한 결과를 도 13에 나타내었다. 몬탄산 에스테르 왁스와 에루카미드 혼합물의 용융 및 추가로 분무 마이크로화된 입자와 미분된 EBS<35 μm 입자를 함유하는 복합 윤활제는 최상의 유동성을 갖는 믹스를 생성하였다. 믹스 ID-8은 확실히 코팅된 에루카미드 입자와 Acrawax® C를 함유하는 믹스 ID-7보다 유동성이 양호하였고 Acrawax® C만을 함유하는 믹스 ID-9보다 유동 양상이 훨씬 더 양호하였다. 한편, 몬탄산 에스테르/에루카미드 복합 윤활제를 함유하는 믹스 ID-8의 겉보기 밀도가 가장 높고, 2종의 다른 철 분말 믹스 ID-7 및 ID-9과 비교하여 약간 더 높았다.

실시예 D

제4 실시예에서는 복합 윤활제의 다른 구체예를 기술하였다. 복합 윤활제는 2 성분의 혼합물을 포함하였고, 보다 구체적으로 지방 아미드 왁스로서 에틸렌 비스스테아라미드(EBS) 및 몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물을 포함하였다. 본 실시예에서, 몬탄산 에스테르 왁스의 농도는 50 wt% 또는 10 wt%였다. 실시예 C에 기술된 바와 같이, 2 성분의 혼합물을 가열, 및 용융하고 2종의 왁스를 실질적으로 균일하게 혼합하는 방법으로 블렌딩한 다음, 실질적으로 구형의 입자로 분무 마이크로화하였다. 윤활제 성능을 적절하게 비교할 수 있도록, 구형 입자를 또한 비슷한 입자 크기를 갖는 순수 EBS와 순수 몬탄산 에스테르 왁스로부터 제조하였다(약 40 μm 내지 50 μm의 평균입자크기, 모든 입자는 약 250 μm 미만의 직경을 갖는다).

본 실시예에서, 모든 분말 믹스는 Rio Tinto Metal Powders가 제조한 물 분무 (water-atomised) 스틸 분말인 ATOMET 1001HP를 사용하여 제조하였다. 각각을 1.8 wt% 구리, 0.7 wt% 천연 그라파이트, 및 0.7 wt%의 윤활제와 V-블렌더에서 40℃ 내지 50℃의 온도로 혼합하여 산업적 조건을 재현하였다. 하기한 표 6에는 압축 및 토출 성능을 평가한 철 함유 분말 믹스를 기재하였다. 제1 철 분말 믹스 (믹스 ID-10)는 50% EBS와 50% 몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물을 먼저 용융한 다음, 추가로 분무 마이크로화한 미립자성 복합 윤활제를 함유하였다. 제2 분말 믹스는 50%의 EBS 구형 입자와 50%의 몬탄산 에스테르 왁스 구형 입자의 혼합물을 함유하였다(믹스 ID-11). 2종의 다른 분말 믹스(믹스 ID-12 및 믹스 ID-13)는 본 실시예에서 앞서 기술된 순수한 몬탄산 에스테르 왁스 또는 EBS 윤활제를 함유하였다. 다른 믹스(믹스 ID-16)는 90% EBS와 10% 몬탄산 에스테르 왁스의 혼합물을 먼저 용융한 다음, 추가로 분무 마이크로화한 미립자성 복합 윤활제를 함유하였다.

2종의 철 함유 분말 믹스는 또한 벤치마크로서 사용하였다. 제1 철 함유 분말 믹스는 Kenolube™ P11을 함유하였고(믹스 ID-14), 제2 철 함유 분말 믹스는 미분된 Acrawax® C를 함유하였다(믹스 ID-15). Kenolube™ P11 및 Acrawax® C는 상업적으로 입수가능하고 PM 산업에서 널리 사용되는 공지된 윤활제이다. Acrawax® C는 아미드 왁스이고, 보다 구체적으로 N,N'-에틸렌 비스스테아라미드이며, Kenolube™ P11은 22.5 wt% 아연 스테아레이트와 77.5 wt% 아미드 왁스의 조성물이다.

겉보기 밀도, 유속 및 압축과 토출 양상을 실시예 A에 기술된 바와 같이 측정하고 평가하였다.

결과를 도 14 내지 18에 나타내었다. 본 발명의 복합 윤활제는, 모두 단립자 또는 용융 및 추가 분무 마이크로화 입자로서 우수한 압축 및 토출 성능을 가졌다. 몬탄산 에스테르 왁스의 존재(믹스 ID-10 및 믹스 ID-11)는 유사한 입자크기분포를 갖는 EBS 왁스를 사용하는 것(믹스 ID-13)과 비교하여 압축률을 증가시킬 수 있다.

몬탄산 에스테르 왁스와 EBS 왁스의 단립자 조합이 사용되는 경우(믹스 ID-11), 복합 윤활제는 Acrawax® C (믹스 ID-15)와 유사한 압축률을 나타내었다(도 14). 그러나, 토출 성능은 상당히 향상되었다(도 15 내지 17). 용융 및 추가 분무 마이크로화된 입자(믹스 ID-10)는 단립자(믹스 ID-11)와 유사한 토출 성능을 나타내지만, Kenolube™(믹스 ID-14) 및 순수 몬탄산 에스테르 왁스(믹스 ID-12)와 유사한 높은 압축률이 얻어졌다.

도 18은 압축 다이에서 부품을 토출한 후에 부품의 스프링백(springback)을 나타낸 것이다. Kenolube™(믹스 ID-14)가 가장 높은 스프링백을 나타냈고, 순수 몬탄산 에스테르 왁스(믹스 ID-12)가 다음으로 높았다. 몬탄산 에스테르 왁스와 EBS 왁스 단립자의 조합(믹스 ID-11)을 사용하여 스프링백을 약간 줄일 수 있지만 용융 및 추가 분무 마이크로화 입자(믹스 ID-10)는 스프링백을 높은 압축 압력에서 EBS 왁스(믹스 ID-13) 및 Acrawax® C (믹스 ID-15)와 비교할 수 있는 수준으로 감소할 수 있다.

유속과 겉보기 밀도에 대한 결과를 도 19에 나타내었다. 10 wt% 또는 50 wt% 몬탄 왁스를 함유하는 복합 윤활제는 철 분말 믹스 ID-10과 ID-16의 유동 양상을 순수 Montan 왁스(믹스 ID-12) 또는 순수 EBS (믹스 ID-13)보다 양호하게 할 수 있다. 복합 윤활제를 함유하는 분말 믹스의 겉보기 밀도는 순수 EBS를 함유하는 믹스(믹스 ID-13)와 유사하였다.

다양한 대안적 구체예와 실시예를 본 원에 기술하고 예시하였다. 상기한 본 발명의 구체예는 단지 예시를 위한 것이다. 당업자라면 개별적인 구체예의 특징, 및 성분들의 가능한 조합과 변형을 이해할 것이다. 당업자는 또한 임의의 구체예를 본 원에 기술된 다른 구체예와 조합하여 제공할 수 있는 것을 이해할 것이다. 본 발명은 본 발명의 사상 또는 중심적 특징에서 벗어나지 않고 다른 특정한 형태로 구현될 수 있다. 그러므로, 본 실시예와 구체예는 예시로서 비제한적으로 모든 관점에서 고려되어야 하며, 본 발명은 본 원에 제공된 상세한 설명에 제한되지 않아야 한다. 따라서, 특정한 구체예를 예시하고 기술하였지만 다양한 변경이 본 발명의 사상에서 크게 벗어나지 않고 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위의 범위에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

지방 비스아미드 왁스를 함유하지 않고 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된, 지방 1차 모노아미드 왁스 적어도 90 wt%를 포함하는 제1 단립자, 및
지방 비스아미드 왁스를 함유하며 금속 스테아레이트가 없는 제2 단립자;
를 포함하는 분말 야금용 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 10 wt% 내지 60 wt%의 제1 단립자 및 40 wt% 내지 90 wt%의 제2 단립자를 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제1 단립자가 본질적으로 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스로 이루어진 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제2 단립자가 적어도 50 wt%의 지방 비스아미드 왁스 및 10 wt% 미만의 지방 1차 모노아미드 왁스를 추가로 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제2 단립자가 적어도 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스를 추가로 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 금속 산화물 나노입자가 철 산화물, 흄드 실리카, Ti0₂, Al₂0₃, Sn0₂, Si0₂, Ce0₂, 및 인듐 티타늄 산화물 나노입자, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제1 단립자가 5 wt% 미만의 금속 산화물 나노입자를 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제1 단립자 전체가 250 μm 미만이고, 제2 단립자가 50 μm 미만의 평균입자크기를 갖는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자가 15 μm 내지 100 μm 범위의 평균입자크기를 갖는 미립자성 복합 윤활제.
제1항에 있어서, 제2 단립자가 금속을 함유하지 않는 것인 미립자성 복합 윤활제.
0.1 wt% 내지 5 wt% 범위 농도의 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 금속 함유 분말을 포함하는 야금용 분말 조성물.
분말 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 wt% 내지 5 wt% 범위 농도의 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 미립자성 복합 윤활제를 금속 함유 분말에 첨가하는 것을 포함하는, 분말 야금용 분말 조성물의 제조방법.
지방 비스아미드 왁스를 함유하지 않고 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된, 지방 1차 모노아미드 왁스를 포함하는 제1 단립자, 및
지방 비스아미드 왁스를 함유하며 50 μm 미만의 평균입자크기를 갖는, 금속 스테아레이트가 없는 제2 단립자;
를 포함하며, 상기 적어도 부분적으로 코팅된 제1 단립자는 15 μm 내지 100 μm 범위의 평균입자크기를 갖는 것인,
분말 야금용 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 10 wt% 내지 60 wt% 범위의 제1 단립자를 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 40 wt% 내지 90 wt% 범위의 제2 단립자를 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 제1 단립자가 본질적으로 금속 산화물 나노입자로 적어도 부분적으로 코팅된 지방 1차 모노아미드 왁스로 이루어진 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 제2 단립자가 적어도 50 wt%의 지방 비스아미드 왁스 및 10 wt% 미만의 지방 1차 모노아미드 왁스를 추가로 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 제2 단립자가 적어도 90 wt%의 지방 비스아미드 왁스를 추가로 포함하는 미립자성 복합 윤활제.
제13항에 있어서, 제2 단립자가 금속을 함유하지 않는 미립자성 복합 윤활제.
0.1 wt% 내지 5 wt% 범위 농도의 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항의 미립자성 복합 윤활제와 혼합된 금속 함유 분말을 포함하는, 야금용 분말 조성물.
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