PL175799B1

PL175799B1 - Sposób otrzymywania metalurgicznej kompozycji proszkowej

Info

Publication number: PL175799B1
Application number: PL93307139A
Authority: PL
Inventors: Frederick J. Semel; Sydney Luk
Original assignee: Hoeganaes Corp
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1999-02-26
Also published as: DK0650402T3; KR950702460A; DE69329287T2; AU4598493A; ATE195680T1; WO1994002273A1; US5256185A; AU666571B2; ES2149819T3; TW234098B; HK1014361A1; PL307139A1; EP0650402A4; JP2582231B2; EP0650402B1; JPH07508076A; EP0650402A1; DE69329287D1; KR0185685B1

Abstract

1. Sposób otrzymywania metalurgicznej kompozycji proszkowej, polegajacy na wy- twarzaniu suchej przedmieszki z proszku na bazie zelaza, co najmniej jednego proszku stopowego oraz organicznego srodka poslizgowego, zwilzaniu suchej przedmieszki ciekla mieszanina organicznego spoiwa, rozpuszczonego lub zdyspergowanego w rozpuszczalniku, usuwaniu rozpuszczalnika w celu otrzymania suchej kompozycji proszkowej, znamienny tym, ze wytworzona, z uzyciem czesci calkowitej ilosci organicznego srodka poslizgowego, sucha kompozycje proszkowa miesza sie z pozostala iloscia organicznego srodka poslizgo- wego, wybranego z grupy zlozonej z mydel, w celu zwiekszenia pozornej gestosci wytwo rzonej kompozycji proszkowej, przy czym jako pozostala, dodatkowa ilosc organicznego srodka poslizgowego stosuje sie do 25% wagowych calkowitej ilosci organicznego srodka 1 poslizgowego, a calkowita ilosc organicznego srodka poslizgowego stanowi do 3% wago wych tytulowej kompozycji proszkowej. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania proszkowych kompozycji metalurgicznych zawierających organiczny środek poślizgowy. Bardziej szczegółowo, sposób dotyczy przygotowania kompozycji proszkowych, które zawierają proszek na bazie żelaza, proszek stopowy i spoiwo oraz organiczny środek poślizgowy, gdzie ten środek poślizgowy jest wprowadzany do kompozycji w dwóch etapach, zapewniając lepsze właściwości proszku i umożliwiając regulację pozornej gęstości proszku.

W dziedzinie metalurgii proszków, proszki żelaza lub stali są często mieszane z jednym lub kilkoma pierwiastkami stopowymi, również w postaci ziarnistej, po czym następuje zagęszczanie i spiekanie. Ze względu na bardzo mały rozmiar cząstek proszki stopowe są podatne na zjawisko separacji, znane jako pylenie i segregacja. Wprowadzenie spoiw do kompozycji zmniejsza te problemy, polepszając jednorodność kompozycji, a zatem jakość gotowej części spiekanej, jak to przykładowo ujawniono w opisach patentowych US 4 834 800 i US 4 483 905.

Metalowe kompozycje proszkowe zawierają również środek poślizgowy, taki jak stearynian metalu, parafinę lub syntetyczny wosk, w celu ułatwienia wyrzucania zgęszczonej części z formy. Siły tarcia, które musza zostać pokonane w celu wyjęcia zgęszczonej części z formy, zwykle zwiększające się wraz z ciśnieniem użytym do zgęszczania części, mierzone są jako ciśnienia wyjmowania i wysuwania. Środki poślizgowe zmniejszają wartości tych ciśnień.

Stosowanie środków poślizgowych jest znane z opisów patentowych US 4 676 831 i US 4 483 905 oraz z publikacji Handbook of Powder Metallurgy, 21 kwietnia 1973, Hausner, str. 126-143. Publikacje te ujawniają sposoby otrzymywania metalurgicznej kompozycji proszkowej na bazie żelaza, proszku, środka poślizgowego i spoiwa, przy czym środek poślizgowy jest dodawany przed dodaniem spoiwa lub podczas dodawania spoiwa. Żadna z tych publikacji nie ujawnia dodawania środka poślizgowego po domieszaniu spoiwa do proszku na bazie żelaza i po usunięciu z kompozycji rozpuszczalnika (stosowanego do sporządzenia spoiwa).

Setki tysięcy ton proszków żelaza i stali na całym świecie są mieszane co roku, a większość z nich, prawdopodobnie nawet do 95%, bez użycia spoiw, albo nawet bez rozważania zastosowania spoiw. Dodanie środków poślizgowych do tych mieszanin jest łatwe, nawet staje się całkowicie naturalne. Chociaż typ środka poślizgowego i jego zawartość są ważnymi zagadnieniami to sposób dodawania środka poślizgowego nie był przedmiotem badań. W związku z tym środki poślizgowe dodaje się bezpośrednio wraz z resztą składników domieszki.

Wraz z zastosowaniem spajania w celu uniknięcia segregacji i pylenia, a zwłaszcza z zastosowaniem spoiw w postaci stałej, zdyspergowanych w roztworach rozpuszczalnikowych, sposób dodawania środka poślizgowego, a w szczególności czas dodawania w stosunku do dodawania spoiwa, stał się ważnym zagadnieniem, tak jak ważnym zagadnieniem jest typ stosowanego środka poślizgowego i jego ilość.

W bardzo wczesnej fazie rozwoju techniki spajania ważnym celem było osiągnięcie identycznie takich samych właściwości proszku w spojonej mieszaninie, jakie byłyby obserwowane w mieszaninie o takim samym składzie ale bez spojenia. Właściwości proszku, o które tu chodzi, obejmują zwłaszcza pozorną gęstość (ASTM B212-76), prędkość płynięcia (ASTM B213-77), gęstość w stanie przed spieczeniem (ASTM B331-76) i wytrzymałość w

175 799 stanie przed spieczeniem (ASTM B312-76). Badania w połączeniu z techniki rozwojem spoiw w stanie stałym, jak przykładowo wskazano w opisie patentowym US 4 834 800, wykazały, że najlepszym sposobem osiągnięcia wyżej wymienionych właściwości w spojonej mieszaninie w porównaniu z mieszaniną niespojoną, było wprowadzanie środka poślizgowego po dodaniu spoiwa. W szczególności według tego sposobu proszek na bazie żelaza i proszki stopowe są najpierw mieszane mechanicznie, następnie spoiwo (zawsze) albo rozpuszczone, albo zdyspergowane w rozpuszczalniku zostaje dokładnie wymieszane z tą mieszaniną i zostaje usunięty rozpuszczalnik, zwykle przez zastosowanie ciepła i podciśnienia, a wreszcie w tym momencie do suchej spojonej mieszaniny proszkowej dodaje się środki poślizgowe (może być więcej niż jeden) w postaci ziarnistej. Etap dodawania środka poślizgowego może być przeprowadzany w tym samym zbiorniku, który był wykorzystywany do traktowania spoiwem, albo w innym zbiorniku. W każdym przypadku obserwowano wpływ tego sposobu przetwarzania na właściwości otrzymanych mieszanin w porównaniu z mieszaninami niespojonymi o takim samym składzie, gdzie wpływ ten polegał na pewnym, ale nieznacznym zwiększeniu pozornej gęstości; na zwiększeniu prędkości płynięcia o około 10%; na zmniejszeniu wytrzymałości przed spieczeniem o około 10%; oraz na pozostawieniu gęstości w stanie przed spieczeniem zasadniczo bez wpływu w zakresie gęstości od około 6,2 g/cm³ do 6,9 g/cm³, który to zakres był najbardziej istotny.

Dalsze badania tego typu, które doprowadziły do niniejszego sposobu, wykazały, że inny sposób dodawania środka poślizgowego powodował znaczne zwiększenie prędkości płynięcia spojonych mieszanin. Lepsze prędkości płynięcia są korzystne, ponieważ zwiększają one skuteczność zagęszczania. Zgodnie z tym sposobem nazywanym spajaniem przepływowym środek poślizgowy dodaje się do suchej przedmieszki proszku na bazie żelaza i proszku stopowego przed dodaniem spoiwa. Proszek na bazie żelaza i proszek stopowy są mieszane razem z ziarnistym środkiem poślizgowym. Roztwór spoiwa w odpowiednim rozpuszczalniku organicznym zostaje następnie domieszany do tych proszków, aby spowodować całkowite zwilżenie proszków. Na zakończenie rozpuszczalnik usuwa się, pozostawiając suchy proszek zdolny do płynięcia. Sposób ten zasadniczo zwiększa prędkość płynięcia nawet o 25 - 75% w porównaniu z poślizgowym proszkiem niespojonym. Sposób ten zwiększa jednak typowo pozorną gęstość proszku, zwykle o około 0,1- 0,25 g/cm3. Proszek taki, chociaż ma żądany skład pierwiastkowy i żądane właściwości płynięcia może nie nadawać się do nowoczesnych zastosowań wymagających form do zagęszczania przy stałym napełnieniu, które mają ograniczoną tolerancję, jeśli chodzi o akceptowanie tych większych pozornych gęstości.

Z tego względu istnieje w dziedzinie metalurgii proszków zapotrzebowanie na sposób przygotowania metalurgicznej kompozycji proszkowej, w której pewne właściwości proszku, zwłaszcza pozorna gęstość, mogą być zmieniane, przy równoczesnym utrzymywaniu żądanych właściwości płynięcia i przy nieznacznej zmianie innych właściwości w stanie przed spieczeniem (po zgęszczeniu) i w stanie spieczonym.

Sposób według wynalazku, polegający na wytwarzaniu suchej przedmieszki z proszku na bazie żelaza, co najmniej jednego proszku stopowego oraz organicznego środka poślizgowego, zwilżaniu wyżej wymienionej suchej przedmieszki ciekłą mieszaniną organicznego spoiwa, rozpuszczonego lub zdyspergowanego w rozpuszczalniku, usuwaniu rozpuszczalnika w celu otrzymania suchej kompozycji proszkowej, charakteryzuje się tym, że wytworzoną, z użyciem części całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, suchą kompozycję proszkową miesza się z pozostała ilością organicznego środka poślizgowego, wybranego z grupy złożonej z mydeł, w celu zwiększenia pozornej gęstości wytworzonej kompozycji proszkowej, lub wybranego z grupy złożonej z wosków, w celu zmniejszenia pozornej gęstości wytworzonej kompozycji proszkowej, przy czym jako pozostałą, dodatkową ilość organicznego środka poślizgowego stosuje się do 25% wagowych całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, a całkowita ilość organicznego środka poślizgowego stanowi do 3% tytułowej kompozycji proszkowej.

Korzystnie całkowita ilość środka poślizgowego stanowi do około 2% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej oraz pozostała, dodatkowa ilość środka poślizgowego wynosi

175 799

1-25% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego, zwłaszcza 10 - 20% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.

Jako pozostały, dodatkowy środek poślizgowy wybrany z grupy złożonej z mydeł stosuje się stearynian metalu. Korzystnie stearynian metalu stosuje się w obu etapach dodawania środka poślizgowego.

Jako dodatkowy środek poślizgowy wybrany z grupy złożonej z wosków stosuje się wosk zawierający amid.

Według wynalazku stosuje się ciekłą mieszaninę organicznego spoiwa w takiej ilości, aby ilość spoiwa wynosiła 0,005 - 1% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej oraz stosuje się spoiwo wybrane z grupy złożonej z homopolimerów lub kopolimerów octanu winylu, estru celulozy lub żywic eterowych, polimerów lub kopolimerów metakrylanowych, żywic alkidowych, żywic poliuretanowych, żywic poliestrowych, poliglikoli, gliceryny, alkoholu poliwinylowego oraz ich kombinacji.

Całkowita ilość środka poślizgowego wynosi 0,5 -1,5% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.

Dwustopniowe dodawanie środka poślizgowego, a zwłaszcza późniejsze dodawanie pozostałej, dodatkowej ilości środka poślizgowego w suchej postaci ziarnistej, stanowi sposób modyfikowania lub dokładnego dopasowywania pozornej gęstości metalurgicznej kompozycji proszkowej bez znacznego szkodliwego wpływu na inne właściwości, takie jak płynięcie, wytrzymałość w stanie przed spieczeniem lub ściśliwość proszku. Chociaż w pewnych okolicznościach może nastąpić pogorszenie jednej lub kilku z tych właściwości, możliwość regulowania pozornej gęstości jest wybitną i zwykle - większą zaletą. Pozorną gęstość metalurgicznej kompozycji proszkowej zawierającej spoiwo i środek poślizgowy można zatem regulować, tak aby spełniać specyficzne wymagania formy, przez późniejsze dodawanie niewielkiej ilości pozostałego, dodatkowego organicznego środka poślizgowego.

Przedmiotowy sposób stanowi metodę przygotowania metalurgicznej kompozycji proszkowej, umożliwiającą manipulowanie, pozorną gęstością tej kompozycji przez dodawanie środka poślizgowego w dwóch etapach. Środek poślizgowy dodaje się do kompozycji proszkowej zarówno przed jak i po dodaniu spoiwa do kompozycji. Następnie metalurgiczna kompozycja proszkowa może być zagęszczana i spiekana konwencjonalnymi środkami.

Metalurgiczną kompozycję proszkową, przygotowuje się przez utworzenie najpierw suchej przedmieszki proszku na bazie żelaza, przynajmniej jednego proszku stopowego i części organicznego środka poślizgowego. Przedmieszkę tę wytwarza się przy użyciu konwencjonalnych technik mieszania cząstek stałych, by utworzyć zasadniczo jednorodną mieszaninę cząstek.

Cząstki na bazie żelaza, które są użyteczne w tym wynalazku, są to dowolne z cząstek żelaza lub zawierających żelazo (łącznie ze stalą), które mogą być mieszane z cząstkami innych materiałów stopowych do użycia w standardowych sposobach metalurgii proszków. Przykładami cząstek na bazie żelaza są cząstki czystego lub zasadniczo czystego żelaza; cząstki żelaza wstępnie stopionego z innymi pierwiastkami (na przykład z pierwiastkami dającymi stal); oraz cząstki żelaza, z którymi takie inne pierwiastki zostały połączone dyfuzyjnie, ale nie stopowo. Cząstki materiału na bazie żelaza mogą mieć wagowo średni wymiar do około 500 mikronów, ale zwykle cząstki będą miały wagowo średni rozmiar cząstek w zakresie w 10 - 350 mikronów. Korzystne są cząstki mające maksymalny średni rozmiar cząstek około 150 mikronów, a jeszcze korzystniejsze są cząstki mające średni rozmiar cząstek w zakresie 70 - 100 mikronów.

Korzystne cząstki na bazie żelaza do stosowania w niniej szym sposobie są silnie ściśliwymi proszkami zasadniczo czystego żelaza, to znaczy żelaza zawierającego nie więcej niż około 1,0% wagowych, korzystnie nie więcej niż 0,5% wagowych, normalnych zanieczyszczeń. Przykładami takich proszków żelaza czystych metalurgicznie sa proszki żelaza rozpylonego w wodzie, zwłaszcza proszek, który ma typowy profil sitowy około 22% wagowych cząstek poniżej numeru sita 325 i około 1Q%o wagowych cząstek większych niż numer sita 100, a reszta pozostaje pomiędzy tymi dwoma rozmiarami (śladowe ilości cząstek większych niż numer sita 60), oraz ma pozorną gęstość w zakresie 2,85-3,00 g/cm³, korzystnie około 2,94 g/cm³.

Przykładem wstępnie stopionego proszku na bazie żelaza jest żelazo wstępnie stopione z molibdenem - (Mo), którego korzystna wersję można wytworzyć przez rozpylanie roztopionego

175 799 zasadniczo czystego żelaza, zawierającego 0,5 do 2,5% wagowych Mo. Dostępny w handlu proszek stalowy zawiera 0,85% wagowych Mo, mniej niż 0,4% wagowych razem takich innych materiałów jak mangan, chrom, krzem, miedź, nikiel lub glin i mniej niż 0,02% wagowych węgla.

Złączone dyfuzyjnie cząstki na bazie żelaza są to cząstki zasadniczo czystego żelaza, które mają warstwę lub powłokę jednego lub kilku innych metali, takich jak pierwiastki wchodzące w skład stali, wdyfundowanych w swe zewnętrzne powierzchnie. Dostępny w handlu proszek spojony dyfuzyjnie zawiera 1,8% niklu, 0,55% molibdenu i 1,6% miedzi.

Składnikami stopowymi, które są zmieszane z cząstkami na bazie powyżej opisanego żelaza, są materiały znane w metalurgii jako polepszające wytrzymałość, utwardzalność, właściwości elektromagnetyczne łub inne pożądane właściwości gotowego produktu spieczonego. Pierwiastki wchodzące w skład stali znajdują się wśród najlepiej znanych z tych materiałów. Specyficzne przykłady materiałów stopowych obejmują, ale bez ograniczenia do nich, pierwiastkowy molibden, mangan, chrom, krzem, miedź, nikiel, cynę, wanad, kolumb (niob), metalurgiczny węgiel (grafit), fosfor, glin, siarkę i ich kombinacje. Innymi odpowiednimi materiałami stopowymi są również dwuskładnikowe stopy miedzi z cyną lub fosforem; stopy żelaza z manganem, chromem, borem, fosforem lub krzemem; niskostopowe trzeciorzędowe i czwartorzędowe eutektyki węgla i dwóch lub trzech pierwiastków spośród żelaza, wanadu, manganu, chromu i molibdenu; węgliki wolframu lub krzemu; azotek krzemu; oraz siarczki manganu lub molibdenu.

Materiały stopowe używane są w tej kompozycji w postaci cząstek, które są· ogólnie mniejsze niż cząstki materiału na bazie żelaza, z którymi są one mieszane. Cząstki pierwiastka stopowego mają zwykle wagowo średni rozmiar cząstek mniejszy niż 100 mikronów, korzystnie mniejszy niż 75 mikronów, a jeszcze korzystniej mniejszy niż 30 mikronów, najkorzystniej w zakresie 5-20 mikronów. Ilość materiału stopowego zawartego w kompozycji będzie zależeć od żądanych właściwości końcowej części spieczonej. Zwykle ilość ta będzie niewielka, maksimum do około 5% wagowych całego ciężaru proszku, chociaż w pewnych specjalnych proszkach może być zawarte nawet 10 -15% wagowych. Korzystny zakres, odpowiedni dla większości zastosowań, wynosi 0,25 - 4,0% wagowych.

Organiczny środek poślizgowy wybrany jest spośród znanych środków poślizgowych stosowanych w metalurgii proszków. Te środki poślizgowe zawierają takie związki jak stearyniany metali lub inne mydła, parafiny, syntetyczne woski, oraz naturalne i syntetyczne pochodne tłuszczowe. Korzystnymi środkami poślizgowymi są te, które albo ulegają czystej pirolizie podczas spiekania, albo inaczej ulegają rozkładowi bez szkodliwego oddziaływania na spiekanie. Przykładami takich środków poślizgowych są różne mydła i woski występujące w naturze lub syntetyczne. Korzystnymi materiałami mydlanymi są kwas stearynowy oraz metaliczne stearyniany cynku i litu. Inne metaliczne stearyniany, łącznie ze stearynianami miedzi, niklu i żelaza, są czasami również stosowane jako środki poślizgowe specjalnego przeznaczenia. Woskami są występujące w naturze długołańcuchowe parafiny lub syntetyczne polietyleny, a głównie bisstearamidy etylenowe lub środki smarowe na bazie bis-stearamidu etylenowego. Dostępnym w handlu woskiem jest N,N'-etylenobisstearamid.

Innym przykładem organicznego środka poślizgowego jest amidowy środek poślizgowy, który jest woskiem o wysokiej temperaturze topnienia. Ten amidowy środek poślizgowy jest produktem reakcji 10 - 30% wagowych liniowego kwasu dwukarboksylowego C6 - C12,10 - 30% wagowych jednokarboksylowego kwasu C10 - C22 i 40 - 80% wagowych dwuaminy o wzorze (CH2)x (NH2)2, gdzie x jest 2 - 6. Ten amidowy środek poślizgowy wytworzony jest jako produkt kondensacji przez doprowadzanie do kontaktu substratów reakcji przy temperaturze 260°C -280°C, przy ciśnieniu do około 0,71 MPa. Reakcja ta jest zwykle przeprowadzana w obojętnej atmosferze w obecności katalizatora, takiego jak octan metylu lub proszek cynku. Ten środek poślizgowy jest korzystny, kiedy kompozycja ma być zagęszczana przy podwyższonych temperaturach (zagęszczanie cieplne), takich jak 150°C do 370°C. Korzystnym środkiem poślizgowym jest bis-stearamid etylenowy.

Pierwsza część środka poślizgowego jest zwykle dodawana do kompozycji w postaci cząstek stałych. Wagowo średni rozmiar cząstek środka poślizgowego może zmieniać się, ale korzystny jest mniejszy niż 50 mikronów. Najkorzystniej cząstki środka poślizgowego mają

175 799 wagowo średni rozmiar cząstek 5-20 mikronów. Środek poślizgowy jest jednorodnie mieszany z suchą mieszanką proszku na bazie żelaza i proszku stopowego. Ta pierwsza część środka poślizgowego może być pojedynczym środkiem poślizgowym lub mieszaniną środków poślizgowych opisanych powyżej.

Następnie w suchą przedmieszkę proszku na bazie żelaza, proszku stopowego i środka poślizgowego wprowadza się organiczne spoiwo. Spoiwo służy do zapobiegania segregacji i/lub pylenia proszków stopowych lub innych dodatków specjalnego przeznaczenia zwykle stosowanych z proszkami żelaza lub stali. Spoiwo polepsza zatem jednorodność kompozycyjną i homogeniczność stopową gotowych spiekanych części metalowych.

Spoiwami, które mogą być używane według przedmiotowego sposobu, są spoiwa zwykle stosowane w metalurgii proszków. Spoiwa te obejmują poliglikole, takie jak glikol polietylenowy lub glikol polipropylenowy, glicerynę, alkohol poliwinylowy, homopolimery lub kopolimery octanu winylu; ester celulozowy lub żywice eterowe, polimery lub kopolimery metakrylanu, żywice alkidowe, żywice poliuretanowe, żywice poliestrowe i ich kombinacje. Innymi przykładami spoiw, które nadają się do stosowania, sa kompozycje na bazie tlenku polialkilenowego o dużym ciężarze cząsteczkowym. ’

Spoiwo może być dodawane do mieszaniny proszkowej w postaci cieczy i jest mieszane z proszkami aż do uzyskania dobrego zwilżenia proszków. Te spoiwa, które są w postaci ciekłej w warunkach otoczenia, mogą być dodawane do proszku bez zmiany, ale korzystne jest, aby spoiwo, niezależnie od tego czy jest ciekłe, czy stałe, było rozpuszczane lub dyspergowane w organicznym rozpuszczalniku i dodawane w postaci takiego ciekłego roztworu, przez co uzyskuje się zasadniczo równomierne rozprowadzenie spoiwa w całej mieszaninie. Wilgotny proszek jest następnie obrabiany przy użyciu konwencjonalnych technik, aby usunąć rozpuszczalnik. Typowo, jeżeli mieszanki jest niewiele, zwykle 2,26 kg lub mniej, wilgotny proszek rozprowadza się na płytki tacy i pozostawia do wyschnięcia w powietrzu. Z drugiej strony, w przypadku większych ilości mieszanek, takich jak 250 kg, używanych w przykładach, suszenie przeprowadza się w zbiorniku mieszadła przy użyciu ciepła i podciśnienia.

Ilość spoiwa dodawanego do kompozycji proszkowej zależy od takich czynników jak gęstość i rozkład wielkości cząstek proszku stopowego oraz względny ciężar proszku stopowego w kompozycji. Zwykle spoiwo jest dodawane do kompozycji proszkowej w ilości stanowiącej 0,005 - 1% wagowych całkowitego ciężaru metalurgicznej kompozycji proszkowej.

Po zakończeniu etapu traktowania spoiwem, drugą pozostałą część organicznego środka poślizgowego miesza się z wysuszoną kompozycją proszkową, stosując konwencjonalne techniki mieszania, by wytworzyć końcową mieszaninę. Stwierdzono, że pozorną gęstość mieszaniny można wyregulować, albo podwyższając jej wartość albo obniżając, zależnie od typu i ilości użytego środka poślizgowego. Na ogół stwierdza się, że środki poślizgowe typu metalicznego mydła zwiększają pozorną gęstość, natomiast środki poślizgowe typu naturalnego lub syntetycznego wosku zmniejszają pozorną gęstość. Ilość tego dodatku w żadnym przypadku nie przekracza zazwyczaj 25% całkowitej końcowej zawartości środka poślizgowego w mieszaninie.

Metaliczne mydła, które uważane są za możliwe do zastosowania w celu zwiększenia pozornej gęstości, obejmują stearyniany miedzi, niklu, żelaza, cynku i litu. Korzystnymi środkami poślizgowymi w tej grupie są stearyniany cynku i litu. Naturalne i syntetyczne woski uważane za możliwe do zastosowania w celu zmniejszenia pozornej gęstości, obejmująparafinę, bis-stearamid etylenowy, polietylen, glikol polietylenowy i różne dostępne w handlu środki poślizgowe na bazie wosku, gdzie jeden z powyższych jest składnikiem głównym. Korzystnym środkiem poślizgowym w tej grupie jest N,N'-etylenobisstearamid.

Całkowita ilość środka poślizgowego, który ma być dodany do kompozycji proszku metalurgicznego, zależy od właściwości żądanych lub koniecznych w kompozycji proszkowej lub w zgęszczonej, jeszcze nie spieczonej części. Zwykle całkowita ilość środka poślizgowego wynosi do 3%, korzystnie do 2%, a najkorzystniej 0,5 -1,5% całkowitego ciężaru metalurgicznej kompozycji proszkowej.

Ilość środka poślizgowego, który ma być dodany jako druga, pozostała część środka poślizgowego, zależna jest od żądanego stopnia przewidzianej regulacji pozornej gęstości kompozycji proszkowej. Dodanie nawet niewielkich ilości środka poślizgowego w tym drugim

175 799 etapie może mieć znaczny wpływ na pozorną gęstość. Górna granica dodawania pozostałego, dodatkowego środka poślizgowego jest zwykle wyznaczona przez szkodliwe oddziaływania na inne właściwości proszku. Jeśli chodzi o względne ilości pierwszej i drugiej części środka poślizgowego, druga ilość środka poślizgowego wynosi zwykle do 25% wagowych, korzystnie 1 - 25% wagowych, jeszcze korzystniej 10 - 20% wagowych, a najkorzystniej 5 -15% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.

Kompozycję proszkową otrzymaną sposobem według przedmiotowego wynalazku zagęszcza się w formie, zgodnie z konwencjonalnymi technikami metalurgicznymi. Typowo ciśnienie zagęszczania wynosi 69 - 1379 MPa, korzystnie 276 -1379 MPa, a jeszcze korzystniej 345 - 966 MPa. Po zagęszczeniu, część kompozycji jest spiekana zgodnie z konwencjonalnymi technikami metalurgicznymi.

Przykład

Metalurgiczną kompozycję proszkową przygotowano sposobem według przedmiotowego wynalazku. Przygotowano podgrzaną, suchą przedmieszkę kompozycji z proszku na bazie żelaza. Przedmieszka ta zawierała 0,9% wagowych sproszkowanego grafitu jako elementu stopowego i 0,75% wagowych stearynianu cynku jako środka poślizgowego. 245,1 kg rozpylonego proszku żelaza (zasadniczo czystego żelaza), 2,26 kg grafitu i 1,81 kg stearynianu cynku zmieszano na sucho do uzyskania zasadniczo jednorodnej mieszaniny. Do tej mieszaniny proszkowej dodano 2,72 kg 10% roztworu octanu poliwinylowego w acetonie (w celu otrzymania mieszaniny proszkowej zawierającej około 0,11% wagowych spoiwa po wysuszeniu). Mieszanie kontynuowano aż proszki zostały dokładnie zwilżone. Wilgotny proszek wystawiono następnie na działanie warunków podciśnienia, aby wysuszyć go przez odparowanie rozpuszczalnika.

Wysuszoną mieszaninę proszkową podzielono następnie na jedenaście partii po 22,65 kg. Pięć partii modyfikowano następnie przez dodanie stearynianu cynku, jako środka smarującego, skokowo w ilościach po 0,01 kg (0,05% pierwotnego ciężaru wsadu) aż do maksimum dodatkowo 0,06 kg (0,25% ciężaru wsadu; około 25% całej zawartości środka poślizgowego). Inne pięć wsadów modyfikowano przez dodanie środka poślizgowego N,N'-etylenobisstearamidu (ACRAWAX C) w takich samych ilościach i z takim samym stopniowaniem.

Wpływ dodawania środka poślizgowego na pozorną, gęstość i właściwości płynięcia proszku metalurgicznego podano w tabeli. Pozorną gęstość określono według ASTM B212-76. Prędkość przepływu określono metodą Halla (ASTM B213-77). Pozorną gęstość i prędkości przepływu proszku określano w trzech punktach - po dodaniu pierwszej części środka poślizgowego, ale przed wprowadzeniem spoiwa (materiał przed spojeniem); po wprowadzeniu spoiwa do proszku (materiał po spojeniu); oraz po dodaniu drugiej części środka poślizgowego. Dodanie stearynianu cynku zwiększyło pozorną gęstość proszku i nieco zwiększyło również czasy płynięcia w porównaniu z materiałem spojonym. Dodanie środka poślizgowego N,N'etylenobisstearamidu zmniejszyło pozorną gęstość i zwiększyło czasy płynięcia w porównaniu z materiałem spojonym. Jednakże obserwowane prędkości płynięcia tych mieszanin były we wszystkich przypadkach jeszcze znacznie lepsze w porównaniu z prędkościami płynięcia proszków niespojonych. Zarówno dla dodania stearynianiu cynku jak i środka poślizgowego N,N'-etylenobisstearamidu największy wpływ na gęstość pozorną występował przy najmniejszych dodatkach. Równocześnie dodatki te miały najmniejszy wpływ na zwiększenie czasu płynięcia. Ten sposób późniejszego dodawania środka poślizgowego umożliwia zatem odpowiednie regulowanie pozornej gęstości, albo zwiększając jej wartość albo obniżając, według potrzeby, bez znacznego oddziaływania na prędkość płynięcia.

175 799

Tabela 1

Wyniki badań
	Po 24 h	Po 1 tygodniu
Stan mieszaniny	Pozorna gęstość g/cm³	Płynięcie s/50g	Pozorna gęstość g/cm³	Płynięcie s/50g
Przed spojeniem	3,13	37, 0	3,15	37, 6
Po spojeniu	3,30	23, 0	3,34	22,5
0 Z dodanym później stearynianem cynku
0,05%	3,40	24,3	3,42	23,2
0,10%	3, 44	24, 4	3,47	23,5
0, 15%	3,46	28,3	3,47	24,6
0,20%	3, 44	29, 0	3,45	25,8
0,25%	3,43	26,5	3,45	26,2
o Z dodanym później' środkiem smarowym ACRAWAX
0,05%	3,17	27, 8	3,18	27, 5
0,10%	3,12	28,7	3,14	28,3
0, 15%	3,06	29,8	3, 08	29,2
0,20%	3,05	29,7	3,07	29,2
0,25%	3, 03	30,3	3,06	30,0

β

Mierzone jako procent całego ciężaru mieszaniny

175 799

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania metalurgicznej kompozycji proszkowej, polegający na wytwarzaniu suchej przedmieszki z proszku na bazie żelaza, co najmniej jednego proszku stopowego oraz organicznego środka poślizgowego, zwilżaniu suchej przedmieszki ciekłą mieszaniną organicznego spoiwa, rozpuszczonego lub zdyspergowanego w rozpuszczalniku, usuwaniu rozpuszczalnika w celu otrzymania suchej kompozycji proszkowej, znamienny tym, że wytworzoną, z użyciem części całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, suchą kompozycję proszkową miesza się z pozostałą ilością organicznego środka poślizgowego, wybranego z grupy złożonej z mydeł, w celu zwiększenia pozornej gęstości wytworzonej kompozycji proszkowej, przy czym jako pozostałą, dodatkową ilość organicznego środka poślizgowego stosuje się do 25% wagowych całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, a całkowita ilość organicznego środka poślizgowego stanowi do 3% wagowych tytułowej kompozycji proszkowej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że całkowita ilość środka poślizgowego stanowi do 2% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że całkowita ilość środka poślizgowego wynosi 0,5 -1,5% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pozostała, dodatkowa ilość środka poślizgowego wynosi 1-25% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że pozostała, dodatkowa ilość środka poślizgowego wynosi 10 - 20% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako pozostały, dodatkowy środek poślizgowy stosuje się stearynian metalu.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stearynian metalu stosuje się jako środek poślizgowy w obu etapach.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się ciekłą mieszaninę organicznego spoiwa w ilości stanowiącej 0,005 -1% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się spoiwo wybrane z grupy złożonej z homopolimerów lub kopolimerów octanu winylu, estru celulozy lub żywic eterowych, polimerów lub kopolimerów metakrylanowych, żywic alkidowych, żywic poliuretanowych, żywic poliestrowych, poliglikoli, gliceryny, alkoholu poliwinylowego oraz ich kombinacji.
10. Sposób otrzymywania metalurgicznej kompozycji proszkowej, polegający na wytwarzaniu suchej przedmieszki z proszku na bazie żelaza, co najmniej jednego proszku stopowego oraz organicznego środka poślizgowego, zwilżaniu suchej przedmieszki ciekłą mieszaniną organicznego spoiwa, rozpuszczonego lub zdyspergowanego w rozpuszczalniku, usuwaniu rozpuszczalnika w celu otrzymania suchej kompozycji proszkowej, znamienny tym, że wytworzoną, z użyciem części całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, suchą kompozycję proszkową miesza się z pozostałą ilością organicznego środka poślizgowego, wybranego z grupy złożonej z wosków, w celu zmniejszenia pozornej gęstości wytworzonej kompozycji proszkowej, przy czym jako pozostałą, dodatkową ilość organicznego środka poślizgowego stosuje się do 25% wagowych całkowitej ilości organicznego środka poślizgowego, a całkowita ilość organicznego środka poślizgowego stanowi do 3% wagowych tytułowej kompozycji proszkowej.
11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że całkowita ilość środka poślizgowego stanowi do 2% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że całkowita ilość środka poślizgowego wynosi 0,5 -1,5% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
13. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że pozostała, dodatkowa ilość środka poślizgowego wynosi 1-25% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.

175 799
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że pozostała, dodatkowa ilość środka poślizgowego wynosi 10 - 20% wagowych całkowitej ilości środka poślizgowego.
15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że jako pozostały, dodatkowy środek poślizgowy stosuje się wosk zawierający amid.
16. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że stosuje się ciekłą mieszaninę spoiwa organicznego w ilości stanowiącej 0,005 -1% wagowych metalurgicznej kompozycji proszkowej.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że stosuje się spoiwo wybrane z grupy złożonej z homopolimerów lub kopolimerów octanu winylu, estru celulozy lub żywic eterowych, polimerów lub kopolimerów metakrylanowych, żywic alkidowych, żywic poliuretanowych, żywic poliestrowych, poliglikoli, gliceryny, alkoholu poliwinylowego oraz ich kombinacji.