TW434064B - Method for preparing sinterable metallic molding from metal powders - Google Patents

Description

4340 6 4 A7 ______B7_ 五、發明説明（I ) 以粉末冶金方法製造金屬模塑物時，難以製造具有儘 可能高密度的模塑物，因爲金屬粉末必須先充塡至加屋 模具，然後藉由液壓或機械加壓裝匱的一或多軸壓力， 以高壓予以密化。這樣製成之模製體一般稱爲胚料，接 著在熱方法中主要在保護氛圍下燒結，以致生成囿態並 且具有形狀之金屬模塑物。 固態燒結的造型之密度基本上取決於所得之胚體密 度，其中相異於陶瓷粉末之加壓，金屬微粒基於其不同 之結晶結構及其可動的晶格結構缺陷，經歷了塑性變形。 基於微粒幾何（亦相異於陶瓷粉末），金屬粉末之單一粉末 微粒的滑動能力彼此降低，以致在加壓模塑物中的鬆弛 處呈現孔隙容積，其必須藉由非常高的壓力才能幾乎除 去》但在完成密化過程時，高壓消耗大量加壓能量，並 導致固態胚料在加壓模具中高的脫模平滑磨擦 > 因此， 提供高的脫模能量，以平衡大量消耗。高的脫模能量卻 有危險，使胚料有吾人不欲之局部再密化及形成製縫。 爲了避免這些缺點，在ΕΡ-Α-0 375 627中建議一個方 法，其中待加壓的金屬粉末與液態化潤滑劑之液態溶劑 混合。其建議以金屬之硬脂酸鹽，尤其是鋰·或鋅硬脂 酸鹽以及石腦油、蠟、天然或合成之脂肪衍生物，作爲 潤滑劑，例如其首先與作爲液態溶劑之有機石腦油溶劑 一起液化。該方法的缺點係，乾燥之金屬粉末必須先與 雙成分之潤滑劑系統（即硬脂酸鹽及溶劑）混合，其中預混 合進一步必須均勻•進一步之缺點在於，這些粉末混合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 434-064 A7 _____B7 五、發明説明（a ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 物在充塡至加壓模具之前，必須高度預熱至所用潤滑劑 之軟點。因此，有粘牢於加壓模具之輸送裝置內的危險。 結束加壓過程及胚料脫模之後，潤滑劑必須在一特殊步 驟中予以蒸發，蒸發係在胚料於合適之燒結裝置中加熱 之前完成》因此，未能避免潤滑劑殘餘殘留在燒結體中， 依純或合金金屬粉末之應用目的或其種類而定，這樣亦 能導致缺點。 從EP 0 559 987能知悉一種以鐵爲基料之粉末組成物， 其含有鐵基料粉末用之膠粘劑及合金粉末成分。爲改良 加壓之行爲，有機膠粘劑含有一部分的聚氧化烷撐，其 分子量應至少7000 g/mol，基本上爲較高之分子量較佳。 本發明的目的在於改良前述方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該目的藉由由金屬粉末生產可燒結金屬模塑物之方法 完成1該金屬粉末混合加壓助劑，其至少有一部分含有 聚氧化烷撐之族群所組成的成份，並充塡至加壓模具， 並在受壓下密化*從加壓模具脫模成爲受壓的模塑物》 加壓助劑，其至少有一部份含有聚氧化烷撐*尤其是聚 烷撐二醇，較佳爲聚氧化乙烯，特別地爲聚乙撐二醇之 形式，其具有令人驚訝之特徵，即相較於其他的加壓助 劑，達成高密化及高胚料強度之加壓壓加非常小，及受 壓造型之自加壓模具脫模所需的能量明顯降低，因此， 能避免前述已知方法之缺點。在粉末混合物中並不需要 特殊之膠粘劑，因爲藉由潤滑，能得到在加壓過程時彼 此推動的粉末微粒，此外|亦能藉由非常高之粉末微粒 -4- 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公羞） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 434064 A7 _____B7 五、發明説明（S ) 的"塡實密度、得到高密度及高強度之胚料，因而提高粉 末內之金屬微粒彼此間接觸》髙的胚料強度，總是吾人 所欲的，如果胚料在燒結前還須加工的話。在本發明中， "金屬粉末"係指用於生產模塑物所提供之粉末混合物，其 含有各種合金及添加劑以及加壓助劑。 由聚氧化烷撐選出之加壓助劑的一個優點係（尤其是以 聚乙撐二醇形式使用時），藉由適當地選擇分小量能影響 加壓參數，此外，亦影響混合時及充塡於模具時的流動 行爲，及軟化點因而影響加壓過程時的進行溫度和材料 流動。在此，當本發明之加壓助劑具有40- 80°C之軟化點 時，係特別佳地，以致於（例如）在一連串之生產時，達到 於連續加壓中被施處的能量溫度，而在粉末混合物充塡 於加壓模具及受壓時發揮完美的流動。藉此，與加壓助 劑混合的金屬粉末，允許在室溫下充塡於加壓模具。尤 其，在連續生產時，適合加熱至合適之加熱能量，以阻 止連續進行被中斷。加壓能量之加熱一般係約55 °C，以 致均能顧及藉磨擦生成的加熱以及在加工中斷時的冷 卻，因而提供恆定的加屋條件。藉此，使金屬粉末之處 理更加簡化（尤其是充塡方法），因爲”冷”的粉末處理，使 粉末在室溫下可被加工*粘牢、結塊或相似之類並不會 發生，因爲，與加壓助劑混合的金屬粉末之加熱，主要 係在加壓模具中進行。在極大尺寸之微粒時，適合額外 地加熱粉未。 1. —I— II _妙1 1. 11訂 線 \ J (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j

本紙張尺度適用中國國家標準< CNS ) A4規格< 210X297公釐） J 434064 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 4 ) 1 1 低 軟 化 點 之 進 步 優 點 在 於 9 在 充 填 之 後 9 加 壓 助 劑 1 1 I 在 與 受 熱 之 模 具 壁 接 觸 之 金 靥 粉 末 中 » 立 刻 可 建 其 軟 化 1 1 點 因 此 在 隨 後 之 加 壓 過 程 時 > 於 粉 末 充 填 及 加 壓 作 用 请 1 1 之 間 ) 在 作 用 壁 上 所 發 生 的 相 對 移 動 能 夠 ”潤滑地’ TO 成 閱 ip. 1 I ， 因 此 在 此 區 域 内 的 磨 擦 下 降 0 在 隨 後 之 壓 力 上 升 時 背 面 之 1 1 整 個 充 填 粉 末 藉 加 歷 加 熱 至 軟 化 點 以 上 9 因 此 ， 在 内 注 意 1 1 事 1 部 之 由 金 屬 粉 末 之 撤 粒 幾 何 所 造 成 之 較 大 的 相 Ulil 對 移 動 » 再 1 | 經 加 壓 肋 劑 之 潤 滑 作 用 予 以 減 輕 〇 由 於 粉 末 微 粒 變 形 並 % 1 V 本 I 且 镇 實 密 度 經 作 用 提 高 > 因 此 i —· 部 分 之 能 移 動 的 加 壓 頁 1 | 助 劑 也 排 至 邊 界 區 域 » 故 在 固 態 胚 料 受 撞 擊 時 9 胚 料 及 1 I 加 壓 模 具 壁 間 的 磨 擦 大 幅 下 降 0 因 此 t 加 壓 助 劑 之 軟 化 1 1 點 必 須 受 調 節 ) 而 使 胚 料 外 表 面 在 加 壓 時 加 X 溫 度 下 不 1 訂 1 1 受 加 壓 肋 劑 加 熱 ί 避 免 逸 散 之 粉 末 徹 tM- 粒 之 粘 結 〇 低 分 子 量 者 在 與 金 屬 粉 末 混 合 時 也 不 會 有 缺 點 〇 m 由 1 I 選 擇 具 有 合 適 分 子 量 之 加 壓 肋 劑 及 / 或 加 壓 肋 劑 之 混 合 1 I 物 » 使 混 合 至 金 m 粉 末 之 混 合 過 程 以 及 已 知 範 圍 内 之 軟 1 1 線 1 化 點 受 到 影 響 0 令 人 驚 訝 地 9 非 常 低 分 子 量 的 聚 乙 撐 氧 化 物 也 能 以 較 低 之 重 量 份 > 混 合 至 金 屬 粉 末 9 而 在 充 填 1 I 加 壓 模 具 時 及 密 化 時 能 得 到 m 良 流 動 之 粉 末 混 合 物 〇 1 1 在 金 屬 粉 末 中 混 合 加 助 劑 > 能 夠 "冷，1 地 進 行 亦 卽 I 1 在 室 溫 下 進 行 0 尤 其 合 適 地 9 加 壓 肋 劑 混 合 物 與 金 鼷 粉 ί 1 末 之 熱 混 合 偽 在 (例如） 已 加 熱 之 輪 鼓 混 合 機 中 進 行 接 著 1 冷 卻 並 伴 隨 攪 拌 此 時 9 混 合 物 之 溫 度 首 先 調 整 為 稍 微 1 I 高 於 為 加 壓 加 ί去 所 提 供 之 軟 化 點 0 混 合 物 溫 度 適 合 為 5 0 1 -6 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） I^ 434064 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( r ) 1 1 I - 1 0 0°C , 較桂為8 5°C 0 在冷卻之後， 生成可資使用之耐 1 1 1 緩 慢 流 動 的 粉 末 混 合 物 > 其 在 充 瑱 模 具 時 有 受 到 保 証 的 1 1 優 良 處 理 性 請 1 1 在 流 動 性 恆 定 的 加 壓 助 劑 下 * 也 能 Μ 額 外 之 溶 劑 以 降 閱 讀 Jt* 1 低 加 歷 助 劑 之 粘 度 因 此 » 粉 末 微 粒 能 與 加 壓 助 劑 以 類 Sr 之 1 1 似 噴 霧 乾 燥 之 方 法 形 成 薄 膜 0 適 合 作 為 溶 劑 的 是 尤 其 注 意 1 I 事 1 為 醇 類 1 如 乙 醇 異 丙 醇 或 酚 9 他. 們 在 噴 m 後 迅 速 乾 燥 項 再 1 I 9 而 使 混 合 粉 末 之 加 壓 肋 劑 乾 燥 9 並 能 取 得 在 充 填 至 加 填 寫 1 歷 模 具 時 所 需 的 耐 緩 慢 流 動 性 及 流 動 性 〇 頁 S_^ 1 I 在 本 發 明 較 佳 的 實 例 中 建 議 加 壓 肋 劑 之 量 係 至 高 1 | 5 - w t % (以混合物中所含之金屬粉末成份計算} 〇 此 時 有 1 1 以 下 之 優 點 本 發 明 加 壓 肋 劑 之 密 度 高 於 習 用 加 壓 助 劑 1 訂 1 I 之 密 度 » 因 此 在 相 同 之 重 量 部 份 下 » 使 用 較 低 之 加 壓 助 劑 充 填 空 間 而 使 金 屬 粉 末 有 較 大 之 充 填 空 間 Q 加 壓 1 1 肋 劑 之 合 適 fcb 例 最 高 為 金 屬 粉 末 之 1 w t % 0 1 I 以 聚 乙 撐 氧 化 物 形 式 之 的 加 壓 助 劑 > 尤 其 是 聚 乙 撐 二 1 線 I 醇 9 偽 如 以 下 予 以 選 擇 使 軟 化 點 在 4 0 - 8 0°C 之 間 ) 此 時 9 較 桂 地 > 偽 使 用 分 子 量 在 1 0 0- 6 5 0 〇 g / m ο 1 之 間 較 1 I 桂 為 3 0 0 0 - GO 0 0 g / 葩0 1之間的聚乙撐二醇。 此畤， 具各種 1 1 分 子 量 之 聚 乙 撐 二 醇 之 混 合 物 (温合物有大約前述之總分 1 1 子 量 )也適合使用。 1 I 當 密 度 為 (K 9 - 1 .2 5g / C IB3 時 * 加 壓 助 劑 之 羥 基 數 在 1 [ 5 0 7 (I 0 之 間 0 1 豪 1 由 各 種 分 子 量 之 聚 -7 乙 撐 二 醇 的 η 合 > 能 得 到 前 逑 之 1 1 f 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210Χ 297公釐） A34064 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（k ) 加_肋劑，其能調節為所用密度化方法所需之混合物待 性、軟化點及潤滑待性。 本發明之加壓肋劑有以下通式之特徵： H = [ - O-CHa -CH2 - ] n -OH 藕由上述加壓肋劑所取得之加壓密度增加，相異於 ΕΡ-Α-0 375 627所逑方法，主要並非由溫度決定之金屬 粉末物性之改變所達成，而是基本上待密化之粉末本身 之潤滑行為所達成尤其是相對應於加壓作用之加溫，在 模具壁及充填粉末間的潤滑行為〇本發明加壓助劑的進 一步優點fe其在燒結前能較簡單地以熱去除，例如藉由 擴散過程，毛細力逸散、昇華、汽化或相似之類。本發 明的加壓助劑亦有對環境無害之用後處理，因為其能藉 熱解作用分解成水蒸汽及二氧化碩。 令人驚訝地，習用醯胺蟠（非常硬而易脆之粉末）與分 子量70Q0g/inol以上之混合物作為加壓助劑時，從加壓模 具脱出之呸料有凸出之密化恃性及優良之脫模能力。在 外表面之”濕潤化被小心地避免。加壓肋劑内聚乙撐二 酵之比例能確實地在4 Π %以下。醛胺蠟可為乙撐二硬脂 酿胺。 如R P - A - (1 3 7 5 6 2 7所述，為了避免模具壁及粉末撤料 間的磨擦以粉末撒粉彼此間的磨擦，使用前述之硬脂酸 鹽作為潤滑劑，尤其是鋰及鋅之硬脂酸鹽，以及石腦油 、蟠、天然或合成之脂肪族衍生物。在新的發展中.使 用多成份的耐高溫（即約1 3 (TC )潤滑劑，因此降低待加壓 -8 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4祝格（210Χ 297公釐） 434064 A7 B7 五、發明説明（，） 金屬之延展範圍，因而導致高旳加壓密度。在圖式中， 比較本發明方法以及其他方法（習用之室溫加壓，所謂之 溫加壓，如ΕΡ-Α-0 375 627所述）之加壓可能性。 爲了進行硏究，均使用粉末狀之水蒸發的鐵粉（摻有2% 銅及0.6%碳）。 〔圖示簡單說明〕 在圖示中，曲線1表示使用習用潤滑劑（醯胺蠟或微 蠟，如乙撐二硬脂醯胺）之冷加壓方法之產率。 曲線2係依前述習用技術之溫加壓方法的產率。在此 知悉有明確之改良。但是卻必須以前述之缺點作爲代價。 曲線3係本發明方法之產率，其亦明確地提昇最終密度。 在以下之表中，描述依照加壓而能取得之胚料密度及 強度。由各種加壓助劑混合金屬粉末之混合方法及各種 加壓壓力所得之效率作 一比較。 PreBdruck Mpa Mischen Pressen Dichte g/cm3 Grunfestigkeit im 3-Punkt-Biegeversuch W/mm2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Tabelie 1 400 kalt kalt 6,68 10,50 600 kalt kalt 7,07 13,40 800 kalt kalt 7,14 16,80 Tabelle 2 400 warm kalt 6,BO 14,30 600 warm kalt 7,22 20,80 800 warm kalt 7,35 22,20 Tabelle 3 400 kalt warm 6,85 23,10 600 kalt warm 7,24 34,10 800 kalt warm 7,33 35f80 Tabelle 4 400 warm warm 6,88 25,60 600 warin warm 7,28 37,40 800 warm warm 7r37 38,30 Tabelle 5 400 kalt kalt 6,75 5f40 600 kalt kalt 7,07 6,70 800 kalt kalt 7,12 6,80 _ 9 · ----------处--------1T------千， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐} 434064 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A 7 __B7 _五、發明説明（# ) 〔圖表說明〕 表1顯示前述具有0.6wt%聚乙撐三烷（分子量約 6000g/mol)之金屬粉末，其係冷（即室溫）混合並加壓。該 表顯示與加壓壓力實際上成正比上昇之胚料密度及胚料 強度。 表2描述以相同組成之原料之效率，但其以熱混合並 以冷加壓。據該表，除了胚料密度上升以外，相對於冷 加壓之冷混合粉末，胚料強度亦上升。藉由在前述加壓 助劑之軟化點範圍內之溫度的混合，或者一部分起因於 此，粉末微粒之平滑移動及因此之金屬微粒的"接觸密度" 以及因此變成可能之其11陷入"，變成有利的。 表3係冷混合、熱壓之粉末之値。所得之胚料之値符 合前述之値，同時胚料強度明顯地上升，這樣使具有低 子量及施行溫度之聚乙撐二醇間可在加壓時進行選擇。 表4是係熱混合及熱加壓之金屬粉末，其顧示進一步 上升的胚料密度，其中在加壓800MPa時，相近於理論値 之密度的密集化的鐵密度被取得。特別引人注目地，係 胚料強度進一步上升《胚料強度藉所謂之三點彎曲驗予 以確定。上述之質亦表示最大之特定負荷，在此時發生 原料樣本之破裂。 由前述表格所讀出之胚料密度，尤其是胚料強度之改 良，係在使用分子量7000g/mol以下之聚乙撐二醇下于以 取得。其中在溫混合下而顯示出之胚料強度上升，係由 以下取得：在熱混合時，含有銅微粒及碳微粒之鐵粉微 粒被覆蓋上非常薄的一層加壓助劑。這可由以下看出： -10- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐} 卜 434064 A7 B7_ 五、發明説明（7 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 前述組成之熱混合粉末中，待混合之碳粉並未飛揚， 並且用"手指探測"時，與冷混合時相似地，手指並未粘上 碳粉。粉末狀合金成份銅及碳之分佈之試驗，得到非常 均勻之結果，此相符於擴散合金化（diffusion-alloying)金 屬粉末的均勻性.，其均勻性相似一種金屬粉末：首先混 合鐵粉以及粉末狀之合金成份，且該混合在加熱下進行， 使合金粉末沈積在鐵粉上，而避免分解。之後，立刻進 加壓助劑混合之步驟》 如試驗所示，在本發明方法中，能夠放棄耗能量的熱 前處理粉末混合物，因爲（特別係在熱方法中可以達成）， 粉末狀之合金成份藉由加壓助劑能夠不分解地，非常均 勻地粘結在鐵粉上。此亦是本發明之優點。 胚枓強度之上升，完全係由於具有相對較低之分子量 之加壓助劑在金藺粉末模具中於受壓及熱下的優良流動 行爲，其中一方面藉由加壓助劑及金屬助劑之非常均勻 之混合及另一方面藉由在混合時所得之薄"潤滑劑"膜， 提供在熱加壓時進一步下降及在單一粉末間，有非常 高頻率之金屬外表面間直接接觸|能夠能得到前述之塑 性變形及粘結之金屬粉末。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 與表2相反地，由醯胺蠟以及約40 %之分子量超過 6000g/mol之聚乙撐二醇組成之加壓助劑，在加熱下與金屬 粉末混合並接著熱加壓，亦令人驚訝地得到稍微提升之値。 表5係供參考用，提供使用醯胺作爲助劑，冷混合並 冷加壓之金屬粉末之値。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210'X2.97公釐）

Claims (1)

1. 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、申請專利範圍 第8711 9568號「由金屬粉製備可燒結金屬模塑物之方法」 專利案 （89年9月修正） Λ申請專利範圍： 1. 一種由金屬粉末製備可燒結金屬模塑物之方法，該金 靥粉末係混合加壓助劑，其至少一部份之成分係含有 聚烷撐氧化物之族群，該金屬粉末充塡在加壓模具 中，之後在受壓下密化後自加屋模具脫模成經加屋的 造型。 . 么如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑至少含 有聚乙撐氧化物，尤其係至少含有聚乙撐二醇。 3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中加壓助劑 在混合物中之量爲至高達5 wt%，較佳爲lwt%以下（以 金屬粉末部份爲基準計算）。 4. 如申請専利範圍第1項之方法，其中加壓助劑具有40-80°C之軟化點。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑有小於 7 0 0 0 g / m ο 1之分子量* 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑有100-6 5 0 0 g / m ο 1，較佳爲 3 0 0 0 - 6 0 0 0 g / m ο 1 之分子量。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中當加壓助劑內聚 乙撐氧化物之部分小於40%時，聚乙撐氧化物有大於 6500g/mol之分子量。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑有5- 700 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------- -訂---------線f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 434064 as BS C8 _ DS六、申請專利範圍 之羥基數。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑之密度 爲 0.9- 1.25 克 /cm3 · 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中與加壓助劑混合 之金屬粉末在加壓模具中以所用加壓助劑軟化點以下 之溫度充塡，而使加壓助劑之軟化係由施加至加壓模 具之能量*較佳爲密化時，所提供（熱加壓）。 1L如申請專利範圍第1項之方法，其中與加壓助劑混合 之金屬粉末在加壓模具中以所用加壓助劑軟化點以下 之溫度充塡，並且在加壓未有能量輸入（冷加壓）。 以如申請專利範圍第1項之方法，其中加壓助劑係在加 壓加劑軟化點範圍內之溫度被摻混至金屬粉末（熱混 合）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線J -------------------------