TW445184B - Powder composition - Google Patents

Description

445184 五、發明說明（〇 本發明係關於一種粉末末及其製造方法。更特別的，本 發明係關於用於粉末冶金之鐵基粉末混合物。 粉末冶金為用於製造多種組份（例如發動機工業）之良好 建立之技術。在組份之製造中，壓緊並燒結粉末混合物以 提供任何要求形_狀之一部份。粉末混合物包括基礎金屬粉 末作主要組份及摻合粉狀之添加劑。添加劑可為例如石 墨、Ni、Cu、Mo、MnS、Fe3P等。為使用粉末冶金技術重 複製造要求之產物，作為起始材料之粉末組合物必須儘可 能地均勻。這通常在均句互相混合組合物之組份中完成。 因為組合物之粉狀組份在大小、密度及形狀上不同，無論 如何有組合物同質之問題。 如此分離在輸送及處理粉末組合物時發生，因為比基礎 金屬粉末高密度及小大小之粉末組份傾向向組合物較低之 部份集中，另一方面低密度之粉末組份傾向升至組合物之 較高部份。這分離意指組合物將非均勻地構成，其依次意 味由粉末组合物製造之各部份為不同之構成且隨後具有不 同之性質。進一步之問題為細粒子，特別是低密度如石墨 者，在處理粉末混合物中產生灰塵。 通常，添加劑為比基礎金屬粉末小之粒子大小之粉末。 雖然如此基礎金屬粉末之粒子大小小於約1 5 0微米，大部 份添加劑之粒子小於約2 0微米。這較小之粒子大小造成組 合物表面積之增加，這依次意指其流動性質（即其作為自 由流動粉末之流動能力）受損。受損之流動顯示其本身增 加時間以粉末填滿模，意味較低之產率及增加壓緊組份在

^45184 五、發明說明（2) 密度上變化之危險，這可導致燒結後無法接受之變形。 先前已作許多嘗試藉加入不同黏結劑及潤滑劑至粉末組 合物解決上述問題。黏結之目的為堅固且有效地黏結添加 劑粒子（如合金組份）至基礎金屬粒子，並隨後減少分裂及 塵埃之問題。潤滑劑之目的為減少粉末組合物之摩擦，而 如此增加其流動且亦減少排出力，即由模排出最終壓緊產 物要求之力。 本發明之目的為嘗試減少或除去上述與先前技藝技術相 關之問題。特別是一項本發明之目的為藉減少分裂及塵埃 伴隨提供粉末冶金組合物或混合物。第二目的為提供具令 人滿意流動之粉末混合物。第三目的為提供在環境溫度下 壓緊（冷壓緊）之粉末混合物及第四目的為提供適應大規模 生產這類粉末組合物。第五目的為除去傳統黏結劑及溶 劑。 根據本發明藉一種粉末組合物減少或除去這些問題，由 包括步驟-混合並加熱含鐵粉末、磨碎添加劑及磨碎潤滑 劑至高於潤滑劑熔點之溫度。-冷却得到混合物至低於潤 滑劑熔點之溫度維持足以固化潤滑劑之時間並黏著添加劑 粒子至含鐵粒子上以形成聚集粒子，及-混合粒子大小小 於2 0 0毫微米（以低於4 0毫微米較佳）之磨碎流動劑與量在 0 . 0 0 5至約2重量％組合物之得到混合物。 包括熔化及隨後固化黏結劑及/或潤滑劑之粉末混合物 (即所謂熔化結合技術）由例如美國專利第4，9 4 6，4 9 9號知 悉，其揭示具油及金屬皂或躐組合互相嫁合之黏結劑之鐵

r 445184 五'發明說明（3) >______ 基粉末混合物。當生產根據這專利公告案之組合物八 末與金屬皂或蠟及油混合，並加熱混合物故油及金還，叔 蠟一同熔合，然後冷却。公告之日本專利申請公主^或 58- 1 93 302揭示磨碎潤滑劑之使用（如硬脂酸鋅）作W第 劑。加入磨碎潤滑劑至粉末組合物並在連續混合、a 熔化，然後冷却混合物^公告之曰本專利申請公告熱至 卜2 1 9 1 0 1號亦揭示使用潤滑劑作黏結劑。當製造粉=第 物時，金屬粉末與潤滑劑混合並加熱至高於潤滑^組合 點，然後進行冷却。 < 炫 歐洲專利5 80 68 1揭示鐵基冶金粉末組合物，其、 礎鐵粉末、磨碎添加劑、黏結劑、二醯胺蠟（以乙=~基 脂醯胺）及視需要之磨碎潤滑劑，其中黏結劑以熔融=f 存在且隨後固化將添加劑之粉末粒子與基礎金屬之士態 子黏著在一起^ 呀末粒 美國專利5，78 2，954揭示流動劑之使用。這專利揭示鐵 基冶金粉末組合物，其含有可用於增強組合物流動特徵 (特別是在提高之加工溫度下）之毫微粒子金屬或金屬氧化 物流動劑。鐵基粉末組合物（除鐵及合金元素外包括黏結 劑及高溫潤滑劑）可有利地攙混流動劑如氧化矽或氧化 鐵、或二者之結合以提供具改良流動性質之粉末組合物。 根據本發明使用之流動劑以氡化矽較佳，以平均粒子大 小低於約40，由約卜35毫微米較佳之二氧化矽最佳且用量 由約0 · 0 0 5至約2，以〇 . 0 1 -1重量百分比較佳，以0 . 〇 2 5至 〇 * 5重量百分比之總組合物最佳。可用其金屬或金屬氧化

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五、發明說明（4) 、始、 其粒子 物形式作流動劑包括鋁、銅、鐵、鎳、鈦、么 贫、銀 叙、你、鈷、猛、船、錫、飢、紀、起、鎮及 大小小於2 0 0毫微米。 餘， 劑混合之不 敢或部份合 含鐵粉末基本上可為純鐵粉末或與磨碎添加 同鐵粉末混合物。粉末亦可為預合金粉末或擴 金粉末。 ' 添加劑一般可使用合金元素如石墨、鐵磷及硬化相材 料’如碳化物及氧化物。含鐵粉末可含有混合之人金元素 如Cu、Ni、Mo、石墨、Fe3P及MnS，量最高為iq% 、 潤滑劑可選自壤、金屬皂及熱塑性材料。峨之實例為__ 酿胺’如乙稀二硬脂酿胺。金屬皂之實例為硬腊酸二二^ 脂酸鋰而熱塑性材料之實例為聚醯胺、聚醯亞胺、聚稀 烴、聚酯、聚醇鹽、聚醇。 濶滑劑用量可在0. 0 5至3 %間’以在〇 . 2至2 %間較佳且以 在〇. 5至1. 5重量％组合物間最佳。亦可使用潤滑劑混合 物，其中至少一種潤滑劑在過程中熔化。低於約〇. 〇 5重量 %潤滑劑產生不良之黏著，然而高於約2重量％潤滑劑產生 非要求之多孔最終產物。在設定之範圍内，潤滑劑之量根 據添加劑之量選定，較大量之添加劑要求較大量之潤滑 劑，反之亦然。 根據較佳具體實施例磨碎流動劑加入含具添加劑粒子鍵 結之粒子之鐵混合物中，添加劑粒子藉高於環境溫度但低 於潤滑劑熔化溫度之溫度下固化之潤滑劑鍵結，即在低於 潤滑劑熔點1 〇至3 〇 °c之範圍内°在這情況中流動劑可在達

445 t 84 五、發明說明（5) 到環境溫度前加入聚集之粉末中。 根據本發日月之粉末混合預定作為在標準條件下製備壓緊 及燒結之組份。如此壓緊在環境溫度（”冷壓緊„)介於4〇q 至1〇〇〇 MPA之壓力下實行，而燒結在介於1〇5〇至12〇〇。〇之 溫度下實行。另一方面壓緊可在提高之溫度下實行。 製備粉末混合之方法可由整批或連續實行。連續製備之 特定優點為得到平滑甚至依次導致更均勻產物之流動之可 能性。 本發明亦關於包括含鐵粉末、添加劑、潤滑劑及流動劑 之粉末組合物，其中組合物基本上由含鐵粒子，粒子藉熔 化且隨後固化之潤滑劑鍵結添加劑以形成聚集之粒子；以 及約0 . 0 0 5至約2重量百分比粒子大小低於2 〇 〇毫微米，以 低於4 0毫微米較佳之流動劑組成。 當執行根據本發明之方法時混合物之組份包括潤滑劑在 内為均勻互相混合為重要的。這由混合裝置中混合基礎鐵 粉末及磨碎添加劑如石墨、Cu等，及磨碎潤滑劑直到得到 均勻之粉末混合物。在連續混合中，之後加熱混合物直到 潤滑劑熔化，在空氣中最平常使用之潤滑劑在約9 〇 — 1 7 0 °C 發生，以在約1 2 0° - 1 5 0 °C較佳。潤滑劑不應有太高之熔 點’藉以將加熱粉末混合物使潤滑劑熔化要求之能量減 小。因此，潤滑劑熔點之上限已設定在約1 7 0 °C之溫度。 當在混合操作中熔融潤滑劑已均勻分佈在混合物中時， 冷却混合物使潤滑劑固化，如此在基礎鐵粒子及添加劑小 粒子間發揮黏著效應，添加劑安排在其表面，如石墨、

445184 五、發明說明（6)

Cu ' N i ' Mo 重量的，藉 不須如先前 化後，粉末 劑以加入鐵 黏著或黏結 暖。 視需要， 外潤滑劑至 為促進對 在實例中 對基礎金 6 3微米，所 以維持 混合以 i昆合物 及添加 流動劑 可在潤 粉末混 本發明 描述之 屬粉末 有粒子 。在混合中實行冷却操作亦為 ί;:;均…然而在冷却中之混合 在：2混合物一般強烈。*潤滑劑固 2旱備使用前與流動劑均句混合。流動 2聚集粒子中料聚集表面仍維持其 杻子之可能性較佳，即同時表面仍溫 滑劑固化及流動劑互相混合後可加入額 Cf物。然而’這非必須。 ，了解，下面將藉非限制實例描述β 试驗中’使用下列材料及方法。 ’使用原子化鐵粉末，平均粒子直徑約 小於1 5 0微米。 對添加劑，使用銅（Cu )及石墨之粉末，Cu粉末平均粒子 大小約2 0 0網目而石墨粉末平均粒子大小約*微米。 粉末混合物之混合受二步驟影響，混合物組份首先在混 合裝置（德國 ff-4 79 0 Paderborn， Gebr，Lodige Maschinenbau GmbH供之Lod ige型）t預混合2分鐘，然後 產生之混合物轉移至高約3 〇 〇毫米直徑約8 〇毫米並提供雙 螺旋攪拌器及具可調整加熱器之加熱包覆之圓柱混合裝置 中°在圓柱混合裝置中粉末受振動並加熱至約1 5 0 °c約1 5 分鐘以熔化潤滑劑。之後在連續振動3分鐘之中維持溫度 在約1 5 0 t：，然後關閉熱源並讓混合物在振動中加入流動 劑前冷却至約1 2 0 t。之後混合物在傾倒前連續冷却。根

445184 五、發明說明（7) 據瑞典標準SS 1 1 1 03 1測量粉末混合物之流動，該標準符 合國際標準ISO 4490-1 9 78。 粉末混合物之視密度（AD)根據瑞典標準SS 11 1030測 量，其符合ISO 39 23/ 1 - 1 97 9。 粉末混合物之塵埃由塵軌跡式（Dust Track)儀器在特定 流動之空氣下測量每分鐘之計數。 種種粉末混合物以上面一般描述之方法製造，其組合如 下： 組成 重量％ ASC 100.29* 96.70 Cu 2.00 C 0.50 Η-蠟 ** 0.80

*得自瑞典HOgaMs AB 料得自德國HoechstAG 混合物 流動/秒/50克 AD(克/立方公分） 充塡指》 麈埃* 粉末組合物 32.10 3.03 8.13 370 +0 29.23 3.02 6.48 116 +0.03*(150°〇 29.42 2.86 6.33 27 +0.03*(120°〇 26.08 2.92 4,24 13 +0.03'室溫） 27.68 2.80 5.33 274 *重量％ Aerosil R 812，得自德國Degussa且粒子大小紛7毫微米。 由試驗及上面所陳述，如此根據本發明之技術提供具良好 流動及低度分離及塵埃之粉末冶金混合物為明顯的。

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Claims (1)

1. 445184 六、申請專利範圍 1. 一種粉末組合物，其包括含鐵基粉末、添加劑、潤滑 劑及流動劑，其特徵為該粉末組合物基本上由藉熔化且隨 後固化之潤滑劑鍵結添加劑粒子之含鐵粒子形成聚集粒子 及由約0. 0 0 5至約2重量百分比之粒子大小低於2 0 0毫微米 之流動劑組成。 2. 如申請專利範圍第1項之粉末組合物，其特徵為該流 動劑量為0.01-1 ，以0.025至0.5重量百分比為較佳。 3. 如申請專利範圍第1或2項之粉末組合物，其特徵為該 流動劑選自下列各金屬；鋁、銅、鐵、鎳、鈦、金、銀、 在白、把、叙、钻、猛、錯、鎖 '釩、紀、銳、鶴、錯並使 用其金屬或金屬氧化物形式。 4. 如申請專利範圍第1或2項之粉末組合物，其特徵為該 流動劑為二氧化石夕。 5. 如申請專利範圍第4項之粉末組合物，其特徵為該二 氧化矽之粒子大小小於4 0毫微米。 6. 如申請專利範圍第4項之粉末組合物，其特徵為該流 動劑之粒子大小由約1至3 5毫微米。 7. 如申請專利範圍第1項之粉末組合物，其特徵為使用 一種潤滑劑混合物，其中至少一種潤滑劑在過程中熔化。 8. 如申請專利範圍第1項之粉末組合物，其特徵為該含 鐵粒子包括與至少一種合金元素預合金之鐵粒子。 9. 如申請專利範圍第1項之粉末組合物，其特徵為該鐵 基粉末包括與至少一種合金元素擴散鍵結之鐵粒子。 1 0.如申請專利範圍第1項之粉末組合物，其特徵為該鐵

   O:\61\61609.PTD 第11頁 184 六、申請專利範圍 基粉末包括基本上純之鐵粒子。 如前面申請專利範圍第8或9項之粉末組人 徵為該合金元素係選自石墨、鐵磷、硬相材料\ ，、- 1 2.如前面申請專利範圍第丨項之粉末組合。 該潤滑劑係選自蠟、金屬皂及熱塑性材料。’其特徵為 13. 如申凊專利範圍第12項之粉末組合物， 醇^性Π係選自聚酿胺、聚酿亞胺、聚稀煙、聚醋?聚 14. 如前面申請專利範圍第1項之粉末組合物，豆 她骨劑之用量在0.05至3%間，以在。· 2至2%物:特徵為 在〇· 5至1. 5重量％組合物間最佳〇 ® 乂以 15. 如前面申請專利範圍第1 該潤滑劑為在環境溫度下壓之末組°物，其特徵為 16. 如前面申請專利範圍第項令之壓劑。 該潤滑劑包括硬脂酸辞及/成r & ”末、、且口物，其特徵為 17 ^ ^ ^ ^ 义己歸'二—硬脂醜胺。 1 7.如則面申凊專利範圍第2 至少部份流動劑粒子黏著至聚集粒”末‘且s物，其特徵為 18· —種製備作製備粉末冶金^ ° 法，其包括步驟： 、'·々之粉末組合物之方 -混合並加熱含鐵粉末、磨 高於潤滑劑熔點之溫度， $加劑及磨碎潤滑劑至 -冷却得到混合物至低於潤说 足以固化潤滑劑並黏著添加,熔點之溫度一段期間 粒子，及 β 、子至含鐵粒子以形成聚集

   O:\61\61609.PTD $ 12頁 445184 六、申請專利範圍 -混合粒子大小低於2 0 0毫微米磨碎流動劑與量在 0 . 0 0 5至約2重量％組合物之得到混合物。 1 9.如申請專到範圍第1 8項之方法，其特徵為流動劑之 粒子大小小於4 0毫微米。 2 0.如申請專利範圍第1 8或1 9項之方法，其特徵為加入 該流動劑並與在提高溫度之聚集粉末混合以黏著至少部份 流動劑粒子至聚集粉末粒子= 2 1.如申請專利範圍第1 8或1 9項之方法，其特徵為加入 該流動劑並與在低於潤滑劑熔點尖峯1 0 - 3 0 °C之溫度下之 聚集粉末混合。 2 2.如申請專利範圍第1 8或1 9項之方法，其特徵為其以 連續方法執行。

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