TW555608B - Lubricant powder for powder metallurgy - Google Patents
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Description
555608
發明蓺轉 本發明係關於用於冶金粉末組合物之新潤滑劑及各此 :潤滑劑之金屬粉末組合物。本發明確切關於包含新；滑 ^的以鐵為基礎之粉末組合物及其緊壓物，該緊壓物由此 寺組合物製成且具有高生料強度之特徵。 登明背景 生料強度為生料件的一項最重要物理性能。該性能隨 :M件大小增大及幾何結構變複雜而增加。生料強度隨緊壓 山度增加而增加’且文混入粉末的潤滑劑類型和用量影響 。生料強度亦受所用粉末類型料。取得高生料強度的另 -可能為以高溫混合及/或緊壓金屬粉末。為防止緊壓物在 自緊壓工具推出時破裂及擠壓機和熔結爐間的處理和運輸 期間損壞，需要高生料強度。目前所用具有高相對高生料 強度之緊壓物最好自海綿狀鐵粉末製備，儘管霧化粉末更 易壓縮且因此得到更高生料密度，但在製備霧化粉末擠壓 物方面遇到難題。 發明目的 本發明一飯目的為提供一種具有高生料強度之緊壓體 及保證緊壓和自工具推出後處理的耐久性。 本發明第二目的為提供能夠自高壓縮性鐵粉末（如霧化 鐵粉末或高壓縮性以鐵為主之粉末）製造此緊壓物之新潤 滑劑。 罘三目的為提供一種以鐵為主之粉末組合物，其包括以 鐵之粉末及新潤滑劑。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 555608 A7
第四的為提供—錄& 種在環境溫度緊壓時製備具有高生 強度之緊壓體之方法。 第五目的為提供一種製備雖密度較低但卻具有高強 之生料體之方法。 料 度 本發明的其他目的自下文將更加顯而易見 發明概要 發見W上目的可由含聚氧伸乙基和酿胺低聚物混 合物之新潤滑劑達到，因此，本發明係關於此等潤滑劑。 本發月亦關於帛冶金粉末改良組合物，其包括較多量 具有在約25-350微米範圍重量平均顆粒大小的以鐵為主之 粉末及較少量該新潤㈣卜本發明另外關於製造具有高生 料強度之生料體同時保持低推頂力及推頂能量之方法。此 外由低雷特勒（Ratt 1 er)值證明，該方法保證在緊壓和自 工具推頂後處理的耐久性。 該万法包括將以鐵為主之粉末和選用的添加劑與新潤 滑劑混合並緊壓所得粉末組合啪之步驟。 發明詳細說明 更確切而言，該新潤滑劑基本上由以潤滑劑重量計在約 10和60重量％間之聚氧伸乙基（PE0)(屬於聚醚族）組成，餘 者為酿胺低物。為獲得高生料強度與低雷特勒值，新潤 滑劑之PEO含量應至少為20%，更佳至少30%。當peo量高於 60%時，生料強度降低。為獲得最高生料強度值，潤滑劑應 包含在30和50%間量的PEO，其餘為醯胺低聚物。 美國專利弟6 224 823號揭示組合使用聚謎（更明確為具 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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555608 A7 B7 五、發明説明（4 ) 結果，ΡΕ0應以小於90%之量使用，且ΡΕ0與醯胺低聚物混合 ，而如以上專利建議的混合PEO與各種類型其他常用潤滑劑 (如伸乙基雙硬脂醯胺）卻未成功。 自美國專利第5，744，433號亦可瞭解本發明所用醯胺低 聚物，其揭示係以引用方式併入本文中。根據該專利，低 聚物在金屬粉末組合物中用作潤滑劑。此等低聚物具有最 多30, 000之重均分子量Mw，較佳至少1，〇〇〇。此外，此等胺 低聚物具有在120°C至200°C範圍之熔點峰。Mw最佳在2, 〇〇〇 和20, 0 0 0之間。其亦教示，至少80%潤滑劑由醯胺低聚物組 成，較佳至少85%，最佳90重量％。 美國專利第5, 744, 433號進一步用此等醯胺溫熱緊壓。 在用此等醯胺冷緊壓時（即環境溫度緊壓），推頂力對工業 應用而T太兩。這與本發明形成對照，本發明有利以醯胺 低聚物與PEO組合用於冷緊壓，而在高溫緊壓粉末組合時獲 得較差結果。 在說明和附加申請專利範圍中，“以鐵為主之粉末，，包 括基本由以下物質組成之粉末··純鐵；頃用改良強度、硬 化性能、電磁性能或最終產物其他所需性能之物質預合金 化之鐵粉末；以及與此合金化成分顆粒混合的鐵顆粒（熔融 退火混合物或純機械混合物）。合金化成分之實例為銅、鉬 、鉻、錳、磷、石墨態碳及鎢，且可單獨或組合使用，例 如以化合物形式（FoP* FeM〇：^在將本發明之潤滑劑與具 有高壓縮性的霧化以鐵為主之粉末混合使用時，可出乎預 料獲得極佳#果。此等粉末通常具有低碳含量，較佳低於 本紙張尺度適财@ S家標芈(CNS) A4規格(210X297公爱了 555608
〇· 04重i%。此等粉末包括.(例如）Dis伪ae、m〇 及ASC 1〇〇· 29 ’均自瑞典，侯根納斯…公司購得（H〇ganas AB, Sweden)。此外，對於含海綿狀鐵粉末和新潤滑劑且經 1½到相#低么、度《生料冑，可獲得高生#強度及低雷特 勒值。 除本發明的以鐵為主之粉末和潤滑劑外，該粉末組合物 可包括-種或多種選自由接著劑、操作助劑和硬相物组成 之群之添加劑。可根據美國專利第4,834,8〇〇號所述方法將 接著劑加人粉末組合物中，該方法係以引用方式併入本文 中。 - 粉末組合物中所用接著劑可由（例如）纖維素酯樹脂、烷 基中具有卜4個碳原子的㈣基纖維素樹脂或熱塑性紛樹 脂。 金屬粉末組合物中所用操作助劑可由滑石、鎂橄欖石、 硫化錳、石虎、二硫化鉬、氮化硼、碲、硒、二氟化鋇及二 氟化鈣組成，且可單獨或組合使用。 粉末組合物所用硬相物可由鎢.、釩、鈦 '鈮、鉻、鉬' 纽和锆的碳化_物m翻和絡的氮化物、AhQK 及各種陶磁材料組成。 藉助於習知技術，可將以鐵為主之粉末和潤滑劑顆粒混 合成實質均勾的粉末組合物。 較佳將本發明之潤滑劑組合物以固態、微粉化顆粒形式 加入金屬粉末組合物。潤滑劑之平均顆粒大小可以變化: 但較佳低於150微米，最佳在3-1〇〇微米之範圍内。如果顆 裝 訂
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555608 A7 ___Β7_ — 五、發明説明（6 ) 粒太小’則潤滑劑難以在緊壓期間離開金屬粉末組合物之 孔隙結構，且在熔結後潤滑劑產生大孔隙，使緊壓物顯示 強度性能消弱。另一方面，如果顆粒大小太小，則潤滑劑 和流動變壞，推頂能量太高。 緊壓該粉末組合物所用新潤滑劑之量以該組合物重量 計可最多2重量％。其用量較佳在〇· 2和L 5重量％之間。 根據本發明’當在環境溫度（約2〇和約6〇〇兆帕壓力 緊壓時’可無需高推頂力和 <或高推頂能量獲得具有高於2〇 且甚至高於27兆帕生料強度之緊壓物。在本文中，“高推 頂力可被界定為大於15牛頓/毫米2， “高推頂能量，，可 被界定為大於35焦耳/釐米2。 本發明的重要和較佳特徵為在將含新潤滑劑之組合物 /此合並以環境溫度緊壓到較低密度時（例如，5· 5_6· 5克/ 釐米3)，可獲得高生料強度，且材料損失低（低雷特勒值）。 在熔結生料緊壓物時，能夠獲得具有優良機械性能之產 物。可在習知條件下進行熔結。 f例 以下5例（齐加以限制）顯示本發明的某些具體實施例 和k點。除非另外指明，任何百分比均以重量計。 在各貫例中，組成粉末組合物之粉末係於吉布魯德·羅 迪格（Gebruder L6dige)裝置中以環境溫度（約2〇t)混合2 分鐘。 然後將該粉末組合物在所示壓力的模中於環境溫度緊 壓成棒’接著在90/10(9和1〇%H〇氣氛以約U2〇t溫度 -9 - 本紙張瓦度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 555608 A7 B7 五、發明説明（7 ) 於0. 5% C電劫熔結。 粉末混合物及生料及熔結棒之物理性能一般根據以下 方法和公式確定。 性能 檢驗方法 AD ISO 3923/s ， SS EN 23923-1 流動 ISO 4490 緊壓-抗張檢驗棒類型N ISO 2740 緊壓-抗張檢驗棒類型TRS ISO 3325 羅克威爾（Rockwe 11)硬度 SS ΕΝ 10109-1 抗張強度（TS，Υ· str·) SS ΕΝ 10002-1 尺寸變化及彈回 SS ΕΝ 24492 ， ISO 4492 GD和 SD SS ΕΝ 23927 ， ISO 3927 GS SS EN 23995 雷特勒值 JSPM 4-69 在此定義的推頂力為經緊壓部件自模頂出必須克服的 靜態力。其係作為開始頂出所需負荷力與模表面接觸部分 的橫截面積的商數計算，並以牛頓/毫米2報告。
裝 玎
在此定義的推頂能量係為繼續推頂和推頂緊壓體對緊壓 體施加的力關於總推頂距離的積分除以與模表面接觸的面 積。推頂能量以單位焦耳/釐米2報告。 實例1 本實例證明根據本發明使用潤滑劑混合物的重要性，且 在潤滑劑組合物中使用小於10%或高於60%量ΡΕ0時得到較 -10- 本泜朵尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格（210 X 297公釐) 555608
AT B7 ___ 五、發明説明（8 ) 差結果。 將霧化鐵粉、2%Cu粉末、0· 5%石墨及0. 8%新潤滑劑混合 。鐵粉為10 0. 29自瑞典，侯根納斯AB公司獲得，Cu粉末具 有75微米平均顆粒大小，石墨粉末具有5微米平均顆粒大小 。新潤滑劑由具有6000重量平均分子量的醯胺低聚物 Orgasol (商標）及具有1 00, 00 0或200, 00 0平均分子量的PEO 組成。將微粉化的潤滑劑過篩，以保持平均顆粒大小於75 微米。 製備5個不同潤滑樣品，其包括具有以下表1所示組分之 新潤滑劑。 一 表1 組合物編號 1 2 3 4 5 Orgasol 0 50 60 80 100 PEO 100 50 40 20 0 用伸基雙硬酯醯胺作為對照，該物質通常縮略為EBS。 在具有潤滑劑樣品1 - 5的吉布魯德·羅迪格裝置中將混合物 混合2分鐘，並/分析各粉末混合物的視密度、流動、生料密 度（600兆帕）、熔結後密度、推頂力、推頂能量、彈回、尺 寸變化、生料強度、雷特勒值、抗張強度及屈服強度。熔 結進行1120°C X30分鐘。氣氛為90/ 1 0 (90%N2及10M2)。結 果揭示於表2中。 表2 -11 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公爱） 555608 A7 ----B7 五、發明説明（9 ) 組合物編號 1 2 3 4 5 AD24(克/釐米3) 2. 94 3. 00 2. 96 2. 98 2. 89 流動（秒/50克） 24. 48 26. 39 28. 15 28. 84 31. 95 GD(克/釐米3) 7. 07 7. 02 7. 03 7. 04 7. 02 7. 08 SD(克/釐米3) 6. 96 6. 88 6. 90 6. 90 6. 91 6. 94 推頂力（牛頓/毫米2) 19. 70 15. 70 15. 40 19. 70 19. 70 推頂能量（焦耳/釐米2) ^23^10 46. 20 32. 50 31. 30 42. 10 59. 00 彈回（°/〇) _〇^3〇 0. 24 0. 32 0. 31 0. 36 〇. 31 尺寸變化（％) 〇. 66 0. 68 0. 69 0. 71 0. 66 〇. 66 G S (兆帕） 25. 59 23. 09 27. 43 24. 03 31. 19 雷特勒值（％) 〇. 73 0. 20 0. 20 0. 22 0. 23 〇. 28 TS (兆帕） 465 413. 6 452· 6 470 467. 3 屈服強度（兆帕） 335 307 322 332 根據本發明使用潤滑劑組合物能夠出乎 預料獲得低推頂力和推頂能量值。此等性能結合所得高生 料強度和低雷特勒顯示，就在處理和運輸生料體時耐久性 所需的性能而論，我們能夠發現具有優良性之潤滑劑組合 物0 實例2 本實例證明聚氧伸乙基與通常使用的EBS (伸乙基雙硬 脂醯胺）混合時產生的效果。試驗如實例1用相同粉末和相 同量潤滑劑。自以下表3可以看到，在將PE〇與EBS混合時， 生料強度基本沒有改良。 -12- 木泜張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 555608 A7 B7 五、發明説明（10 ) 表3 100%EBS 20%PEO + 80°/〇EBS 20%PE0+80%0rgasol AD(克/釐米3) 2· 99 3. 1 2. 98 流動（秒/50克） 31. 14 25. 21 28. 84 GD(克/釐米3) 7· 07 6. 97 7. 02 GS (兆帕） 14· 90 15. 34 19. 70 雷特勒值（％) 0. 73 0. 54 0. 23 實例3 -装 本實例證明，對於具有較低密度之生料體，即粉末組合 物以低壓力緊壓，亦可獲得高‘料強度值。製備以下混合 物0 表4 混合物1 NC100. 24 + 20%Cu+0. 75°/〇 (PEO/Orgasol 20/80) 混合物2 NC10 0. 24 + 2 0%Cu + (K 75%硬脂酸鋅 混合物3 MH80. 23 + 20°/〇Cu+0. 75% (PEO/Orgasol 20/80) .混合物4 MH80·. 23 + 20%Cu + 0. 7 5%硬脂酸鋅 NC10 0· 24為海綿狀鐵粉末，自瑞典，侯根納斯AB公司。 MH80. 23為海綿狀鐵粉末，自瑞典，侯根納斯AB公司。
混合物1和3包括20%PEO及80%0rgasol。混合物2和4包括 硬脂酸鋅，用作對照。將混合物以230兆帕擠壓壓力緊壓。 自以下表5可以看到，對於具有較低生料密度之緊壓物亦可 獲得高生料強度。低雷特勒值證明，在緊壓和自工具推頂 本發明所得生料體後處理的耐久性很高。 -13- 本畝張尺度適用中國國家操準(CNS) Λ4規格(210 X 297公釐) 555608 - A7 B7 五、發明説明（11 ) 表5 混合物1 混合物2 混合物3 混合物4 生料強度（兆帕） 14. 61 5. 88 13. 47 6. 63 雷特勒值（％) 0. 44 1. 36 0. 26 0. 99 生料密度（克/釐米3) 5. 91 6. 09 5. 73 5. 88 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）
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Claims (1)
- A BCD 555608 申請案 屮女申請擊利換本(92年4月) TWWm^n 1· 一種用於粉末冶金組合物之潤滑劑，該潤滑劑基本由 10 60重聚氧伸乙基聚合物組成，餘者為醯胺低聚物 〇 2·根據申請專利範圍第1項之潤滑劑，其特徵為該聚氧伸 乙基含夏為20-50重量％。 3·根據申請專利範圍第2項之潤滑劑，其特徵為該聚氧伸 乙基含量為30-50重量％。 4. 根據申請專利範圍第丨或2項之潤滑劑，其特徵為該潤 滑劑為微粉化粉末狀。 5. 根據申請專利範圍第4項之潤滑劑，其特徵為該潤滑劑 具有低於諧振150微米之平均顆粒大小。 6·根據申請專利範圍第5項之潤滑劑，其特徵為該潤滑劑 具有在3和1〇〇微米之間之平均顆粒大小。 7·根據申請專利範圍第2項之潤滑劑，其特徵為該聚氧伸 乙基具有諧振20, 〇〇〇至400, 000克/莫耳之重量平均分 子量》 8·根據申請專利範圍第1項之潤滑劑，其特徵為該醯胺低 聚物具有諧振2, 〇〇〇至20, 000克/莫耳之重量平均分子 量。 9 · 種冶金粉末改良組合物，其包括： 較多量具有在諧振25-350微米範圍重量平均顆粒大 小的以鐵為主之粉末，及 較少量根據申請專利範圍第1至6項中任一項之固食良 心化潤滑劑， 本紙張尺纽用中S S家鮮(CNS) M規格_ x 297公漦)555608 ABCD 六、申請專利範圍 其中該組合物係包括至多2重量％之潤滑劑。 1 〇·根據申請專利範圍第9項之粉末組合物，其中該潤滑劑 粉末係以組合物重量計〇· 2至1· 5重量％濃度提供。 11·根據申請專利範圍第9至10項中任一項之粉末組合物 ’其額外包含一種或多種選自由接著劑、操作助劑和 硬相物組成之群之添加劑。 12·根據申請專利範圍第9項之粉末組合物，其中該以鐵為 主之粉末包括霧化粉末。 13· —種製造具有高強度之生料產物之方法，其包括： (a) 將以鐵為主之粉末與根據申請專利範圍第1至8項 中任一項之潤滑劑粉末混合，及 (b) 將該金屬粉末組合物以環境溫度緊壓。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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