TWI235183B - Iron-based powder composition and method of preparing the same - Google Patents

Description

1235183 五、發明說明（1) 2 ^明係關於金屬粉末組合物及一種製備這類混合物之 / L特別是本發明係關於在不同溫度下具有一致之視 度及流動能力之鐵基組合物。 带，i ί金技藝通常使用不同標準溫度制度壓實金屬粉末 @ /組件。攻些包括冷硬壓（在低於環境溫度擠壓）、 力=環境溫度擠壓）、熱壓(在高於該金屬粉末能維持 ::)硬化之溫度擠壓)及暖壓(在介於冷壓及熱壓間之溫度 τ特，優點由在高於環境溫度上之溫度擠壓產生 金屬之抗張強度及加工硬化速率隨 刀 較低之壓實壓力下得到改良之ί;:;二加且在 高溫度之埶壓導入加工η % t強度。然 極度提 又〜”、、生守八刀口工問碭並加速模呈 前之努力針對適合暖壓方法之金屬組合物之 ，目 杲國專利第4, 95 5, 789號（繆士拉Mus ς 壓實。根據此專利，一般用於冷壓 述一奴之暖 同樣可用於暖壓實。然而，實 月埘如硬脂酸鋅 冷壓實最常用之硬脂酸鋅或==不可能使用目前 亞古瓦U_h)作暖壓實席 意之方法充填模具之困難。 起因於以令人滿 美國專利第5, 744, 433號（史多士诵 第5, 1 54, 881號（魯茲（Rutz))揭*⑦括(S=strom)等人）及 實之醯胺潤滑劑之金屬粉末組合寺別毛展作為暖壓 、且σ物。杲國專利第 第4頁 1235183 五、發明說明（2) 5, 744, 433號揭示一種含有重量平均分子量仏最多3〇,〇〇〇 之醯胺形式之养聚物之冶金粉末組合物之潤滑劑。在美國 專利第5，1 5 4，8 8 1號中醯胺潤滑劑由一種單羧酸、一種二 羧酸及一種二胺之反應產物組成。作潤滑劑特佳者為乙烯 雙硬脂醯胺產物之亞得法瓦（ADVAWAXj) )45〇。 二!: ΐ ί二ί Γ中揭示之潤滑劑特別為暖壓實發展且在 煜“隨L 每些潤滑劑用於打算大規 杈生產燒、，、。組伤之金屬組合物中遭遇不同之問題。 發明目的 項本發明目的為減少或排除相關大規模生產之目 題° 人ϋ為提供可用於打算在提高溫度下壓實之金屬組 合物中之新式潤滑劑。 末=合2題為提供以極佳流動速率及視密度區別之鐵基粉 、乂之目的為提供一種粉末組 塵…備不需要使用有機溶劑。u產生最小之私 法。的為提供一種暖壓貫這樣之金屬粉末組合物之方 發明相 胺二=由一種包括一種鐵基粉末、至少一種募聚物醯 南j如1^二劑、至少一種脂肪酸及視需要之一或多種添加 加工助劑及硬化相之粉末組合物完成。 根據本發明之方法包括步驟

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二口並加熱讜鐵基粉末、潤滑劑、脂肪酸及添加劑（若有 的活）至高於潤滑劑熔點之溫度及 -冷 得到之混合物。 在敘述及附帶申請專利範圍中所使用，，，鐵基粉末"一辭 〇括基本上由純鐵、已與其他改良最終產物之強度、硬化 性質、電磁性質或其他要求性質之物質先形成合金之鐵粉 末及與這類合金元素粒子混合之鐵粒子（擴散退火混合物 或純機械混合物）。合金元素之實例為鎳、銅、鉬、鉻、 錳、4、石墨形式之碳及鎢，可分別或結合（如以化合物 之形式（FesP及FeMo))使用。當與具高壓縮性能之鐵基粉 末結合使用根據本發明之潤滑劑時得到意料之外的好結 果。一般’這類粉末具有低碳含量，以低於〇. 〇 4重量％較 佳。這類粉末包括如狄士塔羅AE(Distaloy ΔΕ)、亞士塔 羅MoUstaloy Mo)及ASC 1 0 0.2 9，皆可購自瑞典Hoganas AB 〇 根據本發明使用之潤滑劑可由下式表示： D - C厂 B-A-B-Cm-D * 其中D為-H， COR， CNHR，其中R為包括2 —21個C原子之直鏈 或分支脂肪或芳香基 C 為-NH(CH)nC0-基 B為胺基或羰基 Α為具有4-16個C原子視需要包括最多4個〇原子之烯烴基 m為1 -1 0之整數

1235183 五、發明說明（4) η為5 - 1 1之整數。 潤滑劑具該化學、纟士槿，

原子之美，ρ σ ⑽為COR，其中}?為16 - 20個C Ϊ Α (CH)nC〇'其中n為5或Π，B為胺 Ι，Α為具6-14個C原子視η 门城 基，且m為2-5之整數較佳。l括最多3個〇原子之烯烴 這類潤滑劑之實例可選自下列各物 CH^

瞻2)11⑶]2，（GM CH3(CH2)16C0-[HN(CH2)11C0]3-HN(CH2)12NH-[0CCCH ) Nff! 0C(CH2)16CH3 12 ii L〇C(CH2)"NH]r CH3(CH2)16C0-[HN(CH2)11C0]4-HN(CH2)12NH-[0C(CH ) NH1 0C(CH2)16CH3 12 n LUC(CH2)uNH]4- CH3(CH2)16C0一 [HN(CH2)uC0]rHN( 0C(CH2)16CH3 [〇C(CH2)uNH]5- CH3(CH2)16CO^[HN(CH2)11CO]5-HN(CH2)12NH-r〇rrrn λ m 0C(CH2)16CH3 L〇C(CH2)uNH]5^ 以固體粉末之形式加入鐵基粉末較佳 潤滑劑可以o.bi重量％金屬粉末組合物制=水=酿胺形式 重量％較佳，皆以金屬粉末之總量為基’二〇· 2-0.8 本發明潤滑劑之可能性為本發明特 /、里使用根據 寻別有利之特徵，因為其 1235183 五、發明說明（5) 能夠達到高密度。 根據本發明使用之脂肪酸以具1 0 - 2 2個C原子之脂肪酸較 佳。這類酸之實例為油酸、硬脂酸及棕櫚酸。雖然脂肪酸 之量小，在流速及視密度上之效應為顯著的。脂肪酸之量 以粉末組合物之總重量計算正常為〇· 015-0. 15，以 0.〇2-0·〇8較佳而以0·03_0·07% 最佳。 脂肪酸之熔點應低於醯胺寡聚物潤滑劑。 除鐵基粉末及潤滑劑之外，新粉末組合物可含有一或多 種選自加工助劑及硬代相之添加劑。 用於金屬粉末組合物之加工助劑可由滑石、鎂撖欖石、 硫化錳、硫、二硫化鉬、氮化硼、碲、硒、二氟化鋇及二 鼠化:ί弓組成，其分開或合併使用。 用於金屬粉末組合物中之硬化相可由鎢、釩、鈦、鈮、 鉻、is、纽及錯之碳化物，銘、鈦、飢、钥及鉻之氮化 物，A 12 〇3以及各種陶瓷材料組成。 美國專利第5, 78 2, 954號（以引用之方式併入本文）揭示 可根據本發明使用之一種形式之流動劑。此流動劑（以二 氧化矽較佳）用量約0 · 0 0 5至約2重量百分比，以約〇 · 〇 1至 約1重量百分比較佳，而以約〇 . 〇 2 5至〇 · 5重量百分比更 佳 0以冶金組合物之總重量為基礎。此外，流動劑應具 有低於40奈米之平均粒子大小。較佳之矽氧化物為二氧化 石夕材料，具親水及親油形式，可購買亞羅矽（Aer〇s丨1 )線 之二氧化矽，如Degussa公司之亞羅矽2〇〇及R812產品。 根據本發明具體實施例將鐵基粉末、至少一種募聚物醯

1235183 五、發明說明（6) 胺形式潤滑劑、至少一種脂肪酸及視需要之一或多種添加 劑如加工助劑及硬化相加熱至高於潤滑劑熔點之溫度；得 到之混合物隨後冷却至低於潤滑劑熔點且高於脂肪酸熔點 之溫度；並將一種粉末流動劑加入得到之混合物中，隨後 處合並冷却。 圖式簡述 圖1顯示結合上面定義之寡聚物醯胺形式潤滑劑及一種 脂肪酸（硬脂酸）在視密度上之效應。 圖2顯示結合上面定義之潤滑劑及一種脂肪酸（硬脂酸） 在流速上之效應。 ，試驗粉末混合物由乾燥混合之亞士塔羅AE(可購自瑞典 Wganb|s AB之鐵基粉末）與〇 · 6重量％由上面定義之募聚物 ^胺形式潤滑劑之有機材料及〇· 〇3或〇· 〇5重量％之硬脂酸 。^備。亦加入〇·3重量％石墨並將得到之混合物加埶至165 果。 貝上s亞羅矽在環境溫度下加入時得到相同之結 圖1及2中揭示纟士 w, 物在視密度1流=本發明之粉末組' 包括0. 03重量%硬r / /月邊思料之外的效應。 試驗與根據美國專H之上面混合物亦以關於粉塵反應 已知之混第:=63〇號製備之混合物比較。 機材料由0. 5 5重量％潤、、里/°有機材料但在H兄中該： 素丁酸醋）。鐵基粉及0.15重量％有機黏著劑（纖雄 *马在二混合物中之狄士塔羅。已知 1235183 五、發明說明（7) 混合物之製備包括乾燥混合之鐵基粉末、根據美國專利之 潤滑劑及0 · 3重量％之石墨。將有機黏著劑溶解於丙酮中並 在完全混合後加入乾燥混合物中。移除丙酮並加入〇. 〇 6重 量％亞羅矽至乾燥之混合物中。

在下表中整理出試驗之結果: 樣品 Dusting (mg/m3.min.g[mix]) 根據本發明混合物 98 根據美國專利第5 368 630號 35 第10頁 1235183 圖式簡單說明

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Claims (1)

1. I:费1警 90111713 仰年3月7 曰 修正I 六、曱專利範圍 1 . 一種以鐵為主之粉末組合物，其包括一種以鐵為主之 粉末、至少一種募聚物醯胺型之潤滑劑、脂肪酸及視需要 之一或多種添加劑，其中該寡聚物醯胺型之潤滑劑具下 式： D -Cma-B-A-B-Cmb-D 其中D為-H， COR， CN HR，其中R為包括2 - 21個C原子， C 為-NH(CH)nCO-， B為胺基或羰基， A為具4-16個C原子視需要包括最多4個0原子之伸烷 基， ma為1 -10之整數， mb為1 -10之整數， η為5-1 1之整數。 2 ·如申請專利範圍第1項之組合物，其特徵為該脂肪酸 之熔點係低於該醯胺潤滑劑者。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之組合物，其特徵為該脂肪 酸具有1 〇 - 2 2個C原子。 4.如申請專利範圍第3項之組合物，其特徵為該脂肪酸 係選自由油酸、硬脂酸、棕摘酸或其組合組成之群。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之組合物，其特徵為該潤滑 劑具有該化學結構其中D為CO R，其中R為1 6 - 2 0個碳之脂族 基，C為-NH(CH)nCO-，其中η為5或11 ;Β為胺基；Α為具 6-14個C原子且視需要包括最多3個0原子之伸烷基，且ma 及mb係相同或不同為2-5之整數。 11|1

   O:\71\71216-940308.ptc 第12頁 1235183 _案號90111713 f午年3月《曰 修正I_ 六、申請專利範圍 6 .如申請專利範圍第1或2項之組合物，其特徵為該脂肪 酸之量，以該粉末組合物之總重量計算，為 (K 0 1 5 - 0 · 1 5 %。 7. 如申請專利範圍第6項之組合物，其特徵為該脂肪酸 之量，以該粉末組合物之總重量計算，為0 . 0 2 _ 0 . 0 8 %。 8. 如申請專利範圍第7項之組合物，其特徵為該脂肪酸 之量，以該粉末組合物之總重量計算，為0 . 0 3 - 0 . 0 7 %。 9 .如申請專利範圍第1或2項之組合物，其特徵為該組合 物包括一或多種選自由黏著劑、流動劑、加工助劑及硬化 相之添加劑組成之群。 1 0 .如申請專利範圍第1或2項之組合物，其特徵為該流 動劑之用量為，以該冶金組合物之總重量為基礎，約 0 . 0 0 5至約2重量百分比，且其平均粒子大小低於約4 0奈 米。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之組合物，其特徵為該流動 劑之用量為，以該冶金組合物之總重量為基礎，約0. 0 1至 約1重量百分比。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之組合物，其特徵為該流動 劑之用量為，以該冶金組合物之總重量為基礎，約0 . 0 2 5 至約0 . 5重量百分比。 1 3.如申請專利範圍第1 0項之組合物，其特徵為該流動 劑為二氧化矽。 1 4. 一種製備以鐵為主之粉末組合物之方法，其步驟為： a)混合並加熱一種以鐵為主之粉末、至少一種如申請

   O:\71\71216-940308.ptc 第13頁 1235183 ^ _案號90111713 7々年3月牙曰 修正1_ -六、申請專利範圍 專利範圍第1項定義之募聚物醯胺型之潤滑劑、至少一種 脂肪酸及視需要之一或多種添加劑至高於該潤滑劑熔點之 溫度；及 b )冷却該得到之混合物。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之方法，其特徵為在步驟a ) 得到之混合物係冷却至低於該潤滑劑熔點且高於該脂肪酸 熔點之溫度及將粉末流動劑加至混合物中。

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