TWI583464B - 球形銅／鉬二硫化物粉末、金屬物件及其等之製造方法 - Google Patents

球形銅／鉬二硫化物粉末、金屬物件及其等之製造方法 Download PDF

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Description

球形銅/鉬二硫化物粉末、金屬物件及其等之製造方法 相關申請案的交互參照
此專利申請案聲稱擁有2012年7月19日提出之美國專利臨時申請案號61/673,429的權利，藉由引述將其全部揭露併入於此。
技術領域
本發明廣泛而論係關於複合粉末，而更明確地係關於含銅和鉬二硫化物之複合粉末以及其所製成之物件和塗料。
發明背景
鉬二硫化物(MoS2)係一種鉬之結晶二硫化物以及主要由於其在高溫下之高潤滑性和安定性通常被用作為潤滑劑。鉬二硫化物係使用其乾燥或粉末型或混合各種油和脂。鉬二硫化物通常亦用於形成塗佈於任何各種物件上可增強材料潤滑性之鉬二硫化物。鉬二硫化物粉末亦可混合各種材料，例如金屬、金屬添加物(metal allows)、樹脂和高分子，以增強其性質。
以鉬二硫化物為基礎之潤滑劑雖然具有高效性及廣泛被使用，仍持續地尋找可提供較佳性能及可被用於新用途和環境之新穎材料和配製物。
發明概要
一種製造根據一具體實施例銅/鉬二硫化物複合粉末之方法包括下列步驟：提供含銅粉末；提供鉬二硫化物粉末；以液體混合銅和鉬二硫化物粉末而形成漿體(slurry)；將漿體供料入熱氣脈流內；以及回收銅/鉬二硫化物複合粉末，該銅/鉬二硫化物複合粉末含有實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子(sub-particles)，該亞粒子係相互融合而形成銅/鉬二硫化物複合粉末之個別顆粒。
一種在足夠壓力下使銅/鉬二硫化物複合粉末性質表現似如固體團塊之含有銅/鉬二硫化物複合粉末之壓實物件(compacted article)，該銅/鉬二硫化物複合粉末含有實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子，且該亞粒子係相互融合而形成該複合粉末之個別顆粒。
一種製造壓實物件之方法，包括下列步驟：提供含有實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子之銅/鉬二硫化物複合粉末，該亞粒子相互融合而形成該複合粉末之個別顆粒；及以足夠壓力下壓實該銅/鉬二硫化物複合粉末而使該銅/鉬二硫化物複合粉末性質表現似如一固體團塊。
另一具體實施例中，一種製造壓實金屬物件之 方法，其包括：提供包含實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子之粒化銅/鉬二硫化物粉末，其相互聚集形成該粒化銅鉬二硫化物粉末之個別顆粒；及在足夠壓力下壓實該粒化銅/鉬二硫化物粉末而使該粒化銅/鉬二硫化物粉末性質表現似如一固體團塊。
10‧‧‧銅/鉬二硫化物複合粉末
12‧‧‧噴霧乾燥法
13‧‧‧方法
14‧‧‧壓實物件
16‧‧‧含銅粉末
18‧‧‧鉬二硫化物粉末
20‧‧‧液體
22‧‧‧漿體
24‧‧‧噴霧乾燥器
26‧‧‧胚料
28‧‧‧步驟
30‧‧‧加熱步驟
32‧‧‧固結步驟
34‧‧‧集電環
36‧‧‧機械加工步驟
38‧‧‧燒結步驟
40‧‧‧黏合劑
42‧‧‧補充金屬粉末
44‧‧‧脈動熱氣流
46‧‧‧燃燒氣體
48‧‧‧入口
50‧‧‧外護套
52‧‧‧單向氣閥
54‧‧‧燃燒室
56‧‧‧燃料閥
58‧‧‧引火燃燒器
60‧‧‧熱燃燒空氣脈動流
62‧‧‧排氣管
64‧‧‧霧化器
66‧‧‧冷卻風
68‧‧‧入口
70‧‧‧錐形出口
本發明之舉例性和目前較佳範例具體實施例被示於圖示，其為：圖1係一種用於製備銅/鉬二硫化物複合粉末方法之一具體實施例中基本製程步驟之過程流程圖；圖2係一種從銅/鉬二硫化物複合粉末製備壓實物件方法之一具體實施例中基本製程步驟之過程流程圖；圖3係利用脈動式燃燒噴霧乾燥器於製造銅/鉬二硫化物複合粉末一具體實施例之示意圖；圖4a係製造自試驗1具體實施例顯示個別聚集亞粒子之銅/鉬二硫化物複合粉末掃描電子顯微圖；圖4b係藉由X射線能量散佈分析儀顯示硫分散於圖4a影像內所產生之光譜圖；圖4c係藉由X射線能量散佈分析儀顯示鉬分散於圖4a影像內所產生之光譜圖；圖4d係藉由X射線能量散佈分析儀顯示銅分散於圖4a影像內所產生之光譜圖；圖4e係藉由X射線能量散佈分析儀顯示與圖4a-d粉末樣本有關元素之各種特徵峰所產生光譜； 圖5a係製造自試驗3具體實施例顯示個別聚集亞粒子之銅/鉬二硫化物複合粉末掃描電子顯微圖；圖5b係藉由X射線能量散佈分析儀顯示鉬分散於圖5a影像內所產生之光譜圖；圖5c係藉由X射線能量散佈分析儀顯示銅分散於圖5a影像內所產生之光譜圖；圖5d係藉由X射線能量散佈分析儀顯示與圖5a-c粉末樣本有關元素之各種特徵峰所產生光譜；圖6a係製造自試驗4具體實施例顯示個別聚集亞粒子之銅/鉬二硫化物複合粉末掃描電子顯微圖；圖6b係藉由X射線能量散佈分析儀顯示鉬分散於圖6a影像內所產生之光譜圖；圖6c係藉由X射線能量散佈分析儀顯示銅分散於圖6a影像內所產生之光譜圖；以及圖6d係藉由X射線能量散佈分析儀顯示與圖6a-c粉末樣本有關元素之各種特徵峰所產生光譜。
較佳具體實施例之詳細說明
藉由說明於圖1之方法12製造根據本發明一具體實施例之銅/鉬二硫化物(Cu/MoS2)複合粉末10。簡言之，方法12包含提供一批含銅粉末16，例如銅金屬(Cu)粉末，以及一批鉬二硫化物(MoS2)粉末18。然後以液體，例如水混合該銅粉末16和鉬二硫化物粉末18而形成漿體22。接著於噴霧乾燥器24內噴霧乾燥將該漿體22以製造銅/鉬二硫 化物複合粉末10。
該銅/鉬二硫化物複合粉末10含有複數個本身聚集較小顆粒成大抵為球形之粒子，其從圖4a、5a和6a中可看得更清楚。此外，該鉬二硫化物和銅被高度相互分散於其中，此可從此處圖4(c,d)、5(b,c)和6(b,c)所示之X射線能量散佈分析儀(EDS)所獲得光譜圖中獲得證明。亦即，本發明之銅/鉬二硫化物複合粉末10僅單純地混合銅和鉬二硫化物粉末。更正確而言，該複合粉末10在逐粒基礎上含有銅和鉬二硫化物之實質上均質混合物。該單獨球形粉末顆粒含有銅和鉬二硫化物相互融合之亞粒子，因此含有銅和鉬二硫化物複合粉末10之個別顆粒，其各顆粒含有大約相同比例之銅和鉬二硫化物。
該銅/鉬二硫化物複合粉末10亦具有高密度和良好流量特性。例如，如將於此處進一步之詳細討論中，根據此處教示所製成銅/鉬二硫化物之範例複合粉末10具有範圍從約0.9g/cc至約1.2g/cc之斯科特(Scott)密度。該複合粉末產物10亦具有易流動性，以及此處所示具體實施例中各種實例組成物具有範圍約50s/50g至約150s/50g之霍爾(Hall)流動性。
該銅/鉬二硫化物複合粉末10於各種應用和領域中被廣泛利用。例如，銅/鉬二硫化物複合粉末10之組成具體實施例(這些組成物通常主要含有銅)可被固結或壓實成如圖2中所示之固體零件或壓實物件14。在另一實例中，該銅/鉬二硫化物複合粉末10之組成具體實施例(這些 組成物通常主要含有鉬二硫化物)可於製造具有改良熱和電導性潤滑油和脂中被用作為胚原料(feedstock materials)。
現在參考圖2，可使用方法13將銅/鉬二硫化物粉末10固結或壓實成壓實物件14。在一具體實施例中，藉由此實例該壓實物件14包含通常用於發電機之集電環(slip ring)34。在另一具體實施例中，該壓實物件14包含通常用於電動馬達和發電機之導電刷(未顯示)。在又另一具體實施例中，該壓實物件14包含通常用於電動列車系統接觸電軌或高架接觸線之導電觸靴(亦未顯示)。大部分具體實施例中，此類壓實物件14將形成自含有大量銅之銅/鉬二硫化物粉末10。然而，以及將於此處更詳細地描述，其他具體實施例可從含有大量鉬二硫化物和少量銅之複合粉末10形成該壓實物件14。
任何特定粉末配製物不論其所含銅和鉬二硫化物之相對量，可使用經回收或”生胚(green)”形式(即，直接來自噴霧乾燥器24)銅/鉬二硫化物複合粉末10作為製造該壓實物件14之原料26。或者，該”生胚”複合粉末10可被進一步加工，例如於用作為胚料(feedstock)26之前藉由篩選或分類28，藉由加熱30或將其混合。該銅/鉬二硫化物複合粉末胚料26可於步驟32中被壓實或固結以製造該壓實物件14。適當固結方法32包括，但不侷限於軸向擠壓、熱勻壓(HIPing)、溫勻壓(WIPing)、冷勻壓(CIPing)，以及燒結。
此處所述各種範例具體實施例視銅含量之相對比例預期具有範圍約4.3g/cc至約6.4g/cc之生胚密度(green densities)。一般而言，含有低量銅(例如約5wt.% Cu)之壓實物件具有較低生胚密度(例如約4.3g/cc)，反應含有較高量銅(例如約95wt.% Cu)之壓實物件具有較高生胚密度(例如約6.4g/cc)。
形成壓實金屬件之摩擦係數亦視該金屬件所含銅量而定，以及預期範圍從約0.2至約0.7，其較低摩擦係數之金屬件含有較低量銅(例如約5wt.% Cu)。摩擦係數預期隨著壓實金屬件內含銅量之比例(例如高至約95wt.% Cu)而增加，但是由於存在鉬二硫化物(其摩擦係數通常在0.04至約0.2之範圍)其將明顯低於純銅(例如通常約0.75)之摩擦係數。
壓實之後，可從固結過程32”依照原樣”直接使用該壓實物件14。或者，可進一步加工該壓實物件14，例如藉由機械加工36、藉由燒結38或藉由將其混合，此時該壓實物件14將包含經加工壓實物件。
藉由改變複合粉末10內銅和鉬二硫化物之相對比例可修飾或調節本發明壓實物件14(例如集電環34、刷或觸靴)之各種性質和材料特性，其將於此處進行更詳細地描述。例如，可藉由減少複合粉末10內之鉬二硫化物濃度而提高該壓實物件14之導電和導熱性。相反地，可藉由增加複合粉末10內之鉬二硫化物濃度而提高該壓實物件14之潤滑度及/或耐磨性。提高潤滑度及/或耐磨性對用於”傳 動”潤滑，例如於發電機和馬達之集電環34、整流器，和電刷時具有其效益。在其他具體實施例中，提高傳動潤滑度可於磨損表面或接觸點作為塗層保護，例如於電動馬達、開關裝置、斷電器等。此外，藉由加入各種合金，例如諸如鎳、錫、鉛、鋅和鈹(以及其各種合金)至複合粉末10可改變該壓實物件14之各種性質和材料特性，其亦將於此處更詳細地解釋。
在其他具體實施例中，該複合粉末10不需被壓實或固結，而代之以作為其他應用中之胚原料。例如，該複合金屬粉末10可被用於製造潤滑劑和潤滑脂。一般而言，此類應用涉及使用具有較高級或鉬二硫化物比例之銅/鉬二硫化物複合粉末10。當用於製造潤滑劑和潤滑脂時，該複合粉末10可被用於增加形成油脂和潤滑劑之電及/或熱導性。
與根據傳統起始材料和方法所製成高含銅量之零件比較，根據本發明教示所製造壓實物件14之一項顯著優點為具有高電和熱導性並且具有低磨損率和低磨擦係數。本發明之壓實物件14亦可與習知常用金屬和合金，例如鑄鐵、鋼、不銹鋼和工具鋼形成有益摩擦電偶。因此，本發明之壓實物件14極適合廣泛被用於具有益特性摩擦電偶之應用上，例如與習知可用材料比較具有較低摩擦和磨損率之適宜或較佳優點。
此外，根據本發明之壓實物件14可藉由不同材料性質和特性，例如密度、彈性模數、硬度、強度、延展 性、韌性、磨擦係數及/或潤滑度被製造，因而容許壓實物件14依照特定需求或應用被裁製或設計。例如，可從具有較高量銅和較低量鉬二硫化物之銅/鉬二硫化物複合粉末10(即胚料26)製造具有提高硬度和強度之壓實物件14。具有此類提高硬度和強度之壓實物件14極適合用作為基礎結構材料，同時仍能維持良好摩擦電偶性質。此外，並且將於此處進一步詳細描述，可藉由混合銅/鉬二硫化物複合粉末10與例如此處所提及之附加合金用劑可改變或調節該壓實物件之各種其他性質(例如密度、彈性模數、硬度、強度、延展性及/或韌性)。
可從具有較高濃度鉬二硫化物之複合粉末10(即胚料26)形成具有提高潤滑度及/或較密摩擦係數之壓實物件14。當壓實物件14應用於需提供傳遞潤滑度但高結構強度及/或硬度較不重要時，具有此類提高潤滑度之壓實物件14有其優點。
複合粉末產品10被用作為壓實物件14之胚料26時仍具有其他優點。此處揭露之銅/鉬二硫化物複合粉末產品10可使銅和鉬二硫化物獲得實質上困難或利用習知方法不易達到之均勻混合(即，甚至呈分散體時)。亦即，銅/鉬二硫化物複合粉末10即使包含粉末材料，其將不僅是銅和鉬二硫化物顆粒之混合物。代之以，該銅和鉬二硫化物亞粒子實際上相互融合，因而使複合粉末產品10之個別顆粒中兼含有銅和鉬二硫化物。因此，含有根據本發明銅/鉬二硫化物複合粉末10之粉化胚料26無法被分離成(例 如，藉由比重上差異)銅粒子和鉬二硫化物粒子。
除了提供複合粉末能使銅和鉬二硫化物高度和均勻地(即，均質地)相互分散於其中之優點外，此處揭露之複合粉末10具有高密度和可流動之特性，因而容許該複合粉末10有利地廣泛被用於各種粉末壓製或固結製程，例如冷勻壓、溫勻壓和熱勻壓製程，以及於軸向擠壓和燒結製程。高可流動性將容許複合粉末10輕易地被充填入模具縫隙內，同時其高密度將可避免於其後燒結製程中所產生之任何收縮。
複合粉末10內均質分佈銅和鉬二硫化物亦伴隨著其他優點。例如，在利用複合粉末10於製造潤滑劑和潤滑脂之具體實施例中，銅和鉬二硫化物實質上均勻地分佈於複合粉末10內，此意指該兩種成分(例如銅和鉬二硫化物)將可保留其有益性質而被均質或均勻地分散於形成之潤滑劑和潤滑脂內。換言之，由複合粉末10製成之潤滑劑和潤滑脂在數量和時間標準上將具有一致性質。
上文中已簡單描述銅/鉬二硫化物複合粉末10、製造該粉末10之方法12、壓實物件14以及製造此類壓實物件之方法13，現在將進一步詳述該粉末、製程及壓實物件之各種具體實施例。
現在參考圖1，該圖1係說明用於製造銅/鉬二硫化物複合粉末10之製程或方法12。該形成複合粉末10然後於製造各種產品之製程中被用作為胚料，其中許多已詳述於此處，而熟習本領域技術者在詳讀所提供教示之後將更 為瞭解其他細節。方法12包含供應含銅粉末16及供應鉬二硫化物粉末18。該含銅粉末16包括銅金屬粉末、氧化銅粉末，例如氧化銅(I)(Cu2O或氧化亞銅)，或氧化銅(II)(CuO或氧化銅)，以及其混合物。如同下文之進一步描述，含銅粉末16內使用氧化銅粉末在其後加熱過程中有助於移除有機黏合劑。更明確而言，來自氧化銅之氧在燒淨黏合劑之後有助於掃除殘留於銅/鉬二硫化物粉末10之剩碳。
視所使用之粉末類型(例如金屬銅及/或氧化銅粉末)，以及用於製造銅/鉬二硫化物粉末產品10之特定製程及/或設備該含銅粉末16可提供各種粒徑。例如，在許多具體實施例中，該含銅粉末16具有約50μm至約150μm範圍之粒徑。然而，在其他具體實施例中，其可有利地使用較小粒徑，舉例如具有約0.5μm至約1μm範圍粒徑之粉末。在形成漿體或其後漿體噴霧乾燥期間當易從漿體22沈降出含銅粉末16之具體實施例中，較佳為使用較小粒徑。然而，可藉由修改幫浦設計及/或調整用於製造銅/鉬二硫化物複合粉末產品10之特定噴霧乾燥器24結構可解決此問題。
又再者，在含有金屬銅作為唯一成分或混合一或多種氧化銅之含銅粉末具體實施例中，該銅粉末可含有獲得自習知方法之任何各種銅粉末。或者，該金屬銅粉末可含有”樹枝狀”銅粉。具有樹枝狀形態之銅粉典型係獲得自電沈積法。任何情況下，適合用於本發明之銅金屬粉末和氧化銅粉末可廣泛地供應自任何供應商和售主。樹枝狀 銅粉係供應自阿利桑那州鳳凰城Freeport McMoRan銅金公司。
鉬二硫化物粉末18含具有粒徑範圍從約0.1μm至約30μm之鉬二硫化物金屬粉末。或者，亦可使用具有其他粒徑之鉬二硫化物粉末18。適合用於本發明之鉬二硫化物粉末18可供應自俄亥俄州Ft.Madison市之Climax鉬料公司、Freeport-McMoRan公司、Ft.Madison營運公司。供應自Climax鉬料公司之適用鉬二硫化物包括”技術級”、”技術細級”，以及”超細級二硫化鉬”。在一具體實施例中藉由實例，該鉬二硫化物粉末22含有購自Climax鉬料公司之超細級鉬二硫化物粉末。
在一具體實施例中，以液體20混合含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18而形成漿體22。一般而言，該液體20含有去離子水，但熟習本領域技術者在研讀此處教示而清礎明瞭本發明之後亦可使用其他液體例如乙醇、揮發性液體、有機液體，以及其各種混合物。因此，本發明並非被視為僅限制於此處所述之特定液體20。然而，在一具體實施例中藉由實例該液體20含有去離子水。
除了該液體20之外，亦可加入黏合劑40，但是並非必然需要加入黏合劑40。用於本發明之適當黏合劑40包括，但不侷限於聚乙烯醇(PVA)。該黏合劑40於加入銅金屬粉末16和鉬二硫化物粉末18之前被混合入液體20內。或者，該黏合劑40被加入至漿體22，即於含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18與液體20混合之後。
該漿體22含有從約15%至約50%重量比之總液體(典型為約21%重量比總液體)(例如單獨液體20，或液體20混合黏合劑40)，平衡以下文中所述比例之含銅金屬粉末16和鉬二硫化物粉末18。
如上所述，藉由改變複合粉末10內銅和鉬二硫化物之相對比例可修飾或調節複合粉末10及/或其所製成產品(例如壓實物件14、潤滑劑和潤滑脂)之某些性質或材料特性。一般而言，藉由降低複合粉末10內鉬二硫化物之濃度可提高壓實物件14之結構強度。同樣，藉由提高複合粉末10內鉬二硫化物之濃度可增加壓實物件14之潤滑度。
影響加入漿體22內鉬二硫化物粉末18數量之附加因素包括，但不侷限於用於製造壓實物件14之特定”下游”製程。例如，某些下游製程如加熱和燒結製程可導致最終壓實物件14內耗損一些鉬二硫化物，此可藉由將額外數量鉬二硫化物加入漿體22內而獲得補償。又其他附加因素包括該複合粉末10是否用於製造潤滑劑和潤滑脂，此時該銅/鉬二硫化物複合金屬粉末10通常主要含有鉬二硫化物及較少量銅。
因此，所提供複合粉末10及/或具有”保留”鉬二硫化物所欲量(即，用以提供該壓實物件14具有所欲強度和潤滑度)之終壓實物件14可修飾或調節用於形成漿體22之鉬二硫化物粉末18數量。再者，由於鉬二硫化物之保留量需視各種因素而改變，其中許多已被描述於此處以及熟習本領域技術者在研讀此處教示之後將瞭解其他因素，而 本發明所提供鉬二硫化物粉末18並未限定於任何特定數量。
藉由實例，含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18之混合物可含有從約5%重量比至約95%重量比之含銅粉末16(即，從約95%重量比至約5%重量比之鉬二硫化物粉末18)。應注意這些重量百分比不包括事後加入形成漿體22之液體成分。亦即，這些重量百分比僅指粉末成分16和18之相對數量。
整體而言，漿體22可含有從約15%重量比至約50%重量比之液體20(一般為約18%重量比)，其包括從約0%重量比(即，無黏合劑)至約10%重量比之黏合劑40(一般為約3%重量比)。平衡之漿體22包含此處所示比例之金屬粉末(例如，含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18)。
視該壓實物件14之特殊應用，其較佳為加入補充金屬粉末42至該漿體22。請看圖1。一般而言，該補充金屬粉末42可被所形成壓實物件14用於改變或調節在特定用途上所欲或所需之其他材料性質。範例補充金屬粉末42包括，但不侷限於鎳、錫、鉛、鋅和鈹粉末，以及其混合物。
若使用時，該補充金屬粉末42最佳為如圖1所示被加至該漿體22。或者，該補充金屬粉末42可被加至複合粉末產品10(即，於噴霧乾燥之後)。然而，該補充金屬粉末42通常較佳為被直接加至漿體22。
製備完成之後，漿體22可被噴霧乾燥(例如，於 噴霧乾燥器24內)以製造複合粉末產品10。在一具體實施例中，藉由實例將該漿體22置入示於授予Larink,Jr.標題為”金屬粉末及其製造方法”之美國專利案7,470,307所述脈動式燃燒噴霧乾燥器26內進行噴霧乾燥，藉由引述將其全部揭露內容併入於此。
在一具體實施例中，該噴霧乾燥法涉及將漿體22充填入脈動式燃燒噴霧乾燥器26內。在該噴霧乾燥器24內，使漿體22撞擊於或接近聲速脈動之熱氣(或氣體)流44。該聲速脈動熱氣流44接觸漿體22並且實質上驅散全部液體(例如水及/或黏合劑)以形成複合粉末產品10。該脈動熱氣流44溫度在約300℃至約800℃之範圍，例如約465℃至約537℃，以及更佳為約565℃。
更明確而言，以及參考圖3，燃燒氣體46通過噴霧乾燥器24之入口48被充填(例如泵送)入於低溫之外護套(outer shell)50，而於其上流經一單向氣閥52。該空氣46然後進入經由燃料閥或端口(ports)56加入燃料之微調燃燒室54。然後藉由引火燃燒器(pilot)58點燃燃料-空氣混合物而產生熱燃燒空氣脈動流60，其可被加壓至各種壓力，例如高於燃燒風扇壓力約0.003MPa(約0.5psi)至約0.2MPa(約3psi)之範圍。該熱燃燒空氣脈動流60向下注入朝向霧化器(atomizer)64之排氣管(tailpipe)62。霧化器64正上方可經由一入口(inlet)68充填入冷卻風(quench air)66並且與熱燃燒氣體60相混合以獲得具有所欲溫度之脈動熱氣流44。該漿體22經由霧化器64被導入脈動熱氣流44內。於是該霧化漿 體被分散於錐形出口(conical outlet)70並且其後進入習知高塔型乾燥室(未顯示)。在更下游處，利用標準收集設備，例如旋風分離器(cyclones)及/或袋式集塵室(亦未顯示)回收該銅/鉬二硫化物複合粉末產品10。
於脈動作業中，該氣閥52被循環開啟和關閉以交替讓空氣進入燃燒室54進行燃燒。於循環中，該氣閥52於緊接前一次燃燒過程之後再一次被開啟以進行另一次脈動。該再開啟於是容許進入其後再次充填空氣(例如，燃燒氣體46)。燃料閥56於是再充填燃料，以及如上所述於燃燒室54內自動點燃該混合物。可藉由各種頻率，例如從約80Hz至約110Hz控制該氣閥52和室內54燃料燃燒循環之脈動方式，但是亦可使用其他頻率。
此處所述藉由脈動式燃燒噴霧乾燥器24製造該”生胚”銅/鉬二硫化物複合粉末產物10包含複數個一般為本身由較小粒子所聚集而成之球形顆粒，其於圖4(a)、5(a)和6(a)中可看得更清楚。已如前所述，該銅和鉬二硫化物已高度相互分散於其中，因而該複合粉末10含有鉬二硫化物和銅亞粒子被相互融合成實質上均勻分散或複合混合物。
例如，以及參考圖4(a-e)，製造自試驗1具體實施例粉末(如製造自含有約5wt.%銅和95wt.%鉬二硫化物之漿體22)之特徵為具有亞粒子聚集之實質上球形顆粒。該銅和鉬二硫化物被高度和均勻地(即，均質地)相互分散於其中，其於EDS能譜圖上清礎地顯示圖4(b)之硫、圖4(c)之 鉬和圖4(d)之銅。示於圖4(e)之EDS能譜圖顯示試驗1具體實施例所形成之特徵峰。
試驗3和4具體實施例製成之粉末(即，該漿體22分別製造自含有50/50wt.%之Cu/MoS2和95/5wt.%之Cu/MoS2)除了粉末內含有相對量銅和鉬二硫化物之外，其與試驗1具體實施例之粉末比較具有實質上一致的形態。請看圖5(a-c)和6(a-c)。
視所使用之特定噴霧乾燥參數，根據此處教示可製成大粒徑範圍之銅/鉬二硫化物複合粉末產品10，以及藉由下文中所提供之教示可輕易地製造具有粒徑範圍從約1μm至約500μm，舉例而言，如粒徑範圍從約1μm至約100μm之顆粒。該複合粉末產品10於步驟28(圖2)中，若需需時可被分類以提供具有更窄粒徑範圍之產品10。
如上所述，該銅/鉬二硫化物複合粉末10亦預期具有高密度並且相當容易流動。範例複合粉末產品10被預期具有範圍約0.9g/cc至約1.2g/cc之斯科特密度(即，表觀密度)。霍爾流動性預期在約50s/50g至約150s/50g之範圍。在一些具體實施例中，霍爾流動性可能甚至更低(即，更具流動性)。
已如前所述，該脈動式燃燒噴霧乾燥器24提供被饋入漿體22之脈動熱氣流44。接觸區和接觸時間均極短，其接觸時間通常在微秒級之比例。因此，經由熱氣流44、聲波和漿體22之物理性互動而產生複合粉末產品10。更明確而言，漿體22之液體成分20實質上被熱氣流44之聲 (或近聲)脈波所移除或驅離。該短暫接觸時間亦確保該漿體成分受到最小加熱，例如於末接觸時間時至約115℃溫度足以達到可蒸發液體成分20之程度。
然而，在某些實例中，所形成”生胚”複合粉末產品10內可能存在殘留液體(例如液體20及/或黏合劑40，若有時)。任何殘留液體20可藉由其後加熱過程或步驟30被驅離(例如，部分或全部)。請參考圖2。一般而言，該加熱過程30必需在中等溫度下進行以驅離該液體成分，但非大量鉬二硫化物。加熱過程30可能喪失一些鉬二硫化物，其將導致相對地降低經加熱胚料產品26內鉬二硫化物留存量。其結果為，如上所述，必需增加鉬二硫化物18之供料量以補償任何預期之耗損。
如先前所述，若使用黏合劑40，以及若欲確保全部黏合劑40被加熱步驟30所驅離時，其可或較佳為加入含銅粉末16以及至少些許量之氧化銅粉末，例如氧化銅(I)、Cu2O、氧化銅(II)、CuO及/或其混合物。在加熱30時，氧化銅內之氧有助於移除或掃除黏合劑40之殘留碳及/或其他氧化成分。然而，含銅粉末16內並非必需使用氧化銅。
可在約90℃至約120℃之溫度範圍內進行加熱30(以約110℃較佳)。或者，可使用高達至300℃之溫度進行短時間加熱。然而，如此較高溫度可能降低終金屬產品14內留存鉬二硫化物之數量。在許多情況下，為了減少複合粉末10之氧化較佳為在氫大氣下進行該加熱30。
亦應注意該金屬粉末產品10之聚集作用，即使於加熱步驟30之後較佳為仍保留其形狀(在許多情況時為實質上球形)。事實上，在某些具體實施例中，加熱30可導致增加複合粉末10之可流動性。
如上所述，在一些情況下於噴霧乾燥過程中可製造出含有複合粉末10之各種粒徑聚集顆粒。該複合粉末產品10較佳為進一步被分離或分類成具有在所欲產品尺寸範圍之粒徑範圍內之粉末產品。例如，預期大部分製成之複合粉末10將含有廣範圍之粒徑(如從約1μm至約500μm)，其產品中大量(如在40-50wt.%範圍內)係較小於約45μm(即，-325美國篩目)。大量(如在30-40wt.%範圍)之複合粉末14為在約45μm至75μm之範圍內(即，-200+325美國篩目)。
此處所述製程預期可產生在此產品粒徑範圍內相當比例之產品；然而，特別指較小產品之其餘產品落於所欲產品粒徑範圍之外，而可藉由液體(例如，水)再循環通過系統再一次被加入而產生一適當漿體組成物。此類再循環係一或多種另類可選(或附加)步驟。
一旦製成銅/鉬二硫化物複合粉末10，其可於說明於圖2中之製程13被用作為胚料26以製造壓實物件14。在此類製程13中，該胚料26可能含有”生胚”銅/鉬二硫化物複合粉末10，即實質上如藉由圖1之方法12所製得。或者，該生胚銅/鉬二硫化物複合粉末10可於例如步驟28整理胚料26之粒徑分佈而被分類成所欲粒徑大小或範圍。
一般而言，只要該粒徑容許複合粉末10被壓製(例如，藉由此處所述方法)成符合壓實物件或擠壓件14所欲之材料性質(例如，強度及/或密度)，適合此處所述範例中使用之複合粉末10可含有廣範圍之粒徑以及多種粒徑之混合物。一般而言，在下列範圍內之粉末粒度預期可獲得能被接受之結果：
如上所述，於固結步驟32之前分類該生胚複合粉末10已為人所喜好或具有優勢。需考慮因素包括，但不侷限於被製作之特定壓實物件14、該壓實物件所欲或所要求材料性質(例如，密度、硬度、強度、韌度等)，以及被使用之特定固結製程32。
先分類生胚複合粉末10之需要性及/或必要性亦將視該生胚複合粉末10藉由圖1製程12所製成之特定粒徑而定。亦即，視用於製造該生胚複合粉末10之特定製程參數而定(其實例已述於本文中)，使用其生胚型複合粉末10應為可行或甚至較為有利。或者，其他考慮因素亦可能影響先分類該生胚複合粉末10之需要性。
綜上所述，由於分類該複合粉末10之需要性及/或必要性得視各種因素及考慮，此處及他處之其一些描述 在詳讀此處教示之後將更為熟習本領域技術者所瞭解，而本發明應不得將分類步驟28視為必需。
該複合粉末10若需要或喜好時亦可被加熱，例如於步驟30。此類複合粉末10之加熱30可被用於移除留存於複合粉末10內之任何殘留水分及/或揮發性材料。在一些情況中，複合粉末10之加熱30亦具有提高該複合粉末10可流動性之有益效應。
然後於步驟32壓製或固結該胚料26(即，含有生胚複合粉末產品10或經加熱/分類之粉末產品)以製造所欲壓實物件或從”空白”壓製物製造所欲壓實物件14。本發明中可被使用之固結方法32包括，但不侷限於軸向擠壓、熱勻壓(HIPing)、溫勻壓(WIPing)、冷勻壓(CIPing)，以及燒結。
一般而言，視漿體22內銅之相對比例，可固結根據此處教示所製成之複合粉末10而使形成之”生胚”壓實物件或壓製物14具有範圍約4.3g/cc至約6.4g/cc之生胚密度(典型為約5g/cc)。例如，含有低量銅(例如，約5wt.% Cu)之壓實物件通常具有較低生胚密度(例如，約4.3g/cc)，反之，含有高量銅(例如，約95wt.% Cu)之壓實物件通常具有較高生胚密度(例如，約6.4g/cc)。
進行廣範圍壓力之軸向擠壓需視各種因素，包括被製成特定壓實物件或壓製物14之大小和形狀以及該壓實物件或壓製物14之所欲強度及/或密度。因此，本發明不應被視為僅侷限於任何特定壓實壓力或壓實壓力範圍。 然而，藉由實例，在一具體實施例中，當在上述壓力約310MPa至約470Mpa(較佳為約390MPa)範圍內壓製時，根據此處所示技術所製備複合粉末10將可獲得此處所述範圍內之未固化強度(green strengths)和密度。
為了將複合粉末胚料26固結或形成所欲形狀，冷、溫和熱勻壓法需使用相當大壓力和熱量(在溫和熱勻壓過程時)。一般而言，必需選擇用於冷、溫和熱勻壓法之壓力以使形成壓製物具有在此處所示範圍內之生胚密度。
必需在此處所述壓力進行熱勻壓過程以及任何之適當溫度範圍，再一次需視銅/鉬二硫化物複合粉末壓製物之生胚密度。然而，應注意在較高溫度及/或製程時間可能喪失一些鉬二硫化物。因此，該溫度可能需被調節以確保終壓實物件或壓製物14含有所欲量之保留鉬二硫化物。
可於此處所述壓力進行溫勻壓法。用於溫勻壓之溫度通常為低於熱勻壓之溫度。
可於任何溫度範圍進行燒結。用於燒結之特定溫度將視各種因素而定，包括終壓實物件14之所欲密度，以及欲保留於壓實物件或壓製物14內鉬二硫化物之數量。
固結32之後，可依照”原樣”使用形成之金屬產品14(例如，集電環34)或在要求或需要下被進一步加工。例如，該金屬產品14在啟用前若必需或需要時可於步驟36中被機械加工。金屬產品14亦可於步驟38中被加熱或燒結 以進一步提高該金屬產品14之密度及/或強度。較佳為在氫大氣內進行此類燒結過程38以降低該金屬產品14被氧化之可能性。一般而言，此類加熱較佳為在極低溫度下進行而因此可避免實質上降低終產品內保留鉬二硫化物之數量。
一般而言，較佳為，但非必然要求利用此處所述噴霧乾燥法製造該銅/鉬二硫化物粉末產品10。此類噴霧乾燥法將導致形成此處所述具有形態上和實質上均質組成物之銅/鉬二硫化物粉末產品。然而，在某些情況下可或考慮使用一或多種類型造粒法製造顆粒化銅/鉬二硫化物粉末。一般而言，粒化係其主要粉末粒子(例如，含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18)於製造時黏合形成較大顆粒之過程，該多粒子實體稱為顆粒。大部分粒化過程，至少與此處所述噴霧乾燥法比較並不會導致產生高度球形粉末產品。然而，在某些應用上可接受使用粒化銅/鉬二硫化物粉末。
在一此另類具體實施例中，可使用一乾燥粒化法以製造一粒化銅/鉬二硫化物粉末產品。該乾燥粒化法涉及含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18之乾混合或滲合過程。以此處所述各種比例(例如，從約5wt.%銅至約95wt.%銅)加入該粉末。然後壓實該形成乾粉末滲合物(例如，藉由使其通過一製錠機或兩根滾輪之間)。若需要時，然後將該壓實粉末破碎成較小顆粒。
在另一具體實施例中，可使用濕造粒法。該濕 造粒法涉及在一已知為”濕塊狀化(wet massing)”過程中以適當粒化液體(未顯示)混合或滲合含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18。然後乾燥形成之濕化塊體以製造該所欲粒化產品。
粉末實例
製備如表II所示含有不同比例含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18之四種(4)不同漿體組成物(“組成物1-4”)。然後於四種對應噴霧乾燥試驗(“試驗1-4”)中噴霧乾燥該形成漿體組成物以製造四種不同粉末組成物或具體實施例。藉由X射線能量散佈分析儀(EDS)分析各種粉末組成物以測定粉末組成物之組成結構以及各種成分(例如，Cu和MoS2)分散於複合粉末內之含量，其示於表III中之EDS光譜圖。亦從試驗1、3和4之粉末獲得掃描電子顯微圖，其示於表III。試驗3所製成粉末之X射線能量散佈分析儀(EDS)檢測結果示於表IV。
更明確而言，依照表II所述比例藉由混合銅金屬粉末和鉬二硫化物粉末以製備該四種(4)漿體組成物。該含銅粉末16含有習知，亦即此處所述類型以及具有-325泰勒篩目(即小於約44μm)粒徑之非樹枝狀銅粉。該鉬二硫化物粉末18含有如此處所示具有平均粒徑規格0.5-1μm之超細級鉬二硫化物粉末。該含銅粉末16和鉬二硫化物粉末18與水混合形成一漿體22。未使用黏合劑40。
製備完成之後，漿體22然後依照此處所述方法被充填入脈動式燃燒噴霧乾燥系統24內。該脈動熱氣流44之溫度可被控制在約300℃至約800℃範圍內，以及更特別指在約465℃至約537℃之間。藉由脈動式燃燒系統24所製造之脈動熱氣流44將實質上從漿體22驅離水而形成複合粉末產品10。
然後將從各種噴霧乾燥試驗所形成金屬粉末產品10藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)被圖像化以及藉由X射線能量散佈分析儀被分析。對應試驗所製備粉末產品之SEM顯微照片示於表III。同樣，對應試驗之結果EDS圖和光譜亦示於表III。該SEM顯微照片證明製造自各種漿體組成物之粉末具有本身聚集較小亞粒子之實質上球形顆粒。同樣，EDS圖可證明銅和鉬二硫化物實質上被均勻地分佈，其各粒子含有大約相同比例之銅和鉬二硫化物。試驗2未提供所製造粉末產品之SEM顯微照片或EDS圖。然而，藉由試驗3製成粉末之EDS檢測分析示於表IV。
試驗3具體實施例之EDS檢測分析(即，製備自含有約50/50wt.% Cu/MoS2之漿體22)證明與實際其於漿體22內比較終粉末產品10內銅之大量耗損。然而，在該特定試驗中，已發現有大量銅粉16沈澱於各種漿體泵送設備和噴霧乾燥器24之液體導管內。應可藉由泵送設備以及噴霧乾燥器24液體導管系統之適當再設計/重配置以解決此問題。
理論性壓實物件
可製造各種類型壓實物件14或製造自藉由圖1說 明之噴霧乾燥法12所製備銅/鉬二硫化物複合粉末10。藉由實例，一壓實物件14可包括通常用於發電設備之集電環34。一預成形壓實物件可形成自”生胚”之經篩選銅/鉬二硫化物複合粉末10而使其粒徑小於約105μm(-150泰勒篩目)。在一具體實施例中，該預成形壓實物件可形成自單軸擠壓法，其在範圍約225MPa(約16.5tsi)至約275MPa(約20tsi)之單軸壓力下擠壓銅/鉬二硫化物複合粉末10而使該壓實物件具有接近固體團塊之特性。因此，該預成形壓實物件可被置入一密封容器以經由各種壓製法，例如冷-、溫-和熱勻壓，以進行額外擠壓。或者，該預成形壓實物件可被燒結。
此處已說明本發明之較佳具體實施例，預期其可被經過適當修飾並且無論如何仍屬於本發明之範圍內。本發明因此應僅能根據下列專利範圍被推論：
10‧‧‧銅/鉬二硫化物複合粉末
12‧‧‧噴霧乾燥法
16‧‧‧含銅粉末
18‧‧‧鉬二硫化物粉末
20‧‧‧液體
22‧‧‧漿體
24‧‧‧噴霧乾燥器
40‧‧‧黏合劑
42‧‧‧補充金屬粉末
44‧‧‧脈動熱氣流

Claims (19)

  1. 一種包含銅/鉬二硫化物複合粉末之壓實物件，該複合粉末係於在足夠壓力下被壓縮以使該銅/鉬二硫化物複合粉末性質表現似如固體團塊，該銅/鉬二硫化物複合粉末含有實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子，該亞粒子係相互融合而形成大抵為球形的該複合粉末之個別顆粒，其中每一顆粒含有實質上相同含量的鉬二硫化物。
  2. 如請求項1之壓實物件，其具有範圍約4.3g/cc至約6.4g/cc之生胚密度。
  3. 如請求項1之壓實物件，其具有範圍約5%重量比至約95%重量比之銅含量。
  4. 一種製造一壓實物件之方法，包含：提供銅/鉬二硫化物複合粉末，其含有實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子，該亞粒子係相互融合而形成該銅/鉬二硫化物複合粉末之個別大抵為球形的顆粒，其中每一顆粒含有實質上相同含量的鉬二硫化物；以及在足夠壓力下壓製該銅/鉬二硫化物複合粉末而導致該銅/鉬二硫化物複合粉末性質表現似如固體團塊。
  5. 如請求項4之方法，其中該擠壓包含軸向擠壓。
  6. 如請求項5之方法，其中該軸向擠壓包含施予約240MPa之壓力。
  7. 如請求項4之方法，其中該擠壓包含一或多種選自由冷 勻壓、溫勻壓和熱勻壓所構成之群組。
  8. 如請求項4之方法，其中該擠壓賦予該壓實物件在範圍約4.3g/cc至約6.4g/cc之生胚密度。
  9. 一種製造銅/鉬二硫化物複合粉末之方法，包含：提供含銅粉末之供料；提供鉬二硫化物粉末之供料；以液體混合該含銅粉末和該鉬二硫化物粉末以形成一漿體；將該漿體饋入一具有溫度範圍約300℃至約800℃的熱氣流內；以及回收該銅/鉬二硫化物複合粉末，該銅/鉬二硫化物複合粉末包含實質上均勻分散銅和鉬二硫化物亞粒子，且該亞粒子已被相互融合而形成該銅/鉬二硫化物複合粉末之個別實質上球形顆粒，其中每一顆粒含有實質上相同含量的鉬二硫化物。
  10. 如請求項9之方法，其中將該漿體饋入熱氣流內包含霧化該漿體以及使該霧化漿體接觸熱氣流。
  11. 如請求項9之方法，其中該漿體含有介於約15重量百分比至約50重量百分比之液體。
  12. 如請求項9之方法，其進一步包含：提供漿體一黏合材料；以及混合該黏合材料與該含銅粉末、該鉬二硫化物粉末以及該水以形成一漿體。
  13. 如請求項9之方法，其中在以該液體混合該含銅粉末供 料和該鉬二硫化物供料以形成該漿體之前，該含銅粉末供料係以範圍從約5%重量比至約95%重量比的數量被加至該鉬二硫化物粉末供料中。
  14. 如請求項9之方法，其中提供含銅粉末之供料包含提供選自基本上由金屬銅粉、氧化銅(I)(氧化亞銅)粉和氧化銅(II)(氧化銅)粉所構成群組之含銅粉末之供料。
  15. 一種銅/鉬二硫化物複合粉末，其包含實質上均勻分散之銅和鉬二硫化物亞粒子，該亞粒子已被相互融合而形成該銅/鉬二硫化物複合粉末的個別實質上球形顆粒，其中每一顆粒含有實質上相同含量的鉬二硫化物。
  16. 如請求項15之銅/鉬二硫化物複合粉末，其具有範圍約50s/50g至約150s/50g之霍爾(Hall)流動性。
  17. 如請求項15之銅/鉬二硫化物複合粉末，其具有範圍從約0.9g/cc至約1.2g/cc之斯科特(Scott)密度。
  18. 如請求項15之銅/鉬二硫化物複合粉末，其含有從約5%重量比至約95%重量比之銅。
  19. 如請求項15之銅/鉬二硫化物複合粉末，其中含有該銅/鉬二硫化物複合粉末產物之個別顆粒具有範圍約1μm至約500μm之粒徑。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016214127A1 (de) * 2016-08-01 2018-02-01 Robert Bosch Gmbh Fahrzeugbremsanlagen-Kolbenpumpe mit einem Schmiermittel
CN109128142B (zh) * 2018-10-26 2020-12-01 河南颍川新材料股份有限公司 一种高冷压成形性水雾化预合金粉生产方法
CN111118537B (zh) * 2019-07-24 2022-01-11 天津大学 生长于泡沫铜表面的二硫化钼修饰碳层包覆氧化亚铜纳米线材料及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5972070A (en) * 1994-10-19 1999-10-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Sintered friction material, composite copper alloy powder used therefor and manufacturing method thereof

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3479289A (en) 1967-10-16 1969-11-18 Boeing Co High strength,self-lubricating materials
GB1295508A (zh) 1970-12-17 1972-11-08
US3764308A (en) * 1972-06-16 1973-10-09 Olin Corp Multi phase strip from particle and powder mixture
US4039697A (en) 1973-08-27 1977-08-02 The Fujikura Cable Works, Ltd. Process for forming a film composed of plastic-coated inorganic powder particles
JPS5358910A (en) 1976-11-10 1978-05-27 Agency Of Ind Science & Technol Copper system alloy-high concentration mos2 composite lubricating material
JPS5934223B2 (ja) 1979-07-09 1984-08-21 オイレス工業株式会社 自己潤滑焼結部材ならびにその製造方法
JPS5871352A (ja) 1981-10-22 1983-04-28 Nissan Motor Co Ltd 耐摩耗性焼結アルミニウム合金
DE3413593C1 (de) 1984-04-11 1985-11-07 Bleistahl GmbH, 5802 Wetter Verfahren zur Herstellung von Ventilsitzringen
JPH0776405B2 (ja) 1986-02-25 1995-08-16 東芝タンガロイ株式会社 固体潤滑性複合材料及びその製造方法
US4950413A (en) 1988-11-17 1990-08-21 Westinghouse Electric Corp. Electrically conductive phthalocyanine complex-filled lubricants
JPH0441601A (ja) * 1990-06-06 1992-02-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合粉末製造法
US5476632A (en) 1992-09-09 1995-12-19 Stackpole Limited Powder metal alloy process
US5302450A (en) 1993-07-06 1994-04-12 Ford Motor Company Metal encapsulated solid lubricant coating system
US5332422A (en) 1993-07-06 1994-07-26 Ford Motor Company Solid lubricant and hardenable steel coating system
AU7811194A (en) 1993-10-02 1995-05-01 Cerasiv Gmbh Molded article
US5641841A (en) 1995-01-10 1997-06-24 International Business Machines Corporation Conductive lubricant for magnetic disk drives
DE59506236D1 (de) 1995-02-02 1999-07-22 Sulzer Innotec Ag Gleitverschleissfeste Verbundbeschichtung
AT402227B (de) 1995-05-17 1997-03-25 Chemetall Gmbh Festschmierstoff, insbesondere für reibbeläge, reibbelagmischungen und reibbeläge
US5641580A (en) 1995-10-03 1997-06-24 Osram Sylvania Inc. Advanced Mo-based composite powders for thermal spray applications
JP3537286B2 (ja) 1997-03-13 2004-06-14 株式会社三協精機製作所 焼結含油軸受およびそれを用いたモータ
CA2207579A1 (fr) 1997-05-28 1998-11-28 Paul Caron Piece frittee a surface anti-abrasive et procede pour sa realisation
US6689424B1 (en) 1999-05-28 2004-02-10 Inframat Corporation Solid lubricant coatings produced by thermal spray methods
US6355207B1 (en) 2000-05-25 2002-03-12 Windfall Products Enhanced flow in agglomerated and bound materials and process therefor
KR100391307B1 (ko) 2001-06-04 2003-07-16 한라공조주식회사 고체 윤활 피막 형성방법
US6599345B2 (en) 2001-10-02 2003-07-29 Eaton Corporation Powder metal valve guide
AU2003222669A1 (en) 2002-04-22 2003-11-03 Yazaki Corporation Electrical connectors incorporating low friction coatings and methods for making them
US7255933B2 (en) 2002-08-23 2007-08-14 Senju Metal Industry Co., Ltd. Multi-layer sliding part and a method for its manufacture
UA56743C2 (en) 2002-08-28 2005-02-15 Serhii Mykhailovych Romanov A method of granules forming for an anti-friction material producing
JP2004124130A (ja) 2002-09-30 2004-04-22 Fujimi Inc 溶射用粉末及びその製造方法並びに該溶射用粉末を用いた溶射方法
US7300488B2 (en) 2003-03-27 2007-11-27 Höganäs Ab Powder metal composition and method for producing components thereof
JP4989890B2 (ja) 2003-04-02 2012-08-01 出光興産株式会社 導電性潤滑油組成物
US7968503B2 (en) 2004-06-07 2011-06-28 Ppg Industries Ohio, Inc. Molybdenum comprising nanomaterials and related nanotechnology
US7276102B2 (en) 2004-10-21 2007-10-02 Climax Engineered Materials, Llc Molybdenum metal powder and production thereof
KR100619594B1 (ko) 2004-12-21 2006-09-08 재단법인 포항산업과학연구원 저마찰 특성이 우수한 자동차 에어컨용 사판 제조방법
DE102005001198A1 (de) 2005-01-10 2006-07-20 H.C. Starck Gmbh Metallische Pulvermischungen
US7470307B2 (en) 2005-03-29 2008-12-30 Climax Engineered Materials, Llc Metal powders and methods for producing the same
US20080146467A1 (en) 2006-01-26 2008-06-19 Takemori Takayama Sintered Material, Ferrous Sintered Sliding Material, Producing Method of the Same, Sliding Member, Producing Method of the Same and Coupling Device
US20070227390A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Richard Palmateer Shaped charges, lead-free liners, and methods for making lead-free liners
US20080144219A1 (en) 2006-12-19 2008-06-19 Burns John M Conductive pfpe disk lubricant
EP2202280A1 (en) 2008-11-24 2010-06-30 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Corrosion inhibting coatings controllable by electromagnetic irradiation and methods for corrosion inhibition using the same
US8389129B2 (en) 2010-07-09 2013-03-05 Climax Engineered Materials, Llc Low-friction surface coatings and methods for producing same
US8038760B1 (en) 2010-07-09 2011-10-18 Climax Engineered Materials, Llc Molybdenum/molybdenum disulfide metal articles and methods for producing same
WO2012006501A2 (en) 2010-07-09 2012-01-12 Climax Engineered Materials, Llc Potassium / molybdenum composite metal powders, powder blends, products thereof, and methods for producing photovoltaic cells

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5972070A (en) * 1994-10-19 1999-10-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Sintered friction material, composite copper alloy powder used therefor and manufacturing method thereof

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