TWI733218B - 用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物、伸線眼模的補強體 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於伸線眼模之補強體的粉末組合物。粉末組成物A包含25至35重量份之鈷粉、0至10重量份之銀粉、40至50重量份之銅粉、0至10重量份之錫粉以及20至30重量份之銅錫合金粉。粉末組成物B包含80至100重量份之鈷銅錫合金粉及0至20重量份之銀粉。粉末組合物A及粉末組合物B分別可以在600℃至640℃及600℃至620℃的低溫範圍內順利燒結成型。

Description

用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之 粉末組合物、伸線眼模的補強體

本發明是關於一種用於伸線眼模之補強體的粉末組合物，特別是能夠在低燒結溫度下(例如低於650℃)用以製備補強體的粉末組合物，屬於粉末冶金領域。

金屬線材經過眼模(dies)可拉伸為各種尺寸之金屬管材。在拉伸金屬線材的過程中，眼模中的模仁會承受著極大的應力。因此若利用金屬粉末包覆模仁後進行燒結以形成一補強體，並藉由補強體對模仁的保護作用，從而能夠增加眼模的使用壽命。

傳統上用於形成補強體的金屬粉末，係利用高週波加熱爐在高溫680℃、壓力1.2kg/cm²下進行燒結，以獲得硬度範圍在HRC 14-18的補強體。

然而實務上供應給客戶的眼模產品必須能夠在低燒結溫度(例如低於650℃)形成補強體。具體地，由於 多數供應商的聚晶鑽石模仁之耐熱溫度低於650℃，因此若燒結溫度高於650℃，將極有可能降低聚晶鑽石模仁的耐磨耗性，進一步地降低眼模產品的使用壽命。

基於上述，目前亟需開發一種粉末組合物，此粉末組合物必須可以在650℃以下順利進行燒結以形成補強體。此外此粉末組合物也必須具有足夠的抗折強度、硬度及穩定性。

本發明提供一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，該粉末組合物可以在低燒結溫度的限制下順利燒結形成補強體，而且所形成的補強體的硬度範圍在一定的燒結穩度內不會有明顯的變化，進而使產品具備良好的穩定性。

本發明之一態樣係提供一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物A。粉末組成物A包含25至35重量份之一鈷粉，40至50重量份之一銅粉以及20至30重量份之一銅錫合金粉。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物A更包含0至10重量份之一銀粉。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物A更包含0至10重量份之一錫粉。

根據本發明一或多個實施方式，其中鈷粉之平均粒徑為5微米至15微米。

根據本發明一或多個實施方式，銀粉之平均粒 徑為10微米至20微米。

根據本發明一或多個實施方式，銅粉之平均粒徑為5微米至15微米。

根據本發明一或多個實施方式，錫粉之平均粒徑為5微米至15微米。

根據本發明一或多個實施方式，銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米。

本發明之一態樣係提供一種伸線眼模的補強體A，其係由前述用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物A所製成，其中適於燒結粉末組合物A的溫度範圍為600℃至640℃。

根據本發明一或多個實施方式，補強體A的硬度值高於HRC 21，抗折強度高於900兆帕(MPa)，衝擊能高於0.60焦耳(J)，彈性模數高於90吉帕(GPa)。

本發明之另一態樣係提供一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物B。粉末組成物B包含80至100重量份之一鈷銅錫合金粉。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物B更包含0至20重量份之一銀粉。

根據本發明一或多個實施方式，鈷銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米。

根據本發明一或多個實施方式，銀粉之平均粒徑為1微米至10微米。

本發明之另一態樣係提供一種伸線眼模的補強 體B，其係由前述用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物B所製成，其中適於燒結粉末組合物B的溫度範圍為600℃至620℃。

根據本發明一或多個實施方式，補強體B的硬度值高於HRC 18，抗折強度高於1000兆帕(MPa)，衝擊能高於1.20焦耳(J)，彈性模數高於90吉帕(GPa)。

100:伸線眼模

110:台金

120:補強體

130:模仁

140:模孔

210-240:步驟

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖繪示依據本發明部分實施方式之一種伸線眼模的示意圖。

第2圖繪示依據本發明部分實施方式之一種製備伸線眼模的方法流程圖。

第3圖為以實施例1的粉末組合物燒結成的補強體，其硬度與燒結溫度的關係圖。

第4圖為以實施例2的粉末組合物燒結成的補強體，其硬度與燒結溫度的關係圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文將參照附隨圖式來描述本發明之實施態樣與具體實施例；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代， 也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。

眼模應用於各種金屬線材之伸線製程。眼模中的模仁是使用目前最硬的材料(例：人造鑽石)。當尺寸較粗的金屬線材通過模仁中心處的模孔時，藉由金屬材料受力時會產生塑性變形的性質，從而獲得具有特定尺寸的金屬線材。

第1圖為根據本發明部份實施方式之伸線眼模100的示意圖。伸線眼模100包含台金110、補強體120以及模仁130。台金110包覆補強體120，而補強體120包覆模仁130。補強體120係經過低溫燒結所形成。此外，模仁130的中心處存在一模孔140。

在本發明之部分實施例中，台金110之材質包含303不鏽鋼，但不限於此。補強體120為本發明接下來主要闡述重點。在本發明之部分實施例中，模仁130為人造鑽石，其中人造鑽石可為聚晶鑽石(polycrystalline diamond)或單晶鑽石(monocrystalline diamond)，但不限於此。

在金屬線材的伸線過程中，金屬線材會對模仁130施加極大的應力。雖然模仁130的硬度高且耐磨耗，但是相對地較不耐衝擊力。因此若藉由補強體120包覆模仁130，利用補強體120吸收大部份的衝擊力，能夠避免模仁130發生破裂，從而延長伸線眼模100的使用壽命。

本發明提供一種用於低燒結溫度的伸線眼模補 強體的粉末合物A。粉末組成物A包含鈷粉、銅粉及銅錫合金粉。在一實施方式中，鈷粉為25至35重量份，例如為28、30、32或34重量份。在一實施方式中，銅粉為40至50重量份，例如為42、44、46或48重量份。在一實施方式中，銅錫合金粉為20至30重量份，例如為22、24、26或28重量份。在一實施方式中，銅錫合金粉中的銅占45~80wt.%，較佳為55~70wt.%，例如為60wt.%、63wt.%或67wt.%，而銅錫合金粉中的錫占20~55wt.%，較佳為30~45wt.%，例如為33wt.%、37wt.%或40wt.%。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物A更包含0至10重量份之一銀粉。在一實施方式中，銀粉例如為2、4、6或8重量份。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物A更包含0至10重量份之一錫粉。在一實施方式中，錫粉例如為2、4、6或8重量份。

根據本發明一或多個實施方式，其中鈷粉之平均粒徑為5微米至15微米，例如為8、10、12或14微米。根據本發明一或多個實施方式，銀粉之平均粒徑為10微米至20微米，例如為12、14、16或18微米。根據本發明一或多個實施方式，銅粉之平均粒徑為5微米至15微米，例如為8、10、12或14微米。根據本發明一或多個實施方式，錫粉之平均粒徑為5微米至15微米，例如為8、10、12或14微米。根據本發明一或多個實施方式，銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米，例如為8、10、12或14微米。

本發明亦提供一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體的粉末合物B。粉末組成物B包含80至100重量份之鈷銅錫合金粉。在一實施方式中，鈷銅錫合金粉例如為84、88、92或96重量份。在一實施方式中，鈷銅錫合金粉中的鈷占30~40wt.%，例如為32wt.%、35wt.%或37wt.%。在一實施方式中，鈷銅錫合金粉中的銅占50~60wt.%，例如為53wt.%、55wt.%或57wt.%。在一實施方式中，鈷銅錫合金粉中的錫占5~15wt.%，例如為8wt.%、10wt.%或13wt.%。

根據本發明一或多個實施方式，粉末組合物B更包含0至20重量份之一銀粉。在一實施方式中，銀粉例如為2、4、6、8、10、12、14、16或18重量份。

根據本發明一或多個實施方式，鈷銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米，例如為8、10、12或14微米。根據本發明一或多個實施方式，銀粉之平均粒徑為1微米至10微米，例如為2、4、6或8微米。

本發明所揭露之粉末組成物所製備之補強體120，其硬度穩定，在燒結溫度範圍內不會隨著燒結溫度的增加而有明顯變化。在本發明之部分實施例中，補強體的硬度值係以洛氏硬度標尺C(Rockwell Hardness；scale C,HRC)進行量測。

第2圖繪示依據本發明部分實施方式之一種製備伸線眼模的流程圖。請同時參閱第1圖與第2圖以更清楚的理解本發明之輪廓。

如第2圖所示，先進行步驟210，將粉末組成物填入台金110中。接著利用一壓蓋，將台金中的粉末組成物壓實，以形成由粉末組成物組成的初胚。

接著進行步驟220，將模仁130置於台金110的中心處。

接著進行步驟230，燒結粉末組成物，以形成包圍模仁130的補強體120。在一些實施方式中，台金110中的粉末組成物在低溫、常壓環境下進行燒結後將轉變為緻密的補強體120。在本發明之部分實施例中，燒結粉末組成物A的溫度為600℃至640℃，例如為610℃、620℃或630℃。在本發明之部分實施例中，燒結粉末組成物B的溫度為600℃至620℃，例如為605℃、610℃或615℃。在本發明之其他部分實施方式中，係利用高週波加熱方式來燒結粉末組成物，但並不以此為限，其他的加熱方式同樣可用於燒結本發明所揭露的粉末組成物。

最後進行步驟240，對模仁130進行開孔，以形成模孔140。在一些實施方式中，以車床、雷射、研磨設備對模仁130進行加工，以在台金110中心處形成模孔140，製備獲得伸線眼模100。

請繼續參閱下述的實施例，以理解燒結溫度對於補強體120的硬度之影響。以下的實施例用以詳述本發明的特定實施態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識的技術人員得以實施本發明，但不意欲用以限制本發明。

在本發明之部分實施例中，補強體120的硬度 值係以洛氏硬度標尺C(Rockwell Hardness scale C,HRC)進行量測。洛氏硬度試驗機乃是將一定之荷重之鑽石圓錐作為壓痕器壓入試片表面，使試片表面產生塑性變形之壓痕，再將其壓痕深度，利用機構原理轉換成指示盤中之刻度。

使用本發明所提及的粉末組合物，經過燒結後製備得到補強體，再量測補強體的抗折強度、衝擊能以及彈性模數。

實施例1

在實施例1中，粉末組合物包含28重量份至32重量份之鈷粉，0重量份至8重量份之銀粉，42重量份至48重量份之銅粉，0重量份至8重量份之錫粉，以及22重量份至28重量份之銅錫合金粉。

請參閱第3圖，第3圖為以實施例1的粉末組成物燒結成的補強體，其硬度與燒結溫度的關係圖。

如第3圖所示，實施例1中的粉末組成物分別於580℃、600℃、620℃、640℃、660℃以及680℃下進行燒結成補強體後，可量測得補強體的平均硬度為HRC23.5、HRC21.8、HRC22.6、HRC21.9、HRC21.8、以及HRC20.3。據此，可獲知實施例1的粉末組成物燒結後所形成的補強體具有穩定的硬度值範圍，上述硬度值範圍在適當的燒結溫度範圍內並不會明顯變化。值得注意的是，當燒結溫度在640℃以下時，由實施例1之粉末組成物燒結後所形成的補強體仍具有相當高之硬度(HRC 21)。

接著進一步量測由實施例1之粉末組成物經燒結後所形成的補強體的抗折強度、衝擊能以及彈性模數。以實施例1之粉末組成物製備的補強體，抗折強度為960兆帕(MPa)，衝擊能為0.686焦耳，而彈性模數為98吉帕(GPa)。

實施例2

在實施例2中，粉末組合物包含80重量份至95重量份之鈷銅錫合金粉，以及5重量份至20重量份之銀粉。

請參閱第4圖，第4圖為以實施例2的粉末組成物燒結成的補強體，其硬度與燒結溫度的關係圖。

如第4圖所示，實施例2中的粉末組成物分別於580℃、600℃、620℃、640℃、660℃以及680℃下進行燒結成補強體後，可量測得補強體的平均硬度為HRC18.7、HRC19.0、HRC19.0、HRC17.6、HRC14.8以及HRC13.8。可獲知以實施例2的粉末組成物燒結後所形成的補強體具有穩定的硬度值範圍，上述硬度值範圍在適當的燒結溫度範圍內並不會明顯變化。值得注意的是，當燒結溫度在620℃以下時，由實施例2之粉末組成物燒結後所形成的補強體仍具有相當高之硬度(HRC 18)。

接著進一步量測由實施例2之粉末組成物經燒結後所形成的補強體的抗折強度、衝擊能、以及彈性模數。以實施例2之粉末組成物製備的補強體，抗折強度為1078兆帕(MPa)，衝擊能為1.294焦耳，而彈性模數為98吉帕(GPa)。

由上述本發明實施例可知，運用本發明揭露之 粉末組成物，可在低燒結溫度範圍內製備得到硬度值穩定的補強體。上述補強體亦具備優異之機械性質，可針對於模仁之包覆，提供全面性的保護，藉以提升伸線眼模的使用壽命。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:伸線眼模

110:台金

120:補強體

130:模仁

140:模孔

Claims (14)

1. 一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，包含：25至35重量份之一鈷粉；40至50重量份之一銅粉；以及20至30重量份之一銅錫合金粉，其中該銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，更包含2至10重量份之一銀粉。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，更包含2至10重量份之一錫粉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，其中該鈷粉之平均粒徑為5微米至15微米。
5. 如申請專利範圍第2項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，其中該銀粉之平均粒徑為10微米至20微米。
6. 如申請專利範圍第1項所述之用於低燒結 溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，其中該銅粉之平均粒徑為5微米至15微米。
7. 如申請專利範圍第3項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，其中該錫粉之平均粒徑為5微米至15微米。
8. 一種用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，包含80至100重量份之一鈷銅錫合金粉，其中該鈷銅錫合金粉之平均粒徑為5微米至15微米。
9. 如申請專利範圍第8項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，更包含2至20重量份之一銀粉。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物，其中該銀粉之平均粒徑為1微米至10微米。
11. 一種伸線眼模的補強體，其係由如申請專利範圍第1-7項中任一項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物所製成，其中適於燒結該粉末組合物的一溫度範圍為600℃至640℃。
12. 如申請專利範圍第11項所述之伸線眼模 的補強體，其中該補強體的硬度值高於HRC 21，抗折強度高於900兆帕(MPa)，衝擊能高於0.60焦耳，彈性模數高於90吉帕(GPa)。
13. 一種伸線眼模的補強體，其係由如申請專利範圍第8-10項中任一項所述之用於低燒結溫度的伸線眼模補強體之粉末組合物所製成，其中適於燒結該粉末組合物的一溫度範圍為600℃至620℃。
14. 如申請專利範圍第13項所述之伸線眼模的補強體，其中該補強體的硬度值高於HRC18，抗折強度高於1000兆帕(MPa)，衝擊能高於1.20焦耳，彈性模數高於90吉帕(GPa)。

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