專利名稱：粉末冶金用輔助原料粉末和鐵基粉末混合物及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為得到粉末冶金用的粉末混合物，在主原料粉末的鐵基粉末中混合的粉末冶金用輔助原料粉末、例如合金化用粉末和改善切削性能用的粉末等。本發(fā)明還涉及所述粉末冶金用輔助原料粉末的制備方法。本發(fā)明還進(jìn)一步涉及通過使用有機(jī)粘合劑使這類粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面而得的粉末冶金用鐵基粉末混合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金用鐵基粉末混合物通常是根據(jù)需要，在鐵粉和合金鋼粉等鐵基粉末中，混合粉末冶金用輔助原料粉末和潤滑劑混合形成的。這里的粉末冶金用輔助原料粉末可以列舉銅粉、石墨粉、磷化鐵粉等合金化用的粉末和MnS粉、BN粉、CaF粉等改善切削性能的粉末。同時(shí)，作為潤滑劑可以使用硬脂酸鋅、硬脂酸鋁、硬脂酸鉛等材料。
近年來，在要求降低燒結(jié)部件成本的同時(shí)，對降低制備工序成本的要求也不斷提高。例如，防止鐵基粉末、粉末冶金用輔助原料粉末和潤滑劑等原料粉末偏析可以降低成型體在燒結(jié)時(shí)的尺寸誤差。結(jié)果可以降低通過切削工序修正燒結(jié)后的燒結(jié)部件尺寸所消耗的成本。于是，為了防止粉末冶金用鐵基粉末混合物的偏析，提出了各種各樣的配合。
同時(shí)也要求降低粉末冶金用鐵基粉末混合物自身的制備成本。
眾所周知，為了防止粉末冶金用鐵基粉末混合物的偏析，使用有機(jī)粘合劑把輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末上是一種有效的方法。作為其代表性的步驟有下述廣為人知的技術(shù)。
(1)濕式混合法把粉末冶金用的輔助原料粉末和鐵基粉末及潤滑劑與分散或溶解有有機(jī)粘合劑的液體混合，然后再使分散劑或溶劑干燥的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1，專利文獻(xiàn)2)。
(2)干式混合法把粉末冶金用輔助原料粉末和鐵基粉末和固體有機(jī)粘合劑混合，邊混合邊加熱，使有機(jī)粘合劑熔融后冷卻，讓粉末冶金用輔助原料粉末和鐵基粉末結(jié)合的方法。特別優(yōu)選采用混合固體潤滑劑，并至少對部分固體潤滑劑加熱熔融，使其具備有機(jī)粘合劑功能的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)3，專利文獻(xiàn)4)。
把用上述濕式混合法和干式混合法得到的粉末冶金用鐵基粉末混合物的模式圖示于圖2。通常情況下，粉末冶金用輔助原料粉末7，是由輔助原料粉末粒子本體1組成的，其形態(tài)是輔助原料粉末粒子7，通過另外混合的有機(jī)粘合劑2結(jié)合到鐵基粉末3的表面上。
但是，在上述的任意一種方法中，為了充分防止偏析，如果增加有機(jī)粘合劑的添加量，必然會(huì)增加不起作用的粘合劑，也就是不必要的粘合劑4，即在鐵基粉末和粉末冶金用輔助原料粉末之間不起結(jié)合作用，只是單純附著在粉末冶金用輔助原料粉末或鐵基粉末表面的粘合劑量。所以會(huì)導(dǎo)致降低壓粉密度的問題。同時(shí)，沒有附著在原料粉末上而處于游離狀態(tài)的不必要的粘合劑量也有所增加。因此，在上述各方法中，不能充分改善粉末冶金用鐵基粉末混合物的偏析。
專利文獻(xiàn)1日本專利第2582231號公報(bào)(權(quán)利要求)，專利文獻(xiàn)2日本專利特公平5 27682號公報(bào)(權(quán)利要求)，專利文獻(xiàn)3日本專利特開平2 57602號公報(bào)(權(quán)利要求)，專利文獻(xiàn)4日本專利特開平3 162502號公報(bào)(權(quán)利要求)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提出在不降低混合粉壓粉密度的條件下減輕成分偏析的粉末冶金用鐵基粉末混合物，及其低成本的、并且有效的制備方法。
本發(fā)明的目的還在于提出為得到這類粉末冶金用鐵基粉末混合物的粉末冶金用輔助原料粉末及其有效的制備方法。
本發(fā)明的構(gòu)成要點(diǎn)如下。
1.一種粉末冶金用輔助原料粉末，它是一種添加、混合到由鐵基粉末組成的主原料粉末之中、形成粉末冶金用鐵基粉末混合物的，處于前述添加和混合之前的粉末冶金用輔助原料粉末，其特征在于由輔助原料粉末粒子本體及附著在其表面的有機(jī)粘合劑組成。
這里，優(yōu)選前述粒子本體全部表面被前述有機(jī)粘合劑包覆。也優(yōu)選有機(jī)粘合劑分散在前述粒子本體全部表面上。
2.根據(jù)上述1的粉末冶金用輔助原料粉末，其中，前述粉末冶金用輔助原料粉末是合金化用粉末或改善切削性能用粉末。
3.根據(jù)上述1或2的粉末冶金用輔助原料粉末，其中，前述有機(jī)粘合劑是從熱塑性樹脂和蠟類中選擇的至少一種物質(zhì)。
4.一種制備粉末冶金用輔助原料粉末的方法，其特征在于把有機(jī)粘合劑溶解在溶劑中或分散在分散劑中而得的處理液和輔助原料粉末本體混合，然后對前述溶劑或分散劑進(jìn)行干燥，使前述有機(jī)粘合劑附著在前述輔助原料粉末粒子本體表面。
這里優(yōu)選使用水作為前述分散劑。
5.一種制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其特征在于把鐵基粉末和上述1～3任意一項(xiàng)的粉末冶金用輔助原料粉末混合，邊混合邊加熱至前述有機(jī)粘合劑中至少一種成分的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)以上，至少使前述有機(jī)粘合劑的一部分熔融然后冷卻，通過前述有機(jī)粘合劑把前述粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上。
6.根據(jù)上述5的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，通過有機(jī)粘合劑把粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面作成混合物，然后把該混合物加熱至低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度，邊加熱，邊在該混合物上涂敷把潤滑劑分散到分散劑中或使其溶解在溶劑中而得的處理液，使該處理液包覆該鐵基粉末的表面，接著，通過干燥處理使該分散劑或溶劑揮發(fā)，使該潤滑劑包覆該鐵基粉末。
這里，優(yōu)選在粉末表面噴霧處理液的方法作為處理液的涂敷方法。還優(yōu)選用前述潤滑劑粒子包覆前述鐵基粉末全部表面的方法。
7.根據(jù)上述6的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，前述潤滑劑是由平均粒徑為0.01～10μm粒子組成的。
8.根據(jù)上述5～7任意一項(xiàng)的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，通過有機(jī)粘合劑把粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面后，再添加游離潤滑劑，進(jìn)行混合。
9.根據(jù)上述8的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，前述游離潤滑劑含有一次粒子凝集造粒而成的二次粒子。
這里，優(yōu)選前述游離潤滑劑一次粒子的平均粒徑為0.01～80μm。同時(shí)，優(yōu)選前述游離潤滑劑含有的粒徑為10～200μm的二次粒子占全體游離潤滑劑的至少20體積％。而且在添加游離潤滑劑進(jìn)行混合的過程中，還進(jìn)一步優(yōu)選采用不破壞前述二次粒子的剪切力進(jìn)行混合。在上述9中，特別優(yōu)選滿足上述所有適宜條件。
10.根據(jù)上述8或9的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，添加前述游離潤滑劑，使其相對于總量為100重量份的主原料粉末和輔助原料粉末本體粒子的添加量范圍是0.01～2.0重量份。
11.一種粉末冶金用鐵基粉末混合物，其特征在于通過前述有機(jī)粘合劑把前述1～3任意一項(xiàng)的粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上而構(gòu)成。
12.根據(jù)上述11的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，用潤滑劑包覆結(jié)合有粉末冶金用輔助原料粉末的鐵基粉末的全部表面而成。
這里，優(yōu)選使用前述潤滑劑粒子包覆結(jié)合有前述輔助原料粉末的鐵基粉末的全部表面。
13.根據(jù)上述12的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，前述潤滑劑是由平均粒徑為0.01～10μm的粒子組成的。
14.根據(jù)上述11～13任意一項(xiàng)的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，還含有游離潤滑劑。
15.根據(jù)上述14的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，前述游離潤滑劑含有由一次粒子凝集造粒而成的二次粒子。
這里，優(yōu)選前述游離潤滑劑一次粒子的平均粒徑為0.01～80μm。同時(shí)，優(yōu)選前述游離潤滑劑所含粒徑為10～200μm的二次粒子至少占全體游離潤滑劑的20體積％。
16.根據(jù)上述14或15的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，添加前述游離潤滑劑，使其相對于總量為100重量份的主原料粉末和輔助原料粉末本體粒子的添加量范圍是0.01～2.0重量份。
特別優(yōu)選用粒徑為0.01～10μm的潤滑劑包覆結(jié)合有粉末冶金用輔助原料粉末的鐵基粉末全部表面，并且優(yōu)選使粉末冶金用鐵基粉末混合物中含有由粒徑為0.01～80μm一次粒子凝集造粒形成的粒徑為10～200μm二次粒子形成的游離潤滑劑，并使其含量至少達(dá)到20體積％。
17.一種粉末冶金用鐵基粉末混合物，其特征在于主原料鐵基粉末和前述1～3任意一項(xiàng)的粉末冶金用輔助原料粉末是通過附著在輔助原料粉末粒子本體上的有機(jī)粘合劑結(jié)合的，除前述結(jié)合部分以外，在前述鐵基粉末表面實(shí)質(zhì)上沒有附著前述有機(jī)粘合劑。


圖1是表示本發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末和本發(fā)明的粉末冶金用鐵基粉末混合物的模式圖。
圖2是表示現(xiàn)有技術(shù)粉末冶金用鐵基粉末混合物的模式圖。
圖3是表示本發(fā)明的另一種粉末冶金用鐵基粉末混合物的模式圖。
圖4是本發(fā)明的另一種粉末冶金用輔助原料粉末(石墨粉末)的SEM照片。
圖5是現(xiàn)有技術(shù)的粉末冶金用輔助原料粉末(石墨粉末)的SEM照片。
以下為符號說明1 輔助原料粉末粒子本體2 有機(jī)粘合劑3 鐵基粉末4 不必要的有機(jī)粘合劑5 有機(jī)粘合劑6 包覆潤滑劑7 粉末冶金用輔助原料粉末發(fā)明實(shí)施方式本發(fā)明者首先對粉末冶金用鐵基粉末混合物中的不同粒子、即粉末冶金用輔助原料粉末和鐵基粉末之間的理想結(jié)合狀態(tài)進(jìn)行了研究。
結(jié)果表明粘合劑只存在于互相結(jié)合的不同粒子之間，在其它互相貼緊的無關(guān)粒子表面不存在粘合劑的形態(tài)是理想的。但是有選擇性地使粘合劑只存在于相應(yīng)部位卻是非常困難的。
于是又對接近于該理想狀態(tài)的形態(tài)進(jìn)行了各種反復(fù)研究。
反復(fù)研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，預(yù)先用粘合劑包覆粒子個(gè)數(shù)相對較少的粉末冶金用輔助原料粉末(粒子本體)的例如全部表面，然后再與主原料鐵基粉末混合，可以得到適宜的結(jié)果。
也就是粉末冶金用輔助原料粉末的相對個(gè)數(shù)較少，所以形成了其周圍被主原料鐵基粉末粒子包圍的狀態(tài)(所謂包合狀態(tài))，達(dá)到以高概率與鐵基粉末接觸并結(jié)合。用這種方法，鐵基粉末和與之鄰接的粉末冶金用輔助原料粉末之間必然存在有粘合劑，并有助于相互之間的結(jié)合。而且在不同粒子之間可以形成一種理想的結(jié)合狀態(tài)，即在沒有不同粒子鄰接的鐵基粉末部分，絲毫不存在不必要粘合劑。
另一方面，如果用粘合劑包覆鐵基粉末粒子時(shí)，鐵基粒子之間接觸的可能性增加，粘合劑的效率沒有太大提高。
本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，用熱塑性樹脂或蠟類作為有機(jī)粘合劑，在與鐵基粉末混合并結(jié)合時(shí)，通過加熱到熱塑性樹脂(或蠟類)的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)以上的溫度，熱塑性樹脂(或蠟類)熔融，進(jìn)入到不同粒子之間，形成液態(tài)交聯(lián)，可以形成牢固的結(jié)合點(diǎn)。
本發(fā)明者證實(shí)，用這種方法，在把預(yù)先包覆有機(jī)粘合劑的粉末冶金用輔助原料粉末與鐵基粉末混合，加熱至有機(jī)粘合劑的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)以上，然后冷卻得到的粉末冶金用鐵基粉末混合物中，成分偏析大幅度降低。
圖1是表示本發(fā)明粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面的狀態(tài)模式圖。
本發(fā)明中，預(yù)先用有機(jī)粘合劑5包覆粉末冶金用輔助原料粉末本體1，整體形成粉末冶金用輔助原料粉末7。粉末冶金用輔助原料粉末7是通過該有機(jī)粘合劑5結(jié)合到鐵基粉末3表面上的。
在上述認(rèn)識的基礎(chǔ)上，本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行各種研究，完成了本發(fā)明。
以下進(jìn)一步具體說明本發(fā)明情況。
第一項(xiàng)發(fā)明是粉末冶金用輔助原料粉末，其特征在于在粒子本體表面附著有有機(jī)粘合劑。
這里，作為附著有機(jī)粘合劑的形態(tài)，優(yōu)選如圖1所示模式的包覆輔助原料粉末粒子本體全部表面的形態(tài)。但是，使有機(jī)粘合劑分散在輔助原料粒子本體全部表面的形態(tài)也是有效的。圖4、圖5是輔助原料粉末粒子即石墨粒子的SEM照片，圖5是現(xiàn)有技術(shù)的不附著有機(jī)粘合劑的情況。另一方面，圖4是按照本申請的發(fā)明，有機(jī)粘合劑粒子(大致形成球狀的小粒子)分散在石墨粒子的全部表面上。本發(fā)明者證實(shí)，即使在如圖4所示的有機(jī)粘合劑的附著形態(tài)中，也能達(dá)到防止偏析和維持高壓粉密度的本發(fā)明效果。
附著的有機(jī)粘合劑的量取決于主原料粉末和輔助原料粉末粒子本體的尺寸、形狀等條件，不能一概而論。但是可以認(rèn)為，當(dāng)粘合劑以分散形態(tài)充分而均勻分布時(shí)，有機(jī)粘合劑相對于該輔助原料粉末粒子本體的量按覆蓋率(面積)計(jì)在1％以上即可。
在第一項(xiàng)發(fā)明中，使用有機(jī)粘合劑作為粘合劑。因?yàn)闊o機(jī)粘合劑通常對燒結(jié)性能有不良影響。
優(yōu)選使用熱塑性樹脂作為有機(jī)粘合劑。同時(shí)使用熱塑性樹脂時(shí)，優(yōu)選使用軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)在100～160℃的樹脂。如果軟化溫度或熔點(diǎn)低于100℃，則在制備粉末冶金用鐵基粉末混合物時(shí)的加熱工序中，熔融的熱塑性樹脂的粘性低，容易從粉末冶金用輔助原料粉末表面流出。因此，與最佳狀態(tài)相比，作為粘合劑的功能降低。另外如果軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)超過160℃，則必需提高加熱工序的加熱溫度，所以鐵基粉末表面容易氧化。鐵基粉末氧化會(huì)降低燒結(jié)后燒結(jié)部件的機(jī)械性能，所以如果使用高軟化點(diǎn)或高熔點(diǎn)的粘合劑，就必需采取應(yīng)付氧化的措施。
這里，作為熱塑性樹脂優(yōu)選使用選自聚酯樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、丁縮醛樹脂、乙烯醋酸乙烯樹脂、萜酚樹脂、苯乙烯—丁二烯彈性體、苯乙烯丙烯酸共聚物、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸酯共聚樹脂的一種或兩種以上的樹脂。
另外，上述聚酯樹脂優(yōu)選為粉末，還優(yōu)選用親水性樹脂層包覆該聚酯樹脂粉末表面。同時(shí)特別優(yōu)選聚酯樹脂的分子結(jié)構(gòu)為線型飽和聚酯樹脂或改性醚型聚酯樹脂。
在第一項(xiàng)發(fā)明中，有機(jī)粘合劑也可以是蠟類物質(zhì)。作為這類蠟優(yōu)選使用選自石蠟、微晶蠟、費(fèi)-托合成蠟、聚乙烯蠟的至少一種蠟。并且，該蠟類的適宜熔點(diǎn)范圍與熱塑性樹脂相同。
同時(shí)使用上述熱塑性樹脂和蠟類作為有機(jī)粘合劑，是有益處的。
由于添加蠟類，樹脂在加熱熔融時(shí)的粘性增大，在粉末冶金用輔助原料粉末表面和鐵基粉末表面之間形成穩(wěn)定的液相交聯(lián)，結(jié)合力提高。
附著在輔助原料粉末上的有機(jī)粘合劑相對于總量為100重量份的粉末冶金用輔助原料粉末本體(即輔助原料粉末粒子本體的重量總和為100重量份)的量優(yōu)選在0.5～50重量份。之所以如此，是由于如果該量低于0.5重量份，則作為有機(jī)粘合劑的結(jié)合力降低；另一方面如果超過50重量份，則粉末粒子的附著力增大，會(huì)降低粉末冶金用輔助原料粉末和采用該輔助原料粉末的粉末冶金用鐵基粉末混合物的流動(dòng)性。特別優(yōu)選范圍是1～30重量份。
第一項(xiàng)發(fā)明中的粉末冶金用輔助原料粉末是用于粉末冶金的除粉末主成分鐵基粉末以外的原料，其代表性物質(zhì)有石墨粉、銅粉、Ni基粉末、Mo粉末等合金化用粉末和/或MnS粉末、BN粉末、CaF粉末、羥基磷灰石粉末等改善切削性能的粉末。順便說明，由于潤滑劑不是作為原料而使用的，所以即使是游離潤滑劑也不屬于輔助原料粉末。
合金化用粉末是為了調(diào)整粉末冶金制品的化學(xué)組成、通過調(diào)整化學(xué)組成來調(diào)整制品機(jī)械特性而添加的，通常為碳、金屬或合金的粉末。由于它們的偏析對制品的均勻性和尺寸精度有大的影響，所以對本發(fā)明的適用效果較大。
改善切削性能用的粉末是為了使其在切削時(shí)具有形成破斷起點(diǎn)的雜質(zhì)功能而添加的，所以一般是金屬無機(jī)化合物的粉末。其對偏析的不良影響通常小于合金用粉末。
作為石墨粉末，使用天然石墨、人造石墨、球晶石墨的任意一種粉末是有益的，其平均粒徑優(yōu)選為0.1～50μm。如果平均粒徑小于0.1μm，則在石墨粉之間互相凝集，難以附著有機(jī)粘合劑。另外由于凝集的石墨粉不容易破碎，所以增加工序的負(fù)擔(dān)。另一方面，如果其平均粒徑超過50μm，則對粉末冶金用鐵基粉末混合物成型，再進(jìn)一步燒結(jié)后的燒結(jié)部件內(nèi)部和表面產(chǎn)生針孔的可能性增大。由于有時(shí)針孔能引起燒結(jié)部件的強(qiáng)度降低和外觀不良，所以是不理想的。
作為銅粉，適宜采用細(xì)銅粉、電解銅粉、氧化物還原銅粉、或氧化亞銅粉等。
作為Ni基粉末、Mo基粉末，分別優(yōu)選使用細(xì)Ni粉末、羰基Ni粉末、氧化物還原Ni粉末和細(xì)Mo粉末、羰基Mo粉末、氧化物還原Mo粉末。
使用Ni-Fe、Mo-Fe等合金粉末時(shí)，也可以采用對鋼塊進(jìn)行機(jī)械粉碎，然后分級得到的粉末。
銅粉、Ni基粉末和Mo基粉末等合金化用粉末的平均粒徑優(yōu)選為0.1～50μm。如果平均粒徑小于0.1μm，則會(huì)出現(xiàn)與石墨粉同樣的應(yīng)注意問題。另一方面，如果超過50μm，則在對粉末冶金用鐵基粉末混合物成型后，進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，為了使Cu、Ni、Mo充分?jǐn)U散必需在高溫下長時(shí)間燒結(jié)。
由于MnS粉末、BN粉末、CaF粉末、羥基磷灰石粉末等改善切削性能的粉末有助于改進(jìn)燒結(jié)部件的機(jī)械特性，所以根據(jù)需要可以在粉末冶金用輔助原料粉末中添加此類粉末。這些粉末的平均粒徑優(yōu)選為0.1～50μm。
第二項(xiàng)發(fā)明是上述第一項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末的制備方法。以下說明第二項(xiàng)發(fā)明的情況。
第一項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末的優(yōu)選制備方法是首先把熱塑性樹脂粉末溶解在溶劑中，或者是象乳液一樣，把它分散在液體分散劑中，作成處理液。把該處理液和沒有任何覆蓋任何物質(zhì)的粉末冶金用輔助原料粉末(也就是輔助原料粉末粒子本體)混合后繼續(xù)對溶劑或分散劑干燥，再進(jìn)一步將其破碎即可得到第一項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末。在前述處理液中也可以預(yù)先添加混合蠟類。
也可以采用只含有蠟類的處理液，此時(shí)的處理液也形成分散體系或溶液。
此外，輔助原料粉末在單體狀態(tài)下，也就是在與其它主輔助原料粉末混合之前，用上述方法使其表面附著有機(jī)粘合劑。
作為分散體系，把適宜的乳液應(yīng)用于處理液中時(shí)，分散在乳液中的樹脂粉末平均粒徑(一次粒徑)為0.01～5μm，優(yōu)選該平均粒徑小于作為包覆(或分散，以下同。)對象的粉末冶金用輔助原料粉末本體的粒徑。如果平均粒徑小于0.01μm，則在后續(xù)溶劑干燥工序中費(fèi)時(shí)間，樹脂的包覆成本提高。另一方面，如果超過5μm，則很難均勻地包覆粉末冶金用輔助原料粉末的全部表面。
處理液的乳液分散劑優(yōu)選水、或醇，根據(jù)包覆對象的粉末冶金用輔助原料粉末本體情況，選擇適宜的分散劑。
例如，當(dāng)使用如石墨粉、BN粉等不溶于水、并且比較難以氧化的粉末時(shí)，在降低制備成本、進(jìn)行安全的包覆操作方面，優(yōu)選以水作為分散劑。
此外，根據(jù)需要，為了改善水與粉末的潤濕性，也可以添加少量表面活性劑。最好選擇對包覆對象輔助原料粉末本體有已知(或預(yù)知)優(yōu)異效果特性的物質(zhì)作為表面活性劑。同時(shí)還優(yōu)選不含K、Na等活潑金屬離子的非離子系表面活性劑。這是因?yàn)?，如果含有K、Na等，作為粉末冶金用鐵基粉末混合物使用時(shí)，K、Na等會(huì)殘存在燒結(jié)部件內(nèi)部，有導(dǎo)致生銹和降低強(qiáng)度的危險(xiǎn)性。
另外當(dāng)使用如銅粉、Ni基粉末、Mo基粉末等易氧化粉末和MnS粉末、CaF粉末、羥基磷灰石粉末等溶于水或與水分子親合性較高的粉末時(shí)，優(yōu)選以醇作為分散劑。
但是，當(dāng)使用合金化用粉末(銅粉、Ni基粉末、Mo基粉末等)時(shí)，毫無疑問，也適合采用添加有防銹劑的水作為分散劑的處理液。并且添加防銹劑，也并不局限用于以易氧化粉末為對象的處理液。
以醇作為分散劑使用時(shí)，最好使用有機(jī)基分子量大的醇，優(yōu)選使用異丙醇、丁醇等等。分子量小的醇類、如甲醇等，呈現(xiàn)類似水的特性，并且有可能含有水為雜質(zhì)，所以最好充分研究作為對象物的粉末本體特性之后再選擇適當(dāng)?shù)拇肌?br> 以溶液作為處理液時(shí)，也依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。
對上述易氧化粉末本體和與水分子親合力高的粉末本體，除了使用樹脂乳液包覆外，還可以優(yōu)選使用把樹脂溶解在有機(jī)溶劑中的溶液進(jìn)行包覆。作為溶劑，只要是能溶解樹脂的物質(zhì)，則沒有特別限定。但從防止環(huán)境污染的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選使用不含氯的物質(zhì)。
把沒有包覆任何物質(zhì)的輔助原料粉末粒子本體和熱塑性樹脂粉末分散而得的乳液或溶解而得的溶液混合時(shí)，混合裝置可以使用樹脂混煉機(jī)(雙螺桿旋轉(zhuǎn)式混合機(jī))、漢歇爾(Henschel)混合機(jī)、V型混合機(jī)、立式球磨機(jī)等設(shè)備。樹脂乳液或溶液的粘性越低混合越好，所以，乳液中固體組分的濃度優(yōu)選為1～60質(zhì)量％。如果固體組分的濃度低于1質(zhì)量％，則由于溶劑的比率高，在后續(xù)干燥工序中費(fèi)時(shí)間，增加制備成本，是不理想的。另一方面，如果超過60質(zhì)量％，則樹脂乳液或溶液的粘性增高，會(huì)加大混合設(shè)備的負(fù)荷。
隨后，對粉末冶金用輔助原料粉末和樹脂乳液或溶液的混合物進(jìn)行干燥，除去溶劑或分散劑。除去溶劑或分散劑，可以采用旋轉(zhuǎn)窯爐、網(wǎng)狀傳送帶爐和馬弗爐等設(shè)備進(jìn)行。也可以進(jìn)行減壓干燥。干燥溫度優(yōu)選低于添加樹脂的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)的溫度。如果在高于樹脂軟化點(diǎn)或高于樹脂熔點(diǎn)的溫度條件下干燥，則樹脂軟化或熔融，引起粉末之間凝集，會(huì)增加后續(xù)破碎工序的負(fù)荷。
用機(jī)械對經(jīng)干燥的包覆有樹脂粉末冶金用輔助原料粉末進(jìn)行破碎。破碎操作，既可以采用錘磨機(jī)、顎式壓碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)等粉碎機(jī)，也可以采用漢歇爾混合機(jī)通過攪拌槳的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行破碎。破碎后的粉末通過篩選分級或空氣分級調(diào)整到所需要的粒子尺寸。
在第三項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用鐵基粉末混合物的制備中，優(yōu)選采用下述方法。
把第一項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末和鐵基粉末混合(所謂1次混合)，邊混合邊加熱到有機(jī)粘合劑中至少一種成分的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)以上的溫度，使有機(jī)粘合劑部分或全部熔融(包括共熔)，然后冷卻。通過該工藝使輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末上。
在此冷卻工序后，可以根據(jù)需要添加潤滑劑后再進(jìn)行混合(所謂2次混合)。也可以在1次混合時(shí)混合潤滑劑。作為潤滑劑可以選用同時(shí)具有粘合劑功能的物質(zhì)，但是本發(fā)明效果基本上是通過預(yù)先在輔助原料粉末上附著粘合劑的方法體現(xiàn)的。
關(guān)于構(gòu)成粉末冶金用鐵基粉末混合物的全部輔助原料粉末，沒有必要都使用本發(fā)明(第一項(xiàng)發(fā)明、即附著有機(jī)粘合劑)的輔助原料粉末。在上述工序中，如果還混合不適用第一項(xiàng)發(fā)明的其它輔助原料粉末時(shí)，也能提高該不適用本發(fā)明的輔助原料粉末對主原料粉末的附著度。當(dāng)然，從提高附著度的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選所有的輔助原料粉末都使用本發(fā)明。
如果1次混合時(shí)的加熱溫度低于有機(jī)粘合劑中至少一種成分的軟化點(diǎn)或熔點(diǎn)，則加熱混合時(shí)，粒子表面的粘合劑不能軟化或熔融，得不到足夠的結(jié)合力。
在1次混合中添加潤滑劑時(shí)，1次混合時(shí)的加熱溫度優(yōu)選高于所添加潤滑劑中至少一種的熔點(diǎn)。在有機(jī)粘合劑軟化或熔融的基礎(chǔ)上，再加上潤滑劑熔融，能增加鐵基粉末粒子和粉末冶金用輔助原料粉末粒子之間形成的液相交聯(lián)體積，使相互之間更容易結(jié)合。
不過，在上述2次混合中，添加潤滑劑時(shí)，優(yōu)選按照如下要領(lǐng)進(jìn)行。
也就是按照上述操作，通過有機(jī)粘合劑在鐵基粉末表面結(jié)合粉末冶金用輔助原料粉末作成混合粉末后，(1)把潤滑劑(優(yōu)選平均粒徑為0.01～10μm的潤滑劑粒子)分散在分散劑中，或使其溶解在溶劑中作成處理液，把上述混合粉末加熱至低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度，邊加熱邊用噴霧等方法把前述處理液涂敷在前述混合粉末上，用處理液包覆鐵基粉末表面。接著經(jīng)干燥處理使溶劑揮發(fā)，用潤滑劑包覆鐵基粉末的全部表面(包覆法)。這里“分散”的意義廣泛，也包括乳化。另外，“低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度”是指低于所有有機(jī)粘合劑成分熔點(diǎn)的溫度。
(2)上述混合粉末冷卻后，添加混合固體游離潤滑劑的方法。還優(yōu)選以游離潤滑劑作成二次粒子的方法(造粒型潤滑劑混合法)。優(yōu)選一次粒子的平均粒徑為0.01～80μm，同時(shí)優(yōu)選使用由一次粒子凝集造粒的、粒徑為10～200μm二次粒子含量在游離潤滑劑總量20體積％以上的游離潤滑劑。游離潤滑劑相對于總量為100重量份的主原料粉末(鐵基粉末)和輔助原料粉末粒子本體的添加量優(yōu)選范圍是0.01～2.0重量份。同時(shí)，添加游離潤滑劑進(jìn)行混合的過程中，優(yōu)選用不破壞二次粒子的剪切力進(jìn)行混合。
(3)把潤滑劑(優(yōu)選平均粒徑為0.01～10μm的潤滑劑粒子)分散在分散劑中，或者溶解在溶劑中作成處理液，把上述混合粉末加熱至低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度，邊加熱邊用噴霧等方法把該處理液涂敷到上述混合粉末上，用處理液覆蓋鐵基粉末表面。接著進(jìn)行干燥處理，使溶劑揮發(fā)，用潤滑劑粒子包覆鐵基粉末全部表面后，對混合粉末進(jìn)行冷卻，再添加混合游離潤滑劑(優(yōu)選含有二次粒子的潤滑劑)的混合方法(包覆法+造粒型潤滑劑混合法)。游離潤滑劑和混合方法的適宜條件與(2)相同。
這里，上述包覆方法中，之所以優(yōu)選所用潤滑劑粒子的平均粒徑為0.01～10μm，是由于如果平均粒徑小于0.01μm，則包覆到鐵基粉末表面后，溶劑分子被帶到潤滑劑粒子之間，將增大干燥工序的負(fù)荷；另一方面如果超過10μm，則難以分散或溶解在分散劑或溶劑之中，不容易進(jìn)行對鐵基粉末表面的包覆處理。對潤滑劑粒子的形狀沒有特別限制，通過潤滑劑可形成球形或薄片形。粒徑選用后述實(shí)施例1中所述的用激光衍射-散射法測定的值。
使用過去的輔助原料粉末時(shí)，為了達(dá)到防止鐵基粉末和輔助原料粉末氧化的目的，通常用有機(jī)溶劑作為潤滑劑的分散劑或溶劑。因此必須進(jìn)行揮發(fā)、可燃性溶劑的無害處理工序。但是，在本發(fā)明中，由于是在低于輔助原料粉末表面有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度下，邊加熱，邊涂敷分散或溶解有潤滑劑的處理液，為了使分散劑或溶劑逐漸揮發(fā)，即使采用水作分散劑或溶劑，也是毫無問題的。因此能以低成本進(jìn)行潤滑劑的包覆處理。向輔助原料粉末本體上附著有機(jī)粘合劑時(shí)，用水作溶劑或分散劑，更容易體現(xiàn)這種降低成本的效果。
根據(jù)需要，對于溶劑或分散劑，特別是對于水，還可以添加表面活性劑和防銹劑等。
以有機(jī)溶劑作為溶劑或分散劑使用時(shí)，優(yōu)選使用醇類。
另一方面，在上述造粒型潤滑劑混合法中，所用游離潤滑劑的平均一次粒徑優(yōu)選范圍是0.01～80μm，二次粒徑優(yōu)選范圍是10～200μm。其理由如下。
也就是，如果一次粒徑小于0.01μm，則粒子之間的結(jié)合力強(qiáng)，它們凝集形成的二次粒子在鐵基粉末混合粉成型時(shí)，很難分解而充分分散在模具表面，故潤滑效果降低。另一方面，如果超過80μm，則成型后殘存在成型體中的一次粒子會(huì)增加燒結(jié)后產(chǎn)生粗大空孔的危險(xiǎn)。
同時(shí)，如果二次粒徑小于10μm，則與鐵基粉末粒徑相比，小得太多，它們進(jìn)入到鐵基粉末粒子之間空隙后凝集難以分解，一次粒子不容易分散到鐵基粉末混合物中，所以潤滑效果降低。另一方面，如果超過200μm，則一次粒子凝集分解后，仍殘存有部分凝集狀態(tài)的二次粒子結(jié)構(gòu)，也會(huì)增加成型體燒結(jié)后產(chǎn)生粗大空孔的危險(xiǎn)。
一次粒子的平均粒徑，可以在已知的粉碎方法中，用管理粉碎條件的方法獲得，同時(shí)二次粒子的粒徑分布，也可以在已知的造粒方法中，用管理造粒條件的方法獲得。例如，把作為粘合劑的聚合物類溶解到溶劑中，與一次粒子混合，作為漿狀物后，在加熱氣流中進(jìn)行噴霧的造粒方法中，通過控制粘合劑的濃度和噴霧量、霧滴大小、噴霧時(shí)的氣體溫度·流量等條件，可以得到所需要的粒徑分布。
上述游離潤滑劑相對于鐵基粉末混合物的添加量優(yōu)選范圍是0.01～2.0重量份。
這是因?yàn)?，如果相對于總量?00重量份的鐵基粉末和輔助原料粉末粒子本體的游離潤滑劑的比率低于0.01重量份，則由游離潤滑劑產(chǎn)生的潤滑效果不明顯。另一方面，如果超過2.0重量份，則潤滑劑在鐵基粉末混合物中所占的體積份額增加。因此，會(huì)降低本發(fā)明抑制由添加過剩潤滑劑而產(chǎn)生問題的效果，也就是抑制由成型體密度降低和燒結(jié)時(shí)尺寸收縮率增大而產(chǎn)生燒結(jié)體變形等問題的效果。
作為在1次混合和2次混合中所添加的潤滑劑，優(yōu)選選自硬脂酸鋅、硬脂酸鉀、硬脂酸鋰、羥基硬脂酸鋰等金屬皂及其衍生物，或者是油酸、軟脂酸等脂肪酸，或者是硬脂酸酰胺、硬脂酸雙酰胺、乙二胺和癸二酸的共聚生成物等乙二胺和脂肪酸共聚生成物、或者是聚烯烴等熱塑性樹脂粉末的一種或兩種以上的物質(zhì)。1次混合、2次混合時(shí)的潤滑劑，可以是相同的，也可以是不同的。
圖3示出用上述(1)的包覆方法，用潤滑劑包覆表面結(jié)合有粉末冶金用輔助原料粉末的鐵基粉末粒子全部表面的狀態(tài)模式圖。
如該圖所示，通過該包覆方法，可以用潤滑劑(包覆潤滑劑)6均勻地包覆結(jié)合有粉末冶金用輔助原料粉末7的鐵基粉末粒子3的全部表面，所以不僅可以改善鐵基粉末混合物的流動(dòng)性，而且還可以改善從模具中取出時(shí)的脫模性能。同時(shí)潤滑劑的分布效率最好，因此與過去技術(shù)相比，能有利降低潤滑劑的添加量，也可以達(dá)到提高壓粉體密度的目的。即作為潤滑劑和粘合劑的用量，與過去的干式混合法(利用部分潤滑劑作為粘合劑)相比，只需在50％以下；與過去的濕式混合法(利用部分潤滑劑作粘合劑)相比，只需在70％左右。
此外，如果按照上述(2)的造粒型潤滑劑混合法，不僅粒徑較小的二次粒子能有效進(jìn)入鐵基粉末之間的空隙，而且在把該鐵基粉末混合物裝入到壓粉成型模具中時(shí)，粒徑較大的二次粒子也能有效進(jìn)入到模具壁面和與之相接觸的鐵基粉末的空隙之中，這樣潤滑效果明顯提高，可以同時(shí)達(dá)到降低脫模力和提高壓粉體密度的目的。而且與過去的混合粉制備方法相比，所需潤滑劑的量較少。
為了使兩方面特性保持平衡，可以采用方法(3)。
同時(shí)，利用上述造粒方法時(shí)，采用不破壞游離潤滑劑二次粒子的低剪切力進(jìn)行混合是非常重要的。
使用粉體混合機(jī)作為混合手段時(shí)，為了充分發(fā)揮造粒方法的效果，優(yōu)選粒徑為10～200μm的二次離子相對于所有游離潤滑劑的殘存量至少在20體積％。為了達(dá)到此目的，作為適宜的粉體混合機(jī)，優(yōu)選混合操作對粉體施加外力較小的裝置。關(guān)于混合機(jī)因混合操作對粉體施加外力的情況，例如根據(jù)日本粉體工業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)編《粉體混合技術(shù)》(日刊工業(yè)報(bào)社，2001)第33頁～第35頁，按外力由小到大的順序分為(1)擴(kuò)散混合(diffusivemixing)、(2)對流混合(convectivemixing)、(3)剪切混合(shearing mixing)三類。根據(jù)該分類，優(yōu)選使用外力程度以上述(1)、(2)為主體的混合方式作為優(yōu)選的混合機(jī)有，容器旋轉(zhuǎn)式混合機(jī)、機(jī)械攪拌式混合機(jī)、流動(dòng)攪拌式混合機(jī)和無攪拌式混合機(jī)。高速剪切式混合機(jī)和沖擊式混合機(jī)是不適用的。
這里，作為容器旋轉(zhuǎn)式混合機(jī)，優(yōu)選V型混合機(jī)、雙圓錐型混合機(jī)和圓筒旋轉(zhuǎn)型混合機(jī)；作為機(jī)械攪拌式混合機(jī)，優(yōu)選單軸帶型混合機(jī)、旋轉(zhuǎn)鏟型混合機(jī)(雷氏混合機(jī)(Redig mixer)等)、行星式錐型螺旋混合機(jī)(Nauta mixer等)、底部高速旋轉(zhuǎn)式混合機(jī)(漢歇爾混合機(jī)等)和傾斜旋轉(zhuǎn)盤型混合機(jī)(Eirich mixer等)。
使用機(jī)械攪拌式混合機(jī)時(shí)，關(guān)于攪拌槳，其表面積大時(shí)產(chǎn)生的剪切力增大，是不理想的。鑒于同樣的理由，攪拌槳的轉(zhuǎn)速最好低于一般轉(zhuǎn)速。即按攪拌槳端部速計(jì)算，優(yōu)選低于60m/分鐘。
第四項(xiàng)發(fā)明是通過有機(jī)粘合劑把第一項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面而成的粉末冶金用鐵基粉末混合物。
這種粉末冶金用鐵基粉末混合物的前述鐵基粉末表面，除了與輔助原料粉末結(jié)合的部分以外，實(shí)質(zhì)上沒有附著有機(jī)粘合劑。這里的“實(shí)質(zhì)上沒有附著”是指換算成包覆率至少在0.5％以下。
這里，作為鐵基粉末可以選擇純鐵粉和在Fe中添加Cr、Mn、Ni、Mo、V等形成的完全合金化鋼粉和把Ti、Ni、Mo、Cu等粉末擴(kuò)散結(jié)合到純鐵粉或完全合金化鋼粉中形成的部分合金化鋼粉等的任意一種。
只要能滿足鐵基粉末的前提條件(Fe在50質(zhì)量％以上)，對其它合金元素的含量沒有特別限定。鐵基粉末中的雜質(zhì)總量在3質(zhì)量％以下即可。具有代表性的雜質(zhì)含量如下，C低于0.05質(zhì)量％；Si低于0.10質(zhì)量％；Mn(不是作為合金元素添加時(shí))低于0.50質(zhì)量％；P低于0.03質(zhì)量％；S低于0.03質(zhì)量％；O低于0.30質(zhì)量％；N低于0.1質(zhì)量％。
并且從粉末冶金角度考慮，鐵基粉末的粒徑優(yōu)選大約為1～200μm。
實(shí)施樹脂包覆的粉末冶金用輔助原料粉末，基本上可以根據(jù)需要，按照粉末冶金中一般常識所需的用量范圍混合到鐵基粉末中。即石墨粉、BN粉末、MnS粉末等比重小于Fe的粉末在鐵基粉末中的混合量在0.1～20質(zhì)量％、優(yōu)選低于10質(zhì)量％，同時(shí)，銅粉、Ni基粉末、Mo基粉末等比重與Fe相同或大于Fe的粉末(主要是金屬粉末)在鐵基粉末中的混合量在0.1～50質(zhì)量％、優(yōu)選低于30質(zhì)量％，這樣就有可能進(jìn)行防偏析處理。粉末冶金用輔助原料粉末的混合量(質(zhì)量％)均是相對于鐵基粉末(主原料粉末)和輔助原料粉末粒子本體總量的比率。
如果粉末冶金用輔助原料粉末的混合量低于0.1質(zhì)量％，則實(shí)質(zhì)上沒有添加粉末冶金用輔助原料粉末的粉末冶金意義。另一方面，如果超過上述上限值(即20質(zhì)量％、50質(zhì)量％)，輔助原料粉末的體積比比鐵基粉末還要大，那么本申請中提出的混合時(shí)在輔助原料粉末周圍確實(shí)存在鐵基粉末的前提條件就不一定能成立。結(jié)果導(dǎo)致部分輔助原料粉末不能結(jié)合到鐵基粉末的表面，或者是包覆有有機(jī)粘合劑的剩余輔助原料粉末之間結(jié)合凝集，容易產(chǎn)生成分偏析。為了盡可能降低此種現(xiàn)象，粉末冶金用輔助原料粉末的混合量最好低于上述優(yōu)選上限值(即10質(zhì)量％、30質(zhì)量％)從防止偏析的角度考慮，優(yōu)選使混合的輔助原料全部結(jié)合到鐵基粉末上。
在第三發(fā)明中，根據(jù)需要，可以添加潤滑劑。在前述1次混合時(shí)添加的潤滑劑主要是為了增強(qiáng)粉末冶金用輔助原料粉末對鐵基粉末的結(jié)合而添加的，所以如果包覆粉末冶金用輔助原料粉末表面的有機(jī)粘合劑具有足夠的結(jié)合力時(shí)，可以不添加或者少添加此潤滑劑。
2次混合時(shí)添加的潤滑劑，在提高混合物的流動(dòng)性的同時(shí)還具有降低從模具中取出成型體時(shí)脫模力的效果，所以優(yōu)選添加必要量的潤滑劑。
總之，本發(fā)明的混合粉末可以防止粉末冶金用鐵基粉末混合物中粉末冶金用輔助原料粉末的偏析，降低燒結(jié)部件的尺寸誤差和強(qiáng)度誤差。不僅如此，潤滑劑的用量還可以降低到過去技術(shù)中為充分結(jié)合粉末冶金用輔助原料粉末所添加潤滑劑(兼作粘合劑)量的70％左右，所以，可以實(shí)現(xiàn)成型時(shí)的高密度，在同時(shí)要求高密度和高強(qiáng)度的部件中推廣應(yīng)用。
對粉末冶金用鐵基粉末混合物的組成沒有特別限定，取決于上述各原料的組成和添加量。
第三項(xiàng)發(fā)明的粉末冶金用鐵基粉末混合物，除了可以使用現(xiàn)有技術(shù)的常溫或溫?zé)岢尚?warm compaction)之外，還可以用在常溫和溫?zé)嵯碌哪＞邼櫥尚?、冷鍛等高密度成型方法成型。用過去的常溫成型、溫?zé)岢尚突蚰＞邼櫥尚偷确椒ǔ尚偷某尚腕w，經(jīng)燒結(jié)，根據(jù)需要，還可經(jīng)滲碳淬火、高頻淬火、光亮淬火等熱處理形成燒結(jié)部件。
此外，根據(jù)鋼的種類不同，燒結(jié)后，有的也可以采用驟冷燒結(jié)硬化處理。此外，燒結(jié)體還可以經(jīng)再度加熱后進(jìn)行熱鍛造使用；也可以在冷鍛造中，把常溫高壓成型的成型體進(jìn)行臨時(shí)燒結(jié)后，在常溫下鍛造，然后再進(jìn)行正式燒結(jié)。[實(shí)施例]
如果分散劑是水，當(dāng)用于石墨粉時(shí)，添加表面活性劑；當(dāng)用于銅粉、Ni基粉末、Mo基粉末時(shí)，添加防銹劑。
把所得到的干燥結(jié)塊用漢歇爾混合機(jī)破碎后，用網(wǎng)眼為75μm的篩進(jìn)行分級。用所謂微型跟蹤裝置(正式名稱激光衍射·散射粒度分布測定裝置)測定過篩后的粉體平均粒徑，求出50％粒徑(透過50％的累計(jì)粒度)d50。測定方法見粒度測定(Particle Sizemeasurement)(Terence Allen著、Chapman And Hall社London)中的說明。
同時(shí)，在大氣中以10℃/分鐘的速度對過篩后的粉末加熱升溫，用邊加熱邊測定揮發(fā)量的方法(所謂TG-DTA；差示熱天平測定)測定揮發(fā)成分的質(zhì)量。
把所得結(jié)果一并列入表2～表5。
表2～表5中，為了進(jìn)行比較，同時(shí)也列出了對沒有包覆有機(jī)樹脂的各種粉末冶金用輔助原料粉末的d50進(jìn)行研究的結(jié)果。



*固體組分量相對于附著結(jié)合劑處理后的輔助原料粉末的值

*固體組分量相對于附著結(jié)合劑處理后的輔助原料粉末的值

*固體組分量相對于附著結(jié)合劑處理后的輔助原料粉末的值[表5]

*固體組分量相對于附著結(jié)合劑處理后的輔助原料粉末的值分別對表2中所示的發(fā)明例S1～S5、S2b和比較例的S1～S5，表3中所示的發(fā)明例S6～S9和比較例S6～S9，表4中所示的發(fā)明例S10～S13和比較例S10～S13，表5所示的發(fā)明例S14～S16和和比較例S14～S16進(jìn)行比較，結(jié)果表明，所有粉末冶金用輔助原料粉末都與包覆有機(jī)樹脂前的平均粒度屬于同一等級。同時(shí)，包覆有機(jī)樹脂后的粉末冶金用輔助原料粉末中的揮發(fā)成分量與作為原料添加的樹脂固體組分的質(zhì)量比相等。由此可以確認(rèn)，各種粉末冶金用輔助原料粉末沒有凝集，均附著有規(guī)定量的有機(jī)樹脂。
KIP(TM)西格瑪合金415S中的Ni、Cu、Mo均是通過把各合金粉末擴(kuò)散結(jié)合到鐵粉上的部分合金化處理方式添加的。KIP(TM)西格瑪合金2010中的Ni和Mo也是用同樣方法添加的。此外除上述成分以外的雜質(zhì)如下，C低于0.05質(zhì)量％；Si低于0.10質(zhì)量％；Mn低于0.50質(zhì)量％；P低于0.03質(zhì)量％；S低于0.03質(zhì)量％；O低于0.3質(zhì)量％；N低于0.10質(zhì)量％。
用感應(yīng)加熱燃燒、用紅外線吸收法分析所得粉末冶金用鐵基粉末混合物中的碳量。再用網(wǎng)眼為75μm和150μm篩進(jìn)行分級，用燃燒--紅外線吸收法分析75～150μm(透過150μm、沒有透過75μm篩的粉末)的粉末冶金用鐵基混合粉末中的碳量。利用這些碳量的測定值，通過下列計(jì)算式(1)計(jì)算出石墨的附著度。該石墨附著度是表示石墨粉偏析的指標(biāo)，該值越大石墨粉越容易附著在鐵基粉末上，說明其偏析不大。
石墨附著度(％)＝100×(C75-150/C總量)----(1)C75-15075～150μm粉末冶金用鐵基粉末混合物中的碳量(質(zhì)量％)C總量未分級的粉末冶金用鐵基粉末混合物中的碳量(質(zhì)量％)把所得結(jié)果一并記入表6。


*混合量相對于鐵基粉末和輔助原料粉末本體總量的輔助原料粉末本體的量如該表所示，使用預(yù)先附著有機(jī)粘合劑的石墨粉，加熱至有機(jī)粘合劑的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)以上溫度混合的粉末冶金用鐵基粉末混合物(發(fā)明例M1～M6)中，無論哪一種的石墨附著度均明顯高于石墨粉上沒有附著有機(jī)粘合劑的粉末冶金用鐵基粉末混合物(比較例M1～M6)。特別是在比較例中，雖然篩號更小，但是沒有通過篩網(wǎng)的石墨粉在表觀上提高了石墨附著度。
由此可見，使有機(jī)粘合劑熱塑性樹脂等附著在石墨粉上再經(jīng)加熱混合，使其暫時(shí)熔融，石墨粉能有效地結(jié)合在鐵基粉末上，可以防止偏析。
把鐵基粉末、輔助原料粉末石墨粉、以及所需輔助原料粉末銅粉、Ni粉末、Mo-Fe粉末中的至少一種與表7所示配比的1次混合潤滑劑一起混合。接著在容量2立升、攪拌槳直徑20cm、并且沒有切碎裝置的漢歇爾混合機(jī)中，于130～160℃加熱、邊加熱邊混合，然后冷卻，當(dāng)冷卻至60℃(即尚未達(dá)到2次混合潤滑劑的熔點(diǎn))時(shí)，添加表7所示的2次混合潤滑劑，混合，制備各種粉末冶金用鐵基混合粉末?；旌?次混合潤滑劑時(shí)的加熱溫度高于附著在石墨粉和銅粉、Ni粉末和Mo-Fe粉末上的熱塑性樹脂等的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)以及所有1次混合潤滑劑的熔點(diǎn)以上，此溫度足以使這些材料熔融。


*1)種類a油酸(熔點(diǎn)16℃)、b硬脂酸鋅(熔點(diǎn)127℃)、c硬脂酸單酰胺(熔點(diǎn)99-105℃)d硬脂酸鈣(熔點(diǎn)150～155℃)、e硬脂酸鋰(熔點(diǎn)213℃)*2)最低熔點(diǎn)熔點(diǎn)最低或軟化點(diǎn)最低的有機(jī)粘合劑的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)*3)混合量相對于鐵基粉末和輔助原料粉末本體總量的輔助原料粉末(本體)的量*4)添加量相對于總量為100重量份的鐵基粉末和輔助原料粉末本體的值用與實(shí)施例2相同的方法，計(jì)算出所得粉末冶金用鐵基粉末中的石墨附著度。
用下述方法求出Cu附著度、Ni附著度、Mo附著度。
用原子吸收分析法測定所得粉末冶金用鐵基粉末混合物中的Cu量、Ni量、Mo量。再用網(wǎng)眼為75μm和150μm篩進(jìn)行分級，用原子吸收分析法測定75～150μm粉末冶金用鐵基粉末混合物中的Cu量、Ni量、Mo量。使用這些Cu量、Ni量、Mo量的測定值，通過下述計(jì)算式(2)計(jì)算出Cu附著度、Ni附著度、Mo附著度。
M附著度(％)＝100×(M75-150/M總量)----(2)MCu，Ni或MoM75-15075～150μm粉末冶金用鐵基粉末混合物中的M量(質(zhì)量％)M總量未分級的粉末冶金用鐵基粉末混合物中的M量(質(zhì)量％)再于內(nèi)徑為11mm的壓片型模具中用686MPa的壓力對粉末冶金用鐵基混合粉末成型，測定成型體的壓粉密度。
把所得結(jié)果示于表8。


*鐵基粉末中的合金化或部分合金化如該表所示，使用預(yù)先附著有機(jī)粘合劑的石墨粉、Cu粉、Ni粉、Mo-Fe粉的粉末冶金用鐵基粉末混合物(發(fā)明例M7～M18，M18b)，與沒有附著有機(jī)粘合劑(比較例M7～M18)時(shí)相比，輔助原料粉末的附著度(石墨附著度、Cu附著度、Ni附著度、Mo附著度)均較大。因此可以判明，與比較例相比，所有發(fā)明例的輔助原料粉末都更牢固地結(jié)合在鐵基粉末上，偏析得以抑制。
即使不使用具有促進(jìn)鐵基粉末和輔助原料粉末結(jié)合作用的1次混合潤滑劑時(shí)(發(fā)明例M9～M12、M14、M16～M18、M18b)，輔助原料粉末的附著度也較大，可以判明，輔助原料粉末牢固地結(jié)合在鐵基粉末上，偏析得以抑制。
如果觀察分析發(fā)明例M13和比較例M13、M13b、以及發(fā)明例M14和比較例M14，可以發(fā)現(xiàn)，若除去通過加熱熔融而具有粘合劑功能的1次混合潤滑劑(發(fā)明例M14、比較例M14)，與添加1次添加劑時(shí)(發(fā)明例M13、比較例M13)相比，雖然壓粉密度同樣都有提高，但是在比較例中，石墨的附著度降低，作為粉末冶金用鐵基粉末，是不理想的。由此可知，使用預(yù)先附著有機(jī)粘合劑的石墨粉的粉末冶金用鐵基粉末混合物兼?zhèn)溆懈呤街群透邏悍勖芏鹊碾p重特性。另外，還可以判明，如果不預(yù)先附著有機(jī)粘合劑，而僅僅通過1次混合潤滑劑獲得接近本發(fā)明(不添加1次混合潤滑劑的發(fā)明例M14)的石墨附著度，則正如由比較例M13b表明的，潤滑劑和粘合劑的總量必需是本發(fā)明的一倍以上，因此壓粉密度明顯降低。
從對發(fā)明例M15、M16、比較例M15、M16和M15b的比較中，也可以得到同樣結(jié)果。
比較發(fā)明例M10和發(fā)明例M16，粉末冶金用鐵基粉末混合物中的Cu量、Ni量、Mo量相同時(shí)，加熱混合預(yù)先包覆有機(jī)粘合劑的Cu粉、Ni粉、Mo粉的發(fā)明例M10的Cu附著度、Ni附著度、Mo附著度與通過熱擴(kuò)散使Cu、Ni、Mo結(jié)合到鐵基粉末表面的部分合金化鋼粉(發(fā)明例M16)相同，可以判定加熱混合預(yù)先包覆有機(jī)粘合劑的Cu粉、Ni粉、Mo粉的鐵基粉末混合物有可能代替部分合金化鋼粉使用。
對發(fā)明例M18、或發(fā)明例M18b和比較例M18進(jìn)行比較，盡管發(fā)明例的輔助原料粉末中，只有石墨粉預(yù)先附著有機(jī)粘合劑，而對銅粉沒有進(jìn)行同樣處理(預(yù)包覆粘合劑)，但是在發(fā)明例中，不僅石墨的附著度得到改善，銅粉的附著度也得到改善。這一事實(shí)說明，鐵基粉末混合物中含有多種輔助原料時(shí)，如果至少在一種輔助原料粉末表面預(yù)先包覆粘合劑，未經(jīng)這樣處理的輔助原料粉末也一起被結(jié)合，同樣也能提高其它輔助原料粉末的結(jié)合度。實(shí)施例4進(jìn)行與實(shí)施例3同樣的操作(但是不使用表7中所示的1次混合潤滑劑和2次混合潤滑劑)，制備粉末冶金用鐵基混合粉。
接著以各種比例添加表9所示的各種范圍添加游離潤滑劑，然后，用表10所示的各種粉體混合裝置混合，制備各種粉末冶金用鐵基混合粉末。
對這樣得到的粉末冶金用鐵基混合粉末的流動(dòng)性、脫模性、和壓粉體密度進(jìn)行研究，把研究結(jié)果一并列入表10。
按照如下方法評定各種特性。(1)混合后的2次粒子比率潤滑劑是通過掃描電子顯微鏡(SEM)反射電子像中作為對應(yīng)于輕元素成分的低對比粒子觀察的。因此，僅僅以該低對比粒子為對象進(jìn)行圖像解析，即可求出存在于潤滑劑中的粒徑為10～200μm的2次粒子結(jié)構(gòu)粒子的體積比(體積％)。(2)流動(dòng)性把50g鐵基粉末混合物填充到孔徑為2.63mm的容器中，測定填充后至排出的時(shí)間，求出流動(dòng)度(秒/50g)、用該流動(dòng)度評定流動(dòng)性。(3)脫模性和壓粉體密度把鐵基粉末混合物填充到模具中，用7噸/平方厘米2(686MPa)的壓力壓制，制成φ11.3mm×高11mm的平板(成型體)，然后從模具中取出成型體，用與模具接觸的平板的側(cè)面積除取出成型體時(shí)的脫模力，評定脫模力。
把所得成型體的密度作為壓粉體密度。



*1)添加量相對于總量為100重量份的鐵基粉末和輔助原料粉末(本體)的值*2)次粒子的比率粒徑為10～200μm的2次粒子相對于所有游離潤滑材料的比率*3)100rpm攪拌槳端部速≤60m/分鐘*4)100rpm攪拌槳端部速＞60m/分鐘表10明確示出，本發(fā)明例M7c～M18c、M18d和M13e～M17e均呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性、脫模性、壓粉性。但是，游離潤滑劑1次粒子的平均直徑超80μm時(shí)，鐵基混合粉末成型時(shí)的脫模力有若干增加(發(fā)明例M13c和發(fā)明例M13e的比較)。另外，游離潤滑劑的2次粒子小于10μm時(shí)，鐵基混合粉末成型時(shí)的脫模力有若干增加，而且成型體密度也有所降低(發(fā)明例M18c和發(fā)明例M18e的比較)。另一方面，當(dāng)游離潤滑劑2次粒子超過200μm時(shí)，鐵基混合粉末的成型不存在問題，但是在成型體表面能看到潤滑劑凝集的微量白點(diǎn)(發(fā)明例M15c和發(fā)明例M15e比較)。
混合游離潤滑劑時(shí)，如果用高剪切條件(相當(dāng)于用漢歇爾混合機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速在1000rpm以上)混合，與在低剪切條件下混合相比，混合后游離潤滑劑中規(guī)定粒子范圍的2次粒子體積比降低，不足20體積％，粉體的流動(dòng)性有若干降低。而且，在粉末成型時(shí)脫模力也有若干增大的同時(shí)，成型體的密度也有若干降低(發(fā)明例M17c和發(fā)明例M17e比較)。
也就是說，可以判明，即使在本發(fā)明中，特別是由1次粒徑為0.01～80μm粒子組成的2次粒徑為10～200μm凝集的二次粒子含量在20體積％以上的游離潤滑劑以相對于鐵基粉末為0.01～2.0重量份的比例、并且在低剪切條件下混合時(shí)，可以得到脫模力、成型體密度和外觀更好的成型體。
與此相反，在使用沒有預(yù)先附著有機(jī)粘合劑的輔助原料粉末，但進(jìn)行同樣游離潤滑劑混合處理的比較例M13c～M17c和M13d～M17d中，輔助原料粉末的大部分處于游離狀態(tài)，潤滑劑的作用效果不均勻。其結(jié)果造成與相應(yīng)的本發(fā)明例(M13c～M17c和M13e～M17e)相比，壓粉體的脫模性等特性變差。與此同時(shí)，有些成型體的外觀上可以看到分散的脫模損傷和由潤滑劑引起的白點(diǎn)。
接著，把上述鐵基混合粉末加熱至低于輔助原料表面的有機(jī)粘合劑(各成分)熔點(diǎn)的溫度，邊加熱邊噴霧把表11所示潤滑劑粒子分散(包括乳化)到分散劑中而成的處理液，然后，用表11所示的溫度進(jìn)行干燥處理，制備各種粉末冶金用鐵基混合粉末。測定所得混合粉末的輔助原料粉末附著度。然后，對一部分混合粉末在冷卻后再混合按照實(shí)施例4所示的條件進(jìn)行造粒而成的游離潤滑劑，制備各種粉末冶金用鐵基混合粉末。
對所得粉末冶金用鐵基粉末的流動(dòng)性、脫模性和壓粉體密度進(jìn)行研究，把結(jié)果一并記入在表11中。


*1)添中量相對于總量為100重量份的鐵基粉末和輔助原料粉末(本體)的值*2)鐵基粉末中的合金化或部分合金化表11明確示出，按照本發(fā)明，用分散有潤滑劑粒子的處理液包覆的鐵基混合粉末，在結(jié)合有輔助原料粒子的鐵基粉末粒子表面形成均勻的覆膜，流動(dòng)性得到改善，脫模力和壓粉體密度也得到改善。但是，如果使用分散平均粒徑在0.01～10μm以外的潤滑劑而成的分散液時(shí)，覆膜的均勻性有若干降低，所以潤滑劑之間有若干凝集，鐵基混合粉末的流動(dòng)度有若干程度降低(發(fā)明例M13f、M15f、M18h、M18i和發(fā)明例M13j、M15j、M18k、M18m比較)包覆上述潤滑劑后，添加用造粒法得到的游離潤滑劑時(shí)，當(dāng)形成均勻的覆膜時(shí)，流動(dòng)性和成型性同時(shí)都得到改善(發(fā)明例M18i、M8i、M18m)。如果用含有平均粒徑為0.01～10μm范圍內(nèi)的潤滑劑粒子分散液進(jìn)行處理時(shí)，這種效果猶為明顯(發(fā)明例M18i、M8i)。
與此相反，在使用沒有預(yù)先附著有機(jī)粘合劑的輔助原料粉、但進(jìn)行同樣混合游離潤滑劑處理的比較例中，由于只通過表11所示潤滑劑固定輔助原料粉末，所以輔助原料粉末的附著度低。同時(shí)由于這個(gè)原因，潤滑劑的效果也不均勻。結(jié)果導(dǎo)致與對應(yīng)的(符合相同條件)本發(fā)明例相比，壓粉體的脫模性等特性變差，致使部分不能成型。在使用水作分散劑的比較例中(特別是M8h、M8i)，發(fā)現(xiàn)成型體有生銹現(xiàn)象。
比較例M15n、M180、M18p、M80、M8p是分別增加潤滑劑量，使其輔助原料粉末的附著度達(dá)到接近發(fā)明例M15f、M18h、M18i、M8h、M8i程度的例子，但是，潤滑劑·粘合劑的總量達(dá)到1.4倍以上，(相反本發(fā)明的潤滑劑·粘合劑的總量為70％左右即可)，所以壓粉密度有很大程度降低。
綜上所述，按照本發(fā)明，可以提供一種使用粉末冶金用鐵基混合粉末時(shí)，偏析較小的粉末冶金用輔助原料粉末，所以，能降低燒結(jié)部件的尺寸和機(jī)械強(qiáng)度的誤差。
按照本發(fā)明，還可以使?jié)櫥瑒┚鶆蚍稚⒃诜勰┮苯鹩描F基混合粉末中，從而達(dá)到提高混合粉末的流動(dòng)性和從壓粉模具中的脫模性。
按照本發(fā)明，在向粉末冶金用鐵基混合粉末上包覆潤滑劑時(shí)，可以用水作分散劑，故可以降低成本。
按照本發(fā)明，還可以提供一種粉末冶金用鐵基混合粉末，與過去技術(shù)相比，此粉末可以減少有機(jī)粘合劑和潤滑劑的添加量，所以偏析小，并可實(shí)現(xiàn)高密度。
權(quán)利要求
1.一種粉末冶金用輔助原料粉末，其特征在于由輔助原料粉末粒子本體和附著在其表面的有機(jī)粘合劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的粉末冶金用輔助原料粉末，其中，所述粉末冶金用輔助原料粉末是合金化用粉末或改善切削性用的粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的粉末冶金用輔助原料粉末，其中，所述有機(jī)粘合劑是熱塑性樹脂和蠟類中選擇的至少一種物質(zhì)。
4.一種制備粉末冶金用輔助原料粉末的方法，其特征在于把使有機(jī)粘合劑溶解在溶劑中或分散在分散劑中而得的處理液與輔助原料粉末粒子本體混合，然后對所述處理液中的溶劑或分散劑進(jìn)行干燥，使所述有機(jī)粘合劑附著在所述輔助原料粉末粒子本體的表面上。
5.一種粉末冶金用鐵基粉末混合物，其特征在于通過權(quán)利要求1中所述有機(jī)粘合劑把權(quán)利要求1中所述的粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，是用潤滑劑包覆結(jié)合有粉末冶金用輔助原料粉末的鐵基粉末表面形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，所述潤滑劑是由平均粒徑為0.01～10μm的粒子組成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，還含有游離潤滑劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，所述游離潤滑劑含有一次粒子凝集并造粒而成的二次粒子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，所述游離潤滑劑的一次粒子平均粒徑為0.01～80μm，并且所述游離潤滑劑中，粒徑為10～200μm的二次粒子的含量至少占游離潤滑劑總量的20體積％。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，所述游離潤滑劑相對于總量為100重量份的主原料粉末和輔助原料粉末本體粒子的添加量范圍是0.01～2.0重量份。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的粉末冶金用鐵基粉末混合物，其中，還含有游離潤滑劑。
13.一種制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其特征在于，把鐵基粉末和權(quán)利要求1所述的粉末冶金用輔助原料粉末混合，邊混合邊加熱至所述有機(jī)粘合劑的至少一種成分的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)以上，至少使所述有機(jī)粘合劑的一部分熔融，然后冷卻，通過有機(jī)粘合劑使粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，用有機(jī)粘合劑把粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上作成混合物，然后再把該混合物加熱至低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度，邊加熱邊向該混合物上涂敷把潤滑劑分散于分散劑中或把潤滑劑溶解于溶劑中而得的處理液，用該處理液包覆該鐵基粉末表面，接著通過干燥處理使該分散劑或該溶劑揮發(fā)，使該潤滑劑包覆該鐵基粉末。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，所述潤滑劑是由平均粒徑為0.01～10μm的粒子組成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，通過所述有機(jī)粘合劑把粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到所述鐵基粉末表面上后，添加游離潤滑劑，接著再進(jìn)行混合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，所述游離潤滑劑含有一次粒子凝集造粒而成的二次粒子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，所述游離潤滑劑一次粒子的平均粒徑是0.01～80μm，并且，所述游離潤滑劑中，粒徑為10～200μm的二次粒子相對全部于游離潤滑劑的含量至少是20體積％。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，添加所述游離潤滑劑混合時(shí)，采用不破壞所述二次粒子的剪切力進(jìn)行混合。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，所述游離潤滑劑相對于總量為100重量份的主原料粉末和輔助原料粉末本體粒子的添加量范圍是0.01～2.0重量份。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的制備粉末冶金用鐵基粉末混合物的方法，其中，通過有機(jī)粘合劑把粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面上作成混合物，然后把該混合物加熱至低于有機(jī)粘合劑熔點(diǎn)的溫度，邊加熱邊向該混合物上涂敷把潤滑劑分散于分散劑中或溶解于溶剜中而得的處理液，用該處理液包覆該鐵基粉末表面，接著通過干燥處理使該分散劑或該溶劑揮發(fā)，使該潤滑劑包覆該鐵基粉末后，再添加游離潤滑劑進(jìn)行混合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粉末冶金用輔助原料粉末，其特征在于，用有機(jī)粘合劑包覆粉末冶金用輔助原料粉末本體表面，作成輔助原料粉末，通過該有機(jī)粘合劑使粉末冶金用輔助原料粉末結(jié)合到鐵基粉末表面，得到無成分偏析、且流動(dòng)性、壓縮性都很好的粉末冶金用輔助原料粉末。本發(fā)明還提供一種把該粉末冶金用輔助原料粉末與鐵基粉末混合而成的粉末冶金用鐵基粉末混合物。
文檔編號C22C33/02GK1481956SQ0313688
公開日2004年3月17日 申請日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月21日
發(fā)明者尾崎由紀(jì)子, 宇波繁, 上原聰 申請人:杰富意鋼鐵株式會(huì)社