專利名稱：粉末成形體的成形方法及粉末成形模具裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將原料粉末填充至粉末成形模具中而成形的粉末成形體的成形方法以及粉末成形模具裝置。
背景技術(shù)：
在燒結(jié)部件的制造中使用的壓粉體，通過(guò)將Fe系、Cu系等原料粉末在成形模內(nèi)加壓成形來(lái)形成，此后經(jīng)由燒結(jié)的工序制作燒結(jié)體。在成形工序中，使用成形模用壓制機(jī)加壓從而成形成形體。在加壓時(shí)，成形體和成形模之間發(fā)生摩擦。因此，在混合粉末時(shí)添加硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鋰等不溶于水的脂肪酸系潤(rùn)滑劑，付與潤(rùn)滑性。
可是，這樣的向原料粉末混合潤(rùn)滑劑的方法，對(duì)于提高成形體的密度是有極限的。于是，為了得到高密度的成形體，提出了減少添加至原料粉末中的潤(rùn)滑劑，在成形模上涂敷與添加至原料粉末中的潤(rùn)滑劑相同的潤(rùn)滑劑，以此能夠補(bǔ)償潤(rùn)滑性不足的粉末成形體的成形方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
這種現(xiàn)有的成形方法，包含下述工序向被加熱的模具的內(nèi)表面涂布分散在水中的高級(jí)脂肪酸系潤(rùn)滑劑的涂布工序；向上述模具填充金屬粉末，以上述高級(jí)脂肪酸系潤(rùn)滑劑與該金屬粉末化學(xué)結(jié)合從而生成金屬皂被膜的壓力將該金屬粉末加壓成形的加壓成形工序，當(dāng)使用被加熱，且在內(nèi)面涂布了硬脂酸鋰之類的高級(jí)脂肪酸系潤(rùn)滑劑的模具，向此模具填充被加熱的金屬粉末，以該金屬粉末與高級(jí)脂肪酸系潤(rùn)滑劑化學(xué)結(jié)合從而生成金屬皂被膜的壓力將該金屬粉末加壓成形，則在模具的內(nèi)表面會(huì)產(chǎn)生金屬皂被膜，其結(jié)果金屬粉末的成形體與模具之間的摩擦力減少，拔出成形體不需要大的壓力即能完成。
另外，成形用的模具上由于使用與添加在原料粉末中的潤(rùn)滑劑相同的潤(rùn)滑劑，因此使用不溶于水的潤(rùn)滑劑，涂布在模具上的潤(rùn)滑劑以固體粉末的狀態(tài)涂布。因此，靜電涂敷潤(rùn)滑劑粉末，或用表面活性劑使之分散于水中而干燥涂敷的方法也已被公知。
專利文獻(xiàn)1特許第3309970號(hào)公報(bào)(段落0012，0013)上述文獻(xiàn)1等記載的現(xiàn)有技術(shù)，由于分散在水中的潤(rùn)滑劑以固體粉末的狀態(tài)，即潤(rùn)滑劑的固體粉末以分散于水中并混合的狀態(tài)被涂布在成形模上，所以未形成致密的被膜，從而難以生產(chǎn)穩(wěn)定的成形體。
作為解決上述問(wèn)題的方法同一申請(qǐng)人在特愿2002-338621號(hào)提出，在形成于成形模主體的成形部中填充原料粉末之后，使沖頭嵌合于上述成形部從而成形粉末成形體的粉末成形體的成形方法中，在填充上述原料粉末之前，將潤(rùn)滑劑溶解于溶劑的水溶液附著在上述成形部，然后使該水溶液蒸發(fā)，在上述成形部形成結(jié)晶層，從而能夠通過(guò)上述結(jié)晶層在成形部形成致密的潤(rùn)滑層的粉末成形體的成形方法。而且，關(guān)于結(jié)晶層進(jìn)行進(jìn)一步的研制從而得到了最適合的水溶液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種在成形部形成致密的潤(rùn)滑劑被膜，能夠穩(wěn)定地得到高密度的粉末成形體的粉末成形體的成形方法以及粉末成形模具裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案1是粉末成形體的成形方法，在形成于成形模主體的成形部中填充原料粉末之后，將沖頭與上述成形部嵌合從而成形粉末成形體的粉末成形體的成形方法，其特征在于，在填充上述原料粉末之前，將水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液附著在上述成形部，然后使該水溶液蒸發(fā)從而在上述成形部形成結(jié)晶層。
另外，技術(shù)方案2～12的本發(fā)明是將上述潤(rùn)滑劑使用含氧酸系金屬鹽或者有機(jī)酸系金屬鹽的群組中的1種或2種以上的物質(zhì)；此外，技術(shù)方案13的本發(fā)明的上述水溶液，是使水溶性的上述潤(rùn)滑劑以0.01重量％以上且小于飽和濃度完全溶解在水中的水溶液，同時(shí)，技術(shù)方案14的本發(fā)明是上述潤(rùn)滑劑為鉀鹽或鈉鹽。
此外，技術(shù)方案15的本發(fā)明是在上述潤(rùn)滑劑中添加了防腐劑，技術(shù)方案16的本發(fā)明是在上述潤(rùn)滑劑中添加了消泡劑，技術(shù)方案17的本發(fā)明是在上述潤(rùn)滑劑中添加了水溶性的溶劑，并且，技術(shù)方案18的本發(fā)明是上述水溶性的溶劑為醇或酮，技術(shù)方案19的本發(fā)明是在上述潤(rùn)滑劑中不含鹵族元素。
在這樣的粉末成形體成形方法中，例如，將磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉等水溶液的磷酸系金屬鹽以0.01重量％以上小于飽和溫度完全溶于水，使之溶解變成均勻相后，通過(guò)在成形部的表面附著、蒸發(fā)，潤(rùn)滑劑的晶體成長(zhǎng)，而形成結(jié)晶層。
另外，技術(shù)方案20的發(fā)明是一種粉末成形模具裝置，其特征在于，設(shè)有成形粉末成形體側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體、從下方與上述貫通孔嵌合的下沖頭、從上方與上述貫通孔嵌合的上沖頭、與上述貫通孔相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液的噴出部、設(shè)置在由上述貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭構(gòu)成的粉末成形體的成形部的周圍的加熱器、將該加熱器控制在高于上述水溶液的蒸發(fā)溫度的溫度控制裝置。
另外，技術(shù)方案21的發(fā)明是一種粉末成形模具裝置，其特征在于，設(shè)有成形粉末成形體側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體、從下方與上述貫通孔嵌合的下沖頭、從上方與上述貫通孔嵌合的上沖頭、與上述貫通孔相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液的噴出部、設(shè)置在由上述貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭構(gòu)成的粉末成形體的成形部周圍的加熱器、將該加熱器控制在高于上述水溶液的蒸發(fā)溫度，且低于上述潤(rùn)滑劑的熔融溫度的溫度控制裝置。
根據(jù)技術(shù)方案20或技術(shù)方案21的構(gòu)成，在向由成形模主體的貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭形成的成形部填充原料粉末之前，將水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液附著在被加熱的上述成形部，然后使該水溶液蒸發(fā)，在上述成形部的周圍致密地形成上述潤(rùn)滑劑的結(jié)晶層。此后，在填充了原料粉末之后，從上方與上述貫通孔嵌合上述沖頭，成形粉末成形體。
本發(fā)明的技術(shù)方案1是粉末成形體的成形方法，在形成于成形模主體的成形部中填充原料粉末之后，將沖頭與上述成形部嵌合從而成形粉末成形體的粉末成形體的成形方法，其特征在于，在填充上述原料粉末之前，將在溶劑中溶解了潤(rùn)滑劑的水溶液附著在上述成形部，然后使該水溶液蒸發(fā)從而在上述成形部形成結(jié)晶層。采用上述本發(fā)明的第1項(xiàng)發(fā)明，通過(guò)在成形部形成用于更加致密的潤(rùn)滑的結(jié)晶層，能夠減小粉末成形體的拔出壓力、還能夠謀求提高粉末成形體的密度。
另外，技術(shù)方案2的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是含氧酸系金屬鹽。
另外，技術(shù)方案3的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是磷酸系金屬鹽、硫酸系金屬鹽、硼酸系金屬鹽、硅酸系金屬鹽、鎢酸系金屬鹽、有機(jī)酸系金屬鹽、硝酸系金屬鹽或者碳酸系金屬鹽。技術(shù)方案4的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉、磷酸三鉀、磷酸三鈉、多磷酸鉀、多磷酸鈉、核黃素磷酸鉀、或者核黃素磷酸鈉。技術(shù)方案5的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是硫酸鉀、硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、硫代硫酸鉀、硫代硫酸鈉、十二烷基硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯硫酸鉀、十二烷基苯硫酸鈉、食用藍(lán)色1號(hào)、食用黃色5號(hào)、抗壞血酸硫酸酯鉀、或者抗壞血酸硫酸酯鈉。
技術(shù)方案6的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是四硼酸鉀、或者四硼酸鈉。技術(shù)方案7的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是硅酸鉀、或者硅酸鈉。技術(shù)方案8的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是鎢酸鉀、或者鎢酸鈉。技術(shù)方案9的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是乙酸鉀、乙酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸鈉、對(duì)苯二甲酸二鉀、對(duì)苯二甲酸二鈉、抗壞血酸鉀、或者抗壞血酸鈉。技術(shù)方案10的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是硝酸鉀、或者硝酸鈉。技術(shù)方案11的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀、或者碳酸氫鈉。并且，技術(shù)方案12的本發(fā)明使用了技術(shù)方案2～11中記載的潤(rùn)滑劑的1種或2種以上。并且，技術(shù)方案13的本發(fā)明中，將水溶性的上述潤(rùn)滑劑以0.01重量％以上且小于飽和濃度完全溶解在水中。同時(shí)，技術(shù)方案14的本發(fā)明的上述潤(rùn)滑劑是鉀鹽或鈉鹽。并且，技術(shù)方案15的本發(fā)明在上述潤(rùn)滑劑中添加了防腐劑。另外，技術(shù)方案16的本發(fā)明在上述潤(rùn)滑劑中添加了消泡劑。另外，技術(shù)方案17的本發(fā)明在上述潤(rùn)滑劑中添加了水溶性的溶劑。同時(shí)，技術(shù)方案18的本發(fā)明的上述水溶性的溶劑是醇或酮。技術(shù)方案19的本發(fā)明在上述潤(rùn)滑劑中不含鹵族元素。采用上述任意發(fā)明都能夠在成形部切實(shí)地形成致密的用于潤(rùn)滑的結(jié)晶層。
另外，技術(shù)方案20、技術(shù)方案21的發(fā)明是一種粉末成形模具裝置，其特征在于，設(shè)有成形粉末成形體側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體、從下方與上述貫通孔嵌合的下沖頭、從上方與上述貫通孔嵌合的上沖頭、與上述貫通孔相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液的噴出部、設(shè)置在由上述貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭構(gòu)成的粉末成形體的成形部周圍的加熱器、將該加熱器控制在高于上述水溶液的蒸發(fā)濃度，且根據(jù)需要控制在低于上述潤(rùn)滑劑的熔融溫度的溫度控制裝置，并且向噴出部供給水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液。據(jù)此，在成形部更加切實(shí)地形成潤(rùn)滑劑水溶液的結(jié)晶層，能夠減小粉末成形體的拔出壓力，還能謀求提高粉末成形體的密度，而且，能夠穩(wěn)定地連續(xù)成形。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的第1工序剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的第2工序剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的第3工序剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的第4工序剖面圖。
圖5是肥皂溶解度的圖表。
圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的第1工序剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的第2工序剖面圖。
圖8是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的第3工序剖面圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的第4工序剖面圖。
圖10是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的第1工序剖面圖。
圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施例的第2工序剖面圖。
圖12是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的第1工序剖面圖。
圖13是表示本發(fā)明的第4實(shí)施例的第2工序剖面圖。
圖中，1-貫通孔、1A-成形部、3-下沖頭、4-上沖頭、6-噴出部、7-加熱器、9-溫度控制裝置、A-粉末成形體、B-結(jié)晶層、L-水溶液、M-原料粉末。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。需要說(shuō)明的是，以下說(shuō)明的實(shí)施方式并不限定于權(quán)利要求范圍中所記載的本發(fā)明的內(nèi)容。而且，以下說(shuō)明的全部構(gòu)成并非為本發(fā)明的必需內(nèi)容。
實(shí)施例1以下，參照?qǐng)D1～4說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施例。圖1表示第1工序，在該圖中，1是形成在成形后述的壓粉體即粉末成形體A的側(cè)面的成形模主體即模2上的貫通孔，從該貫通孔2的下方嵌合下沖頭3，另一方面，從貫通孔2的上方嵌合上沖頭4。而且，在模2的上面滑動(dòng)自如地設(shè)置有供給原料粉末M的原料供給體即送料器5。而且，在貫通孔2的上方設(shè)置有噴射后述潤(rùn)滑劑的水溶液L，從而將水溶液L附著在成形部1A的附著裝置即噴霧部6，該噴霧部6設(shè)置成面對(duì)貫通孔2的同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)開(kāi)閉閥(未圖示)與水溶液L的罐(未圖示)連接。另外，在由貫通孔1和與該貫通孔1嵌合的下沖頭3構(gòu)成的粉末成形體A的成形部1A的周圍設(shè)置了加熱器7和溫度檢測(cè)部8，這些加熱器7和溫度檢測(cè)部8與作為溫度控制裝置的溫度控制裝置9連接，利用該溫度控制裝置9將貫通孔2的溫度控制在高于水溶液L的蒸發(fā)溫度，且低于潤(rùn)滑劑的熔融溫度。
而且，在第1工序中，通過(guò)預(yù)先利用溫度控制裝置9控制的加熱器7的熱量，貫通孔1的周面的溫度被設(shè)定為高于水溶液L的蒸發(fā)溫度，且低于潤(rùn)滑劑的熔融溫度。而且，在下沖頭3與貫通孔1嵌合形成成形部1A的狀態(tài)下，打開(kāi)自動(dòng)開(kāi)閉閥從噴霧部6，將水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液L，噴吹到被加熱器7加熱的模2的成形部1A上使之附著。其結(jié)果，水溶液L蒸發(fā)、干燥，在貫通孔1的圓周面上晶體成長(zhǎng)，均勻地形成上述潤(rùn)滑劑的結(jié)晶層B。之所以使用相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑，是因?yàn)樵诮咏氐乃芤褐幸子谏沙恋砦铮瑥亩鴮?dǎo)致利用噴霧部6進(jìn)行附著作業(yè)時(shí)，噴霧部6被堵塞的不良后果。另一方面，例如，含硬脂酸鈉、棕櫚酸鈉、十四烷酸鈉、月桂酸鈉成分的一般高級(jí)脂肪酸系的肥皂類，其水溶液必須在高溫下方能得到相對(duì)于100g水3g以上的溶解度。
其次，如圖2的第2工序所示，送料器5前進(jìn)，使原料粉末M落下填充至成形部1A中。其次，如圖3的第3工序所示，使模2向下方移動(dòng)的同時(shí)，從上方將上沖頭4插入到貫通孔1的成形部1A中，用上沖頭4和下沖頭3夾住、壓縮原料粉末M。此時(shí)，下沖頭3下端固定不移動(dòng)。而且，在此第3工序中，原料粉末M對(duì)由潤(rùn)滑劑形成的結(jié)晶層B以潤(rùn)滑狀態(tài)被壓縮。
如此加壓成形的粉末成形體A，在模2進(jìn)一步向下方降落，如圖4的第4工序所示，下沖頭3的上面達(dá)到與模2的上面大致相同的高度時(shí)即能取出。在取出時(shí)，粉末成形體A也以潤(rùn)滑狀態(tài)與由潤(rùn)滑劑形成的結(jié)晶層B接觸。這樣，粉末成形體A被取出后，再返回至第1工序，再向成形部1A噴射水溶液L，形成結(jié)晶層B之后，原料粉末M被填充到成形部1A中。
以下作為水溶性良好的水溶液，關(guān)于將相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度作為3g以上的理由進(jìn)行說(shuō)明。如圖4中的各種脂肪酸肥皂的溶解度所示，一般利用動(dòng)物油或植物油制成的混合肥皂及其主要成分，在常溫下相對(duì)于水的溶解度均較低，即使溶解于水，過(guò)一段時(shí)間便生成沉淀物，在常溫下通常所使用的溫度(20℃左右)下，生成沉淀物，發(fā)生噴霧部被堵塞等不良情況，因此，不含這些成分的溶解度便成為最低限度的條件。于是，將相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度設(shè)定為3g以上。
以下，通過(guò)表1～3說(shuō)明實(shí)施例及比較例。表1～3中的實(shí)施例及比較例，均使用下述混合物在作為原料粉末的鐵粉(平均粒徑90μm)中添加0.2重量％的作為潤(rùn)滑劑的硬脂酸鋰(平均粒徑5μm)，將添加后所得的物質(zhì)用旋轉(zhuǎn)混合機(jī)混合30分鐘而得到的混合物，并向成形加壓面積1cm2的圓柱的成形模填充7g上述混合的原料粉末，此后，以8t/cm2的成形壓力連續(xù)成形100個(gè)粉末成形體。實(shí)施例是，將在水中溶解了水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液附著在被加熱至150℃的成形模的成形部之后，使之蒸發(fā)、干燥、形成結(jié)晶層，此后，填充原料粉末。比較例1是，將在丙酮中分散了硬質(zhì)酸鋰(平均粒徑5μm)的液體附著在被加熱至150℃的成形模的成形部之后，使之干燥而形成被膜，此后，填充原料粉末。比較例2是在成形模上未使用潤(rùn)滑劑的情況。表中的密度的R是連續(xù)成形100個(gè)的成形體密度的最大值與最小值之差。
表1

表2

表3

作為表1～3的比較結(jié)果，實(shí)施例中從成形模拔出壓粉體的拔出壓力在比較例1的拔出壓力以下即完成，另外，能夠謀求密度比比較例1提高，而且，密度的R非常小。據(jù)此，在實(shí)施例中即使連續(xù)成形也能夠穩(wěn)定地進(jìn)行高密度的成形。
上述潤(rùn)滑劑，作為水溶性的磷酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉、磷酸三鉀、磷酸三鈉、多磷酸鉀、多磷酸鈉、核黃素磷酸鉀、核黃素磷酸鈉等在結(jié)構(gòu)中含有磷酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的硫磺酸鹽系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如硫酸鉀、硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、硫代硫酸鉀、硫代硫酸鈉、十二烷基硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯硫酸鉀、十二烷基苯硫酸鈉、食用藍(lán)色1號(hào)(C37H34N2Na2O9S3)、食用黃色5號(hào)(C16H10N2Na2O7S2)、抗壞血酸硫酸酯鉀、抗壞血酸硫酸酯鈉等在結(jié)構(gòu)中含有硫酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的硼酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如四硼酸鉀、四硼酸鈉等在結(jié)構(gòu)中含有硼酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的硅酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如硅酸鉀、硅酸鈉等在結(jié)構(gòu)中含有硅酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的鎢酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如鎢酸鉀、鎢酸鈉在結(jié)構(gòu)中含有鎢酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的有機(jī)酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如乙酸鉀、乙酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸鈉、對(duì)苯二甲酸二鉀、對(duì)苯二甲酸二鈉、抗壞血酸鉀、抗壞血酸鈉等在結(jié)構(gòu)中含有有機(jī)酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的氮酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如硝酸鉀、硝酸鈉等在結(jié)構(gòu)中含氮酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
作為水溶性的碳酸系金屬鹽，由表1～3可知優(yōu)選如碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫鈉等在結(jié)構(gòu)中含有碳酸系基團(tuán)的物質(zhì)。
可使用所列舉的潤(rùn)滑劑的1種或2種以上。
另外，水溶性潤(rùn)滑劑的濃度定為0.01重量％以上小于飽和濃度的范圍。這是因?yàn)?，?dāng)小于0.01重量％時(shí)，因附著在成形模具上的水分量過(guò)多而導(dǎo)致模具的溫度降低，因而難以在一定溫度及速度下進(jìn)行穩(wěn)定的形成；當(dāng)大于飽和濃度時(shí)，潤(rùn)滑劑未能完全溶解，就成為固體而沉淀，由噴霧部6進(jìn)行附著時(shí)，發(fā)生噴霧部6堵塞等不良情況。
另外，溶解的水，優(yōu)選蒸餾水和離子交換水等消除了金屬成分和鹵素成分的水。根據(jù)潤(rùn)滑劑的種類，有時(shí)容易地與水中的金屬成分置換生成沉淀物從而引起不良情況，另外，大量地含有鹵素成分時(shí)，有時(shí)引起壓粉體易粘結(jié)，或在燒結(jié)時(shí)生成二氧雜芑等有害物質(zhì)等不良現(xiàn)象。
而且，根據(jù)潤(rùn)滑劑的種類，存在微生物繁殖從而易腐爛的問(wèn)題，有時(shí)成分變化或發(fā)生惡臭，但通過(guò)添加防腐劑，能夠防止微生物的發(fā)生。對(duì)于防腐劑，優(yōu)選苯甲酸鈉等不損害潤(rùn)滑性、對(duì)人體的有害性低、不含鹵元素成分的防腐劑。
另外，根據(jù)潤(rùn)滑劑的種類，存在易發(fā)生起泡的問(wèn)題，在使水溶液L附著在成形部1A時(shí)，有可能產(chǎn)生起泡從而原料粉末結(jié)塊，但通過(guò)添加醇或酮等水溶性的溶劑或消泡劑，能夠防止發(fā)生起泡。對(duì)于醇或酮，優(yōu)選乙醇和丙酮等的不損害潤(rùn)滑性、對(duì)人體的有害性低、不含鹵元素成分的醇或酮。
對(duì)于醇或酮等水溶性的溶劑，通過(guò)使用沸點(diǎn)或蒸發(fā)潛熱比水低的物質(zhì)，也有時(shí)不需要縮短蒸發(fā)、干燥時(shí)間，或使成形模主體2為高溫。
當(dāng)這些潤(rùn)滑劑及添加物、溶解的水中含有鹵元素時(shí)，在如碳成分共存中進(jìn)行燒結(jié)這一Fe系粉末冶金中經(jīng)常使用的條件下，可能會(huì)生成二氧雜芑等微量，且毒性高的成分，因此最好不要含有鹵元素。
成形模主體2的溫度或混合的原料粉末M，使之為高溫時(shí)，有縮短干燥時(shí)間和熱成形的效果等，故優(yōu)選。但如果沒(méi)有不良情況則也可以是常溫。使之為高溫時(shí)，原料粉末變硬、或潤(rùn)滑劑向模具(成形部1A)的底部流下，因此難以穩(wěn)定地進(jìn)行熱成形，故優(yōu)選在設(shè)定溫度下不熔融的潤(rùn)滑劑，但如果沒(méi)有不良情況，則也可以是半熔融狀態(tài)、高粘性狀態(tài)、或2種以上潤(rùn)滑劑的配合中1種以上為熔融狀態(tài)。過(guò)去所使用的硬脂酸鋅在約120℃熔融，硬脂酸鋰約在220℃熔融，因而在其以上的溫度下難以穩(wěn)定地?zé)岢尚危诒景l(fā)明的潤(rùn)滑劑中，存在多數(shù)的在220℃以上不熔融的物質(zhì)，其中也含有超過(guò)1000℃也不熔融的物質(zhì)，因此設(shè)定為高溫直到模具(成形部1A)的耐熱溫度或原料粉末的氧化溫度極限，可容易穩(wěn)定地進(jìn)行熱成形。但是，此時(shí)，存在原料粉末流動(dòng)性的問(wèn)題等，因此優(yōu)選添加到混合的原料粉末M中的潤(rùn)滑劑也為在高溫下不熔融的物質(zhì)，例如，使本發(fā)明的潤(rùn)滑劑形成為粉末狀的物質(zhì)或作為能夠在200℃以上的高溫下使用的固體潤(rùn)滑劑的石墨和二硫化鉬等、或原料粉末中不放入潤(rùn)滑劑，只由成形模潤(rùn)滑而成形。
如以上所述，在上述實(shí)施方式中，在向形成于成形模主體2的成形部1A填充原料粉末M之后，將下、上沖頭3、4與上述成形部1A嵌合，從而成形粉末成形體的粉末成形體的成形方法中，在填充上述原料粉末M之前，將溶劑中溶解潤(rùn)滑劑并使得變成均勻的相的水溶液L附著在上述成形部1A，使該水溶液L蒸發(fā)，在上述成形部1A形成晶體，進(jìn)而形成結(jié)晶層B，據(jù)此在成形部1A的周面形成致密的潤(rùn)滑用的層B，在能夠降低從成形部1A拔出粉末成形體A的拔出壓力的同時(shí)，也能夠提高粉末成形體A的密度。
另外，設(shè)置成形粉末成形體A側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體2、從下方與上述貫通孔1嵌合的下沖頭3、從上方與上述貫通孔1嵌合的上沖頭4、與上述貫通孔1相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液L的噴出部6、設(shè)置在由上述貫通孔1和與該貫通孔1嵌合的下沖頭3構(gòu)成的粉末成形體A的成形部1A周圍的加熱器7、將該加熱器7控制在高于上述水溶液L的蒸發(fā)溫度、且根據(jù)需要控制在低于上述潤(rùn)滑劑熔融溫度的溫度控制裝置9，在向成形部1A填充原料粉末M之前，將潤(rùn)滑劑水溶液L附著在被加熱的上述成形部1A，然后使該水溶液L蒸發(fā)，在上述成形部1A的周圍致密地形成上述潤(rùn)滑劑的結(jié)晶層B，據(jù)此在成形部1A的周面形成致密的潤(rùn)滑用的層B，從而能夠降低從成形部1A拔出粉末成形體A的拔出壓力的同時(shí)，也提高粉末成形體A的密度，能夠更穩(wěn)定地連續(xù)成形。
實(shí)施例2圖5～8表示實(shí)施例2，對(duì)與上述實(shí)施例1相同的部分注同一符號(hào)并省略其詳細(xì)說(shuō)明。在通孔1的表面10，為提高水溶液L相對(duì)于上述表面10的浸潤(rùn)性，通過(guò)進(jìn)行親水性處理及配置親水性材料而設(shè)置表面處理層11。當(dāng)上述表面處理層11的與上述水溶液L的接觸角度X小于，由模2自身材質(zhì)形成的表面10或直接露出材質(zhì)的頂面2A的與上述水溶液L的接觸角度Y(X＜Y)時(shí)，能夠提高上述的浸潤(rùn)性。而且，上述接觸角度X、Y的測(cè)定并非在為說(shuō)明而圖示的狀態(tài)下，而是在使各自的表面10、頂面2A保持水平等的同一條件下進(jìn)行。上述的表面處理層11是，將如表4所示具有化學(xué)鍵的氧化物、氟化物、氮化物、氯化物、硫化物、溴化物、碘化物、碳化物、氫氧化物等，利用火焰噴涂、PVD、CVD、噴丸硬化處理等進(jìn)行親水性涂敷的層，也可以是對(duì)氧化鈦、氧化鋅等的涂敷層利用光照射進(jìn)行光催化劑處理的層，或是通過(guò)堿處理或熱水處理等生成氫氧化物、利用鉀或鈉離子等的濺射進(jìn)行表面處理、利用火焰噴涂被膜或粉末冶金用模具等在表面形成微細(xì)的空穴，使水溶液L的表面張力變化等被利用，借助表面處理層減小貫通孔1表面10上的水溶液的接觸角度，并提高該部位的浸潤(rùn)性的層。另外，也可以通過(guò)對(duì)表面10進(jìn)行氧或火焰處理、利用電解拋光等的油性有機(jī)物的處理，形成上述貫通孔1的表面使接觸角度X變小。而且，如果對(duì)強(qiáng)度無(wú)影響，則模具的材質(zhì)最好由表4所示的親水性物質(zhì)構(gòu)成。為提高強(qiáng)度和硬度，可以在鐵或超硬等金屬中分散表1所示的物質(zhì)，或者與Ti、V、Si、AL等易氧化的金屬進(jìn)行合金化后將其作為模具的材質(zhì)，也可以提高親水性。涂敷時(shí)為了提高強(qiáng)度和硬度，將鐵或超硬等金屬與親水性物質(zhì)一同進(jìn)行涂敷的方法也能夠使模具的壽命和親水性能兩不誤。
表4親水性物質(zhì)例

在第1工序中，通過(guò)預(yù)先利用溫度控制裝置9控制的加熱器7的熱量，貫通孔1的表面10的溫度被設(shè)定為高于水溶液L的蒸發(fā)溫度，且低于潤(rùn)滑劑的熔融溫度。并且，在下沖頭3與貫通孔1嵌合形成成形部1A的狀態(tài)下，打開(kāi)自動(dòng)開(kāi)閉閥從噴霧部6，將潤(rùn)滑劑水溶液L噴吹到被加熱器7加熱的模2的成形部1A上使之附著。這時(shí)，在沒(méi)有表面處理層11的情況下，水溶液L的接觸角度X即為接觸角度Y，但由上述的表面處理層11成為更小的接觸角度X，此結(jié)果，克服了水溶液L被彈出的現(xiàn)象從而使水溶液L全面地附著并涂敷在貫通孔1。而且，水溶液L蒸發(fā)、干燥，在貫通孔1的表面處理層11晶體全面成長(zhǎng)，均勻地形成上述潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑層即結(jié)晶層B。
其次，如圖6的第2工序所示，送料器5前進(jìn)，使原料粉末M落下填充至成形部1A中。其次，如圖7的第3工序所示，使模2向下方移動(dòng)的同時(shí)，從上方將上沖頭4插入到貫通孔1的成形部1A中，用上沖頭4和下沖頭3夾住、壓縮原料粉末M。此時(shí)，下沖頭3的下端固定不移動(dòng)。在此第3工序中，原料粉末M對(duì)由潤(rùn)滑劑形成的結(jié)晶層B以潤(rùn)滑狀態(tài)被壓縮。
這樣加壓成形的粉末成形體A，在模2進(jìn)一步向下方降落，如圖9的第4工序所示，下沖頭3的上面達(dá)到與模2的上面大致相同的高度時(shí)即能取出。即使在取出時(shí)，粉末成形體A也以潤(rùn)滑狀態(tài)與由潤(rùn)滑劑形成的結(jié)晶層L接觸。這樣，粉末成形體A取出后，再返回至第1工序，再向成形部1A噴出水溶液L，形成結(jié)晶層L之后，原料粉末M被填充到成形部1A中。
如上所述，在上述實(shí)施例中，通過(guò)在上述貫通孔1的表面10形成表面處理層11，使與上述溶液L的接觸角度X小于上述模2自身上的與上述水溶液L的接觸角度Y，從而能夠提高水溶液L附著時(shí)的相對(duì)于貫通孔10的水溶液L的浸潤(rùn)性，因而能夠使該水溶液L附著在表面處理層11甚至貫通孔1的全部表面，待水蒸發(fā)后全面地形成結(jié)晶層B，其結(jié)果能夠穩(wěn)定地得到高密度的粉末成形體A。
實(shí)施例3圖9～10表示實(shí)施例3，對(duì)與上述實(shí)施例1、2相同的部分注同一符號(hào)并省略其詳細(xì)說(shuō)明。在實(shí)施例2中，在滑動(dòng)自如地設(shè)有送料器5的模2的頂面2A，為降低上述水溶液L相對(duì)于上述頂面2A的浸潤(rùn)性，即為提高憎水(疏水)性，通過(guò)進(jìn)行憎水處理、或配置憎水材料設(shè)置表面處理層21。當(dāng)上述表面處理層21的與上述水溶液L的接觸角度Y′大于，由模2自身材質(zhì)形成的表面、實(shí)施例3中的貫通孔1的表面10的與上述水溶液L的接觸角度X′(Y′＞X′)時(shí)，能夠降低上述浸潤(rùn)性。上述表面處理層21，則由表5所示的硅系樹(shù)脂或氟系樹(shù)脂等含有Si-H或C-H鍵等物質(zhì)及非極性物質(zhì)等形成。
表5憎水性物質(zhì)例

因此，在實(shí)施例3中，打開(kāi)自動(dòng)開(kāi)閉閥從噴霧部6，將潤(rùn)滑劑的水溶液L噴吹到被加熱器7加熱的模2的成形部1A上使之附著。這時(shí)，發(fā)生水溶液L的一部分附著在頂面2A的現(xiàn)象。但由于上述表面處理層21的作用，該頂面2A上的接觸角度Y′大于直接與模2接觸的水溶液L的接觸角度X′，其結(jié)果水溶液L被彈出從而克服了在頂面2A水溶液L滯留的現(xiàn)象。
如上所述，通過(guò)在上述的頂面2A形成表面處理層21，使之具備大于模2自身的與水溶液L的接觸角度X′的與上述水溶液L的接觸角度Y′，從而能夠提高頂面2A的憎水性，使水溶液L難以滯留在頂面2A(表面處理層21)，使水溶液L難以觸及收容于送料器5的原料粉末M，因而能夠防止因水溶液L而導(dǎo)致原料粉末結(jié)塊的粉末滯留現(xiàn)象。
實(shí)施例4圖9～10表示實(shí)施例4，對(duì)與上述實(shí)施例1～3相同的部分注同一符號(hào)并省略其詳細(xì)說(shuō)明。在實(shí)施例4中，在貫通孔2的上方設(shè)有附著裝置即噴霧部6，噴射在溶劑即水中溶解了潤(rùn)滑劑的水溶液L，使水溶液L附著在成形部1A上，并且該噴霧部6與貫通孔2相面對(duì)。而且，上述的水溶液L中含有提高相對(duì)于貫通孔1的表面10的浸潤(rùn)性的成分。上述提高浸潤(rùn)性成分即為減小水溶液L與表面10的接觸角度X″的成分，例如使用表面活性劑。
因此，在下沖頭3與貫通孔1嵌合形成成形部1A的狀態(tài)下，打開(kāi)自動(dòng)開(kāi)閉閥從噴霧部6將潤(rùn)滑劑水溶液L噴吹到被加熱器7加熱的模2的成形部1A上使之附著。這時(shí)，如果不含提高浸潤(rùn)性的成分，水溶液L的接觸角度X″會(huì)變大，但由于上述的提高浸潤(rùn)性成分使接觸角度變小，其結(jié)果克服了水溶液L被彈出的現(xiàn)象從而使水溶液L全面地附著在貫通孔1的表面10。而且，水溶液L蒸發(fā)、干燥，在貫通孔1的周面晶體全面地成長(zhǎng)，均勻地形成上述潤(rùn)滑劑的結(jié)晶層B。
如上所述，在上述實(shí)施例中，為減小與表面10的接觸角度X″在上述的水溶液L中設(shè)置提高浸潤(rùn)性的成分，據(jù)此能夠提高水溶液L附著時(shí)貫通孔1上的水溶液L的浸潤(rùn)性，使該水溶液L全面地附著在貫通孔1，待水蒸發(fā)后能夠全面地形成結(jié)晶層B，其結(jié)果能夠穩(wěn)定地得到高密度的粉末成形體。
以下，利用表6說(shuō)明實(shí)施例和比較例。表6的實(shí)施例和比較例，作為原料粉末均使用鐵粉(平均粒徑為90μm)，向成形加壓面積為1cm2的圓柱的成形模填充上述混合的原料粉末7g，此后，在8t/cm2的成形壓力下成形粉末成形體。另外，實(shí)施例是，將作為水溶性潤(rùn)滑劑各按1％的比例混合磷酸氫二鉀和苯甲酸鈉的水溶液，附著在用親水性物質(zhì)涂敷的并加熱到250℃的成形模的成形部之后，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、干燥形成結(jié)晶層，然后填充原料粉末。比較例1是，對(duì)一般的模具，將潤(rùn)滑液附著在被加熱到250℃的成形模的成形部后干燥，然后填充原料粉末。比較例2是，對(duì)一般的模具，將潤(rùn)滑液附著在被加熱到150℃的成形模的成形部后干燥，然后填充原料粉末。比較例3是，對(duì)一般的模具，加熱到150℃但不進(jìn)行潤(rùn)滑液的附著，并照此狀態(tài)填充原料粉末。在上述的任一例中，一般模具的成形部，均使用了通常作為工具鋼使用的SKH-51。
表6

作為表6的比較結(jié)果，利用未涂敷親水性被膜的模具在250℃下成形，潤(rùn)滑劑未能很好地附著在成形部，因而無(wú)法成形，與此相比，在涂敷有親水性被膜的模具成形的實(shí)施例1～6的任一例中，均可以在超過(guò)150℃的高溫下成形，并能夠得到大于150℃下成形的成形體密度的密度。
(產(chǎn)業(yè)上的利用可能性)另外，本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施方式，只要在本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，則可以導(dǎo)出各種不同形式的實(shí)施方式。而且，盡管在上述實(shí)施方式中，采用填充上述的原料粉末之前將上述的水溶液附著在上述的成形部，該水溶液蒸發(fā)后在上述成形部形成結(jié)晶層，之后對(duì)上述的成形部嵌合沖頭而成形粉末成形體，但未必在填充上述原料粉末之前必須將水溶液附著在上述的成形部，并將該水溶液蒸發(fā)后在上述成形部形成結(jié)晶層，例如，也可以成形最初的粉末成形體后在上述的成形部上不附著水溶液，而是利用最初的結(jié)晶層并直接填充原料粉末以進(jìn)行下次的成形，在第3次填充原料粉末之前，將水溶液附著在上述的成形部，待水溶液蒸發(fā)后在上述的成形部第2次形成結(jié)晶層，如此以斷續(xù)的連續(xù)作業(yè)將水溶液附著在上述的成形部。
權(quán)利要求
1.一種粉末成形體的成形方法，在形成于成形模主體的成形部中填充原料粉末之后，使沖頭與上述成形部嵌合從而成形粉末成形體，該粉末成形體的成形方法的特征在于，在填充上述原料粉末之前，使水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液附著在上述成形部，然后使該水溶液蒸發(fā)從而在上述成形部形成結(jié)晶層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是含氧酸系金屬鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是磷酸系金屬鹽、硫酸系金屬鹽、硼酸系金屬鹽、硅酸系金屬鹽、鎢酸系金屬鹽、有機(jī)酸系金屬鹽、硝酸系金屬鹽或者碳酸系金屬鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于上述潤(rùn)滑劑是磷酸氫二鉀、磷酸氫二鈉、磷酸三鉀、磷酸三鈉、多磷酸鉀、多磷酸鈉、核黃素磷酸鉀、或者核黃素磷酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是硫酸鉀、硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鈉、硫代硫酸鉀、硫代硫酸鈉、十二烷基硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯硫酸鉀、十二烷基苯硫酸鈉、食用藍(lán)色1號(hào)、食用黃色5號(hào)、抗壞血酸硫酸酯鉀、或者抗壞血酸硫酸酯鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是四硼酸鉀、或者四硼酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是硅酸鉀、或者硅酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是鎢酸鉀、或者鎢酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是乙酸鉀、乙酸鈉、苯甲酸鉀、苯甲酸鈉、對(duì)苯二甲酸二鉀、對(duì)苯二甲酸二鈉、抗壞血酸鉀、或者抗壞血酸鈉。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是硝酸鉀、或者硝酸鈉。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鉀、或者碳酸氫鈉。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑使用了權(quán)利要求2至11中記載的潤(rùn)滑劑的1種或2種以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述水溶液是使水溶性的上述潤(rùn)滑劑以0.01重量％以上且小于飽和濃度完全溶解在水中的溶液。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑是鉀鹽或鈉鹽。
15.根據(jù)權(quán)利要求2至14中的任一項(xiàng)所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，在上述潤(rùn)滑劑中添加了防腐劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求2至15中的任一項(xiàng)所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，在上述潤(rùn)滑劑中添加了消泡劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求2至16中的任一項(xiàng)所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，在上述潤(rùn)滑劑中添加了水溶性的溶劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述溶劑是醇或酮。
19.根據(jù)權(quán)利要求2至18中的任一項(xiàng)所述的粉末成形體的成形方法，其特征在于，上述潤(rùn)滑劑中不含鹵族元素。
20.一種粉末成形模具裝置，其特征在于，設(shè)有形成粉末成形體的側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體、從下方與上述貫通孔嵌合的下沖頭、從上方與上述貫通孔嵌合的上沖頭、與上述貫通孔相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液的噴出部、設(shè)置在由上述貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭構(gòu)成的粉末成形體的成形部的周圍的加熱器、將該加熱器控制在高于上述水溶液蒸發(fā)溫度的溫度控制裝置，并且向上述噴出部供給水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液。
21.一種粉末成形模具裝置，其特征在于，設(shè)有形成粉末成形體側(cè)面的具有貫通孔的成形模主體、從下方與上述貫通孔嵌合的下沖頭、從上方與上述貫通孔嵌合的上沖頭、與上述貫通孔相面對(duì)的潤(rùn)滑劑水溶液的噴出部、設(shè)置在由上述貫通孔和與該貫通孔嵌合的下沖頭構(gòu)成的粉末成形體的成形部的周圍的加熱器、將該加熱器控制在高于上述溶液的蒸發(fā)溫度，且低于上述潤(rùn)滑劑的熔融溫度的濕度控制裝置，并且向上述噴出部供給水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑的水溶液。
全文摘要
在向形成于成形模主體(2)的成形部(1A)填充原料粉末之后，將下、上沖頭(3，4)與成形部(1A)嵌合，成形粉末成形體。在填充原料粉末(M)之前，將水中溶解了相對(duì)于20℃下的100g水的溶解度為3g以上的水溶性潤(rùn)滑劑并使得成為均勻的相的水溶液(L)附著在成形部(1A)，然后使該水溶液(L)蒸發(fā)從而在成形部(1A)形成晶體，進(jìn)而形成結(jié)晶層(B)。在成形部(1A)的周面形成致密的潤(rùn)滑用層(B)，不但能降低粉末成形體(A)的從成形部(1A)的拔出壓力的同時(shí)，也能夠提高粉末成形體(A)的密度，從而能夠更穩(wěn)定地連續(xù)成形。采用本發(fā)明，在成形部形成致密的潤(rùn)滑劑被膜，能夠穩(wěn)定地得到高密度的粉末成形體。
文檔編號(hào)B22F3/02GK1925940SQ20058000634
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者中井崇, 川瀨欣也 申請(qǐng)人:三菱綜合材料株式會(huì)社