專利名稱：包含仲酰胺作為潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種粉末金屬組合物。具體地，本發(fā)明涉及一種包含含有至少一種仲酰胺的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物。本發(fā)明還涉及一種制造生坯的方法，一種制造粘合的鐵基粉末組合物的方法，以及潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的用途。

背景技術(shù)：
金屬粉末用在通過(guò)將該金屬粉末于高壓下壓制到模具中，從模具中將壓制體脫模，并任選地?zé)Y(jié)該制品而制造金屬制品的工業(yè)中。在大多數(shù)粉末冶金(PM)應(yīng)用中，粉末中包含潤(rùn)滑劑，以在壓制期間為粉末粒子之間以及在從模具中脫模期間為模具和壓制體之間提供必要的潤(rùn)滑作用。金屬粉末中所包含的潤(rùn)滑劑所實(shí)現(xiàn)的潤(rùn)滑稱為內(nèi)部潤(rùn)滑，這與通過(guò)將潤(rùn)滑劑施涂到模具(在其中粉末被壓制)壁上而實(shí)現(xiàn)的外部潤(rùn)滑相對(duì)。脫模過(guò)程中潤(rùn)滑不充分會(huì)導(dǎo)致壓制體與模具之間的過(guò)度摩擦，造成高的脫模能以及模具表面和制品表面的損害。
內(nèi)部潤(rùn)滑通過(guò)使用特殊潤(rùn)滑劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，這些潤(rùn)滑劑以粉末形式與鐵或鐵基粉末混合。某些潤(rùn)滑劑也可以用于將添加劑，例如合金元素粘結(jié)到鐵或鐵基粒子上。因而在這種情況下潤(rùn)滑劑充當(dāng)粘結(jié)劑，并減少或消除了運(yùn)送和處理期間出現(xiàn)的添加劑分離。
PM應(yīng)用中的常用潤(rùn)滑劑是金屬皂，例如硬脂酸鋰和硬脂酸鋅。這種類型的潤(rùn)滑劑的缺點(diǎn)在于由于在燒結(jié)期間從潤(rùn)滑劑中釋放出金屬，潤(rùn)滑劑中的金屬的氧化物污染了燒結(jié)熔爐的內(nèi)側(cè)，另一問(wèn)題是燒結(jié)后壓制體上可能形成有污斑。另一常用潤(rùn)滑劑是亞乙基雙硬脂酰胺(EBS)。當(dāng)使用該潤(rùn)滑劑時(shí)，燒結(jié)后部件上也可能形成有污斑，但是相比較使用例如硬脂酸鋅，污斑程度會(huì)輕一些。由于潤(rùn)滑劑強(qiáng)烈影響著金屬粉末的壓制和燒結(jié)性質(zhì)，因此優(yōu)化所用潤(rùn)滑劑的量、組成和結(jié)構(gòu)對(duì)于獲得具有高且一致的密度，好的表面光潔性的制件至關(guān)重要。
發(fā)明目的 本發(fā)明的目的是提供一種新的粉末金屬組合物，它包含潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑，并減小或消除了有關(guān)高的脫模力和燒結(jié)件表面污斑的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造壓制品和經(jīng)燒結(jié)或熱處理的部件的方法，制備粘結(jié)的粉末金屬組合物的方法以及該潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的用途。


發(fā)明內(nèi)容
這些目的通過(guò)包含鐵基粉末和含有至少一種仲酰胺的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還涉及一種通過(guò)將上述組合物進(jìn)行壓制而制造生坯的方法。
所述制備粘結(jié)的粉末金屬組合物的方法包括將鐵基粉末與至少一種仲酰胺混合，并將該混合物加熱到所述至少一種仲酰胺的熔點(diǎn)以上的溫度。
此外，本發(fā)明涉及所述至少一種仲酰胺作為鐵基粉末的潤(rùn)滑和/或粘結(jié)試劑的用途，及其用于模具壁潤(rùn)滑的用途。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的粉末金屬組合物中的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑是可以由如下通式定義的至少一種仲酰胺 R1-NH-CO-R2 其中R1和R2基團(tuán)可以相同或不同，是直鏈或帶支鏈的、飽和或不飽和的脂族烴基。
優(yōu)選地，R1和R2獨(dú)立地包含10-24個(gè)碳原子。
優(yōu)選地，R1和R2選自烷基和鏈烯基。
所述烷基可以選自癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基、二十四烷基。
所述鏈烯基可以選自癸烯基、十一碳烯基、十二碳烯基、十三碳烯基、十四碳烯基、十五碳烯基、十六碳烯基、十七碳烯基、十八碳烯基、十九碳烯基、二十碳烯基、二十一碳烯基、二十二碳烯基、二十三碳烯基、二十四碳烯基。
優(yōu)選的仲酰胺例子示于表1中。
表1 通式R1-NH-CO-R2 仲酰胺的量可以為粉末金屬組合物重量的0.05-2.0％，優(yōu)選0.05-1.0％。
本發(fā)明的一種實(shí)施方案涉及一種包含潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物，其中潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑除了包含所述至少一種仲酰胺以外，還包含至少一種伯酰胺。所述至少一種伯酰胺優(yōu)選是具有12-24個(gè)、優(yōu)選14-22個(gè)、最優(yōu)選16-22個(gè)碳原子的飽和或不飽和的脂肪酸酰胺。
特別優(yōu)選的伯酰胺是硬脂酸酰胺、山崳酸酰胺、芥酸酰胺、棕櫚酸酰胺和花生酸酰胺。
根據(jù)本發(fā)明的伯酰胺和仲酰胺可以商購(gòu)，或者可以使用本領(lǐng)域公知方法由可商購(gòu)的原料制得。
伯酰胺和仲酰胺的量可以共為粉末金屬組合物重量的0.05-2.0％，優(yōu)選0.05-1.0％。
對(duì)于本發(fā)明包含兩種酰胺的實(shí)施方案，所述至少一種伯酰胺的量可以為0.05-1.0重量％，所述至少一種仲酰胺的量可以為0.05-1.0重量％。
可以將該潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑以各酰胺固體粒子的形式加到粉末金屬組合物中。平均粒徑可以變化，但優(yōu)選小于150μm。
可替換地，可以將該潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑作為酰胺的熔融并隨后固化的顆?；旌衔锛拥椒勰┙饘俳M合物中。這可以通過(guò)將酰胺以預(yù)定比例混合，接著熔化該混合物，冷卻，隨后磨成潤(rùn)滑劑粉末來(lái)完成。
根據(jù)本發(fā)明所述至少一種仲酰胺可以用作粘結(jié)劑，以得到粘合的混合物，其中任選的合金元素和所述至少一種仲酰胺粘合到鐵基粉末上。這可以通過(guò)將鐵基粉末與根據(jù)本發(fā)明的至少一種仲酰胺混合，并將該混合物加熱到所述至少一種仲酰胺的熔點(diǎn)以上的溫度。還可以將至少一種伯酰胺混合到上述混合物中，并且接著的加熱溫度可以低于所述伯酰胺的熔點(diǎn)。
除了以上公開(kāi)的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑以外，根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物如果希望，可以包含其它潤(rùn)滑劑，例如硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、EBS等。
根據(jù)本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)粉末金屬組合物的粘合，可以使用其它類型的粘合體系，例如醇酸(alkyde)、纖維素酯樹(shù)脂、烷基中具有1-4個(gè)碳原子的羥烷基纖維素樹(shù)脂或熱塑性酚類樹(shù)脂。
如本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中所用的，“鐵基”粉末包括基本由純鐵組成的粉末，預(yù)先已與其它改善最終制品的強(qiáng)度、硬化性質(zhì)、電磁性質(zhì)或其它期望性質(zhì)的元素合金化的鐵粉末，以及混合有這些合金元素粒子的鐵粒子(擴(kuò)散退火的混合物或純機(jī)械的混合物)。合金元素的例子是銅、鉬、鉻、錳、磷、石墨形式的碳、鎳、硅、硼、釩、鈦、鋁、鈷和鎢，它們單獨(dú)或組合使用，例如以化合物(Fe3P和FeMo)的形式使用。
該鐵基粉末可以用于制造軟磁件，并且對(duì)于該應(yīng)用可以是電絕緣的。該粉末粒子的電絕緣體可以由無(wú)機(jī)材料制得。特別合適的是US 6348265中公開(kāi)的絕緣體類型，其中涉及由基本純的鐵組成的、具有絕緣的含氧和磷的阻擋材料的基礎(chǔ)粉末粒子?？捎玫慕^緣粉末粒子有Hoganas AB，Sweden的SomaloyTM 500和550。
除了鐵基粉末和潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑以外，根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物可以包含一種或多種選自加工助劑和硬質(zhì)相(phase)的添加劑。
粉末金屬組合物中所用的加工助劑可以包括滑石、鎂橄欖石、硫化錳、硫、二硫化鉬、氮化硼、碲、硒、二氟化鋇和二氟化鈣，它們單獨(dú)或組合使用。
粉末金屬組合物中所用的硬質(zhì)相可以包括釩、鉬、鉻、鎢的碳化物、Al2O3、B4C和各種陶瓷材料。
本發(fā)明還涉及一種制造生坯的方法，包括將根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物壓制成壓制體，其中該組合物包含鐵基粉末和含有通式R1-NH-CO-R2的至少一種仲酰胺的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑，其中R1和R2相同或不同，是直鏈或帶支鏈的、飽和或不飽和的脂族烴基?？梢詫?duì)該壓制體進(jìn)行燒結(jié)或熱處理。
借助于常規(guī)技術(shù)，鐵基粉末、潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑以及任選的添加劑可以在壓制步驟之前混合成基本均勻的粉末組合物。
在壓制前可以預(yù)熱粉末金屬組合物和/或模具。
本發(fā)明還涉及將如上定義的至少一種仲酰胺作為鐵或鐵基粉末的潤(rùn)滑和/或粘結(jié)試劑的用途。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案涉及將如上定義的至少一種仲酰胺作為模具壁潤(rùn)滑劑的用途。
附圖詳述

圖1示出了因不同潤(rùn)滑劑的使用而引起部件在燒結(jié)后的污斑形成。
1a)亞乙基雙硬脂酰胺(EBS)； 1b)油烯基棕櫚酸酰胺(根據(jù)本發(fā)明的仲酰胺)。
現(xiàn)在通過(guò)以下非限制性實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例 在下面實(shí)施例中，使用其式公開(kāi)在下表2中的潤(rùn)滑劑。
表2 *仲酰胺的結(jié)構(gòu)式表示為如前述的R1-NH-CO-R2。
實(shí)施例1 該實(shí)施例驗(yàn)證作為粉末添加到鐵基粉末混合物中的不同仲酰胺以及仲酰胺和伯酰胺的不同組合的潤(rùn)滑性質(zhì)。
將基礎(chǔ)粉末ASC 100.29(從Hoganas AB，Sweden得到)與0.5重量％石墨(Kropfmuhl的uf-4)和0.8重量％根據(jù)表3和4的潤(rùn)滑劑在L

dige混合器中混合2分鐘。亞乙基雙硬脂酰胺(EBS，從Clariant，Germany作為L(zhǎng)icowax TM得到)用作參比。這些潤(rùn)滑劑的粒徑小于150μm。包含伯酰胺和仲酰胺的組合物所包含的這兩種酰胺各50％(組合物總重量的0.8％)。
為了測(cè)量潤(rùn)滑性質(zhì)，在室溫下以三種不同的壓制壓力(400、600和800MPa)壓制內(nèi)徑為45mm、外徑為55mm、高10mm的環(huán)。在壓制件脫模的過(guò)程中，記錄脫模力。脫模后，測(cè)量該壓制件的生坯密度，并計(jì)算從模具中將樣品脫模所需的總脫模能/包封面積。
所得的脫模能和密度示于表3和4中。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物時(shí)，相比較使用包含EBS的參比組合物，得到的脫模能較低。
表3密度和脫模能(仲酰胺和參比) 表4密度和脫模能(仲酰胺+伯酰胺1∶1和參比) 實(shí)施例2 將基礎(chǔ)粉末ASC 100.29與2重量％銅(-100μm)、0.8重量％石墨和0.8重量％潤(rùn)滑劑(a)EBS或(b)油烯基棕櫚酸酰胺)在L

dige混合器中混合2分鐘。潤(rùn)滑劑的粒徑小于150μm。為了測(cè)量部件燒結(jié)后的污斑形成，將直徑64mm、高32mm的圓柱件在室溫下壓至7.1g/cm3的生坯密度。一個(gè)圓柱件的重量為700g。在包含90/10N2/H2的氣氛中于1120℃下將該部件燒結(jié)15分鐘。部件照片示于圖1a)亞乙基雙硬脂酰胺(EBS)和1b)油烯基棕櫚酸酰胺中，其中圖1a)示出了相比較由根據(jù)本發(fā)明的粉末組合物制得的部件(1b，沒(méi)有污斑)的污斑形成。
實(shí)施例3 該實(shí)施例驗(yàn)證仲酰胺和伯酰胺的不同組合在與鐵基粉末混合物混合之前已熔融在一起，并經(jīng)過(guò)冷卻和碾磨情況下的潤(rùn)滑性質(zhì)。
根據(jù)下面方法制得該潤(rùn)滑劑組合將50％伯酰胺和50％仲酰胺的混合潤(rùn)滑劑在80-110℃下熔融在一起，接著冷卻。接著，將該物質(zhì)磨到平均粒徑低于150μm。
將基礎(chǔ)粉末ASC 100.29與0.5重量％石墨和0.8重量％潤(rùn)滑劑組合(見(jiàn)表5)在L

dige混合器中混合2分鐘。為了測(cè)量潤(rùn)滑性質(zhì)，在室溫下以三種不同的壓制壓力400、600和800MPa壓制內(nèi)徑為45mm、外徑為55mm、高10mm的環(huán)。所得脫模能和密度示于表5中。
表5密度和脫模能(仲酰胺+伯酰胺和參比) 比較表5中的測(cè)試結(jié)果，可以看到由根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物制得的樣品表現(xiàn)出比由已知潤(rùn)滑劑EBS制得的樣品要低的脫模能。
實(shí)施例4 該實(shí)施例驗(yàn)證酰胺的不同組合在粉末金屬組合物中的潤(rùn)滑和粘結(jié)性質(zhì)。
潤(rùn)滑劑的粒徑低于150μm。將基礎(chǔ)粉末ASC 100.29與2重量％Cu-100、0.8重量％石墨和0.8重量％根據(jù)表6的潤(rùn)滑劑/粘結(jié)劑組合在L

dige混合器中混合2分鐘。與EBS的混合物保持作為參比，而在另一混合器中在混合期間將包含酰胺的混合物加熱到高于仲酰胺的熔點(diǎn)，但低于伯酰胺的熔點(diǎn)的溫度，隨后冷卻，以使添加劑粘合到鐵粉末上。在該混合物中，仲酰胺因而充當(dāng)粘結(jié)劑，伯酰胺充當(dāng)潤(rùn)滑劑。酰胺的熔化溫度公開(kāi)在表7中。
此外，對(duì)在室溫下以三種不同的壓制壓力400、600和800 MPa壓制的內(nèi)徑為45mm、外徑為55mm、高10mm的環(huán)進(jìn)行脫模能測(cè)量。所得脫模能和生坯密度示于表8中。
表6.實(shí)施例4的潤(rùn)滑劑/粘結(jié)劑組合 表7.酰胺的熔化溫度 表8.密度和脫模能(仲酰胺+伯酰胺和參比) 借助根據(jù)本發(fā)明的潤(rùn)滑劑/粘結(jié)劑制得的樣品表現(xiàn)出比用參比潤(rùn)滑劑，即EBS制得的樣品要低的脫模能。使用根據(jù)本發(fā)明的包含潤(rùn)滑劑/粘結(jié)劑的粉末組合物，得到具有優(yōu)異表面光潔度，即基本沒(méi)有劃痕沒(méi)有污斑形成的壓制燒結(jié)件(在1120℃下于90/10 N2/H2中燒結(jié)30分鐘)。
實(shí)施例5 將其中粒子被無(wú)機(jī)絕緣體包圍的粗軟磁性鐵基粉末與根據(jù)表9的仲酰胺潤(rùn)滑劑混合。作為參比潤(rùn)滑劑，使用已知物質(zhì)硬脂酸鋅和EBS。所用鐵基粉末的粒徑分布公開(kāi)在表10中。
將所得混合物轉(zhuǎn)移到模具中，并在1100MPa的壓制壓力下以單軸壓制運(yùn)動(dòng)壓制成直徑25mm的圓柱狀測(cè)試樣品(50g)。所用的模具材質(zhì)是常規(guī)工具鋼。在壓制樣品的脫模期間，記錄脫模力。計(jì)算從模具中將樣品脫模所需的總脫模能/包封面積。
關(guān)于脫模能、生坯密度和生坯狀態(tài)的表面外觀的測(cè)量結(jié)果示于表9中。使用根據(jù)本發(fā)明的粉末金屬組合物獲得了比使用參比組合物具有優(yōu)異表面外觀和較低脫模能的壓制件。
表9.密度、脫模能和表面外觀 表10
權(quán)利要求
1.包含鐵基粉末和潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物，其中所述潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑包含如下通式的至少一種仲酰胺
R1-NH-CO-R2
其特征在于R1和R2相同或不同，是直鏈或帶支鏈的、飽和或不飽和的脂族烴基。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中R1和R2獨(dú)立地包含10-24個(gè)碳原子。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，其中R1和R2選自烷基和鏈烯基。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述烷基選自癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基、二十四烷基。
5.如權(quán)利要求3所述的組合物，其中所述鏈烯基選自癸烯基、十一碳烯基、十二碳烯基、十三碳烯基、十四碳烯基、十五碳烯基、十六碳烯基、十七碳烯基、十八碳烯基、十九碳烯基、二十碳烯基、二十一碳烯基、二十二碳烯基、二十三碳烯基、二十四碳烯基。
6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其中所述仲酰胺選自油烯基棕櫚酸酰胺、硬脂基硬脂酸酰胺、油烯基硬脂酸酰胺、硬脂基油酸酰胺、油烯基油酸酰胺、硬脂基芥酸酰胺、油烯基芥酸酰胺、二十二碳烯基硬脂酸酰胺、二十二碳烯基油酸酰胺、二十二碳烯基芥酸酰胺、木蠟基月桂酸酰胺、木蠟基硬脂酸酰胺。
7.如權(quán)利要求1所述的組合物，其還包含至少一種伯酰胺。
8.如權(quán)利要求7所述的組合物，其中所述伯酰胺是具有12-24個(gè)碳原子的飽和或不飽和的直鏈脂肪酸的酰胺。
9.如權(quán)利要求7所述的組合物，其中所述伯酰胺選自棕櫚酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺、山崳酸酰胺和芥酸酰胺。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑呈顆粒狀。
11.如權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述潤(rùn)滑劑包含所述至少一種仲酰胺和至少一種伯酰胺的熔融并隨后固化的顆?；旌衔?。
12.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述組合物是粘合的混合物。
13.如權(quán)利要求12所述的組合物，其中所述至少一種仲酰胺用作粘結(jié)劑。
14.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的組合物，其中鐵基粒子由絕緣的無(wú)機(jī)涂層包圍著。
15.一種制造生坯的方法，包括
將如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的粉末金屬組合物壓制成壓制體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括熱處理或燒結(jié)步驟。
17.一種制造粘合的鐵基粉末組合物的方法，包括
將鐵基粉末與如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的至少一種仲酰胺混合；
將所述混合物加熱到所述至少一種仲酰胺的熔點(diǎn)以上的溫度。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述混合物還包含至少一種伯酰胺，并且所述加熱溫度低于所述伯酰胺的熔點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑作為鐵基粉末的潤(rùn)滑和/或粘結(jié)試劑的用途。
20.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的潤(rùn)滑劑作為模具壁潤(rùn)滑劑的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含鐵基粉末和含有至少一種通式R1－NH－CO－R2的仲酰胺的潤(rùn)滑劑和/或粘結(jié)劑的粉末金屬組合物，其中R1和R2相同或不同，是直鏈或帶支鏈的、飽和或不飽和的脂族烴基。本發(fā)明還涉及一種由本發(fā)明的粉末金屬組合物制造生坯的方法，一種制造粘合的鐵基粉末組合物的方法，以及所述至少一種仲酰胺作為鐵基粉末的潤(rùn)滑和/或粘結(jié)試劑的用途和用作模具壁潤(rùn)滑劑的用途。
文檔編號(hào)C22C33/02GK101022903SQ20058003116
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者A·阿赫林, M·拉姆斯泰特 申請(qǐng)人:霍加納斯股份有限公司