專利名稱：粉末冶金用鐵基粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適合粉末冶金(powder metallurgy)用途的鐵基粉末(iron-based powder)及其制造方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金技術(shù)是使用模具將作為原料的金屬基粉末壓縮成形，并將所得壓粉體燒 結(jié)而得到制品(燒結(jié)體)的技術(shù)。粉末冶金技術(shù)由于能夠以極高的尺寸精度生產(chǎn)復(fù)雜形狀的機(jī)械部件，因此可以大 幅降低該機(jī)械部件的制造成本。因此，將應(yīng)用粉末冶金技術(shù)制造的各種機(jī)械部件利用在多 個(gè)方面。而且最近，機(jī)械部件的小型化或輕量化的要求逐漸提高，因而正在研究各種用于制 造小型、輕量且具有足夠的強(qiáng)度的機(jī)械部件的粉末冶金用原料粉。例如，在日本特開平1-219101號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)、日本特開平2-217403號公 報(bào)(專利文獻(xiàn)2)及日本特開平3-162502號公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)中，公開了使用粘合劑使合 金用粉末附著在純鐵粉或合金鋼粉(alloysteel powder)的表面上(稱為“防偏析處理”) 的粉末冶金用原料粉。這種以鐵為主體的粉末(以下稱為鐵基粉末)，通常添加副原料粉末 (例如銅粉、石墨粉、磷化鐵粉、硫化錳粉等)及潤滑劑(lubricant 例如硬脂酸鋅、硬脂酸 鋁等)，并將所得的混合粉末(mixed powder或powdermixture)提供給機(jī)械部件的制造。這里，作為鐵基粉末的原料的純鐵粉或合金鋼粉，根據(jù)其制造方法的不同有霧化 鐵粉、還原鐵粉等。雖然也將純鐵粉稱為鐵粉，但在由制造方法劃分的上述分類中，鐵粉為 包括合金鋼粉的廣義上的含義。下面只要沒有特別說明，則鐵粉是指廣義上的鐵粉。這里， 合金鋼粉除包括預(yù)合金的情況外，還包括部分合金化鋼粉、混合合金化鋼粉。但是，鐵基粉末、副原料粉末及潤滑劑的特性(即形狀、粒徑等)各不相同，因此混 合粉末的流動性不均勻。因此，產(chǎn)生了如下(a) (c)的問題(a)在向用于儲存混合粉末的加料斗輸送的中途受到產(chǎn)生的振動、落下的影響，鐵 基粉末、副原料粉末、潤滑劑局部地不均勻分布。由流動性的不同引起的這種分布不均，即 使通過上述防偏析處理也不能完全地防止；(b)由于投入到加料斗中的混合粉末的粒子間產(chǎn)生較大的間隙，因此混合粉末的 表觀密度(apparent density)降低；(c)堆積在加料斗下部的混合粉末的表觀密度隨時(shí)間的推移(即受到重力的影 響)而上升，另一方面，在加料斗上部以表觀密度低的狀態(tài)儲存，因此，在加料斗的上部和 下部，混合粉末的表觀密度變得不均勻。在這種混合粉末中，難以大量地制造具有均勻的強(qiáng)度的機(jī)械部件。為了解決上述(a) (C)的問題，需要提高鐵基粉末、副原料粉末、潤滑劑的混合 粉末的流動性。因此，在日本特開平5-148505號公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)中，公開了以具有規(guī)定范圍的 粒徑的鐵粉為主體的鐵基粉末。但是，在該技術(shù)中，由于不能使用偏離規(guī)定范圍的鐵粉，因此不僅鐵粉的成品率降低，而且難以使鐵基粉末均勻且充分地充滿齒輪齒這樣薄壁的腔。另一方面，美國專利US 3357818號公報(bào)(專利文獻(xiàn)5)中，作為改善冶金用粉末 (metallurgical powder)的流動性的方法，公開了以有機(jī)潤滑劑的約25%添加極微細(xì)粒狀 白勺無機(jī)化合物(finest grained inorganiccompounds)、特另Ij是氧化物(oxide compounds) (優(yōu)選粒徑Ιμπι以下)的技術(shù)。作為上述無機(jī)化合物，可以例示硅酸(silic acid)、二氧 化鐵(titaniumdioxide)、二氧化,告(zirconium dioxide)、碳化娃(silicon carbide)、氧 化鐵(Fe2O3)等。另外，日本特表2002-515542號公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)中，公開了以改善粉末冶金用 鐵粉的流動性為目的而含有0. 005 2重量％的小于500nm的SiO2等金屬氧化物的鐵粉。 而且，作為防偏析處理，上述公報(bào)介紹了使用纖維素等樹脂作為粘合劑的濕式法(在自然 的液體狀態(tài)或溶解于溶劑的狀態(tài)下使粘合劑附著在鐵粉上，然后除去溶劑等液體成分的方 法)，并且優(yōu)選在除去上述液體成分后將上述金屬氧化物干式混合的方法。

發(fā)明內(nèi)容
但是，通過本發(fā)明人的研究而重新作出了以下判斷。S卩，專利US3357818號公報(bào) (專利文獻(xiàn)5)、日本特表2002-515542號公報(bào)(專利文獻(xiàn)6)所記載的各種微細(xì)粒子中，使 燒結(jié)體的機(jī)械特性降低的微細(xì)粒子(例如SiO2)較多，因此并不適合盲目地添加。本發(fā)明以解決上述的問題為目的。S卩，本發(fā)明的目的在于，提供流動性優(yōu)良、能夠 均勻地填充于薄壁的腔中、并且燒結(jié)體的機(jī)械特性沒有降低的粉末冶金用鐵基粉末。并且，通過本發(fā)明人的研究而重新作出了以下判斷。即，在實(shí)際應(yīng)用上，難以為了 作用于大部分的鐵粉，而將為了改善流動性而添加的極微細(xì)的粒子充分混合。因此，現(xiàn)有的 方法沒有充分發(fā)揮出流動性改善劑的能力。因此，本發(fā)明的目的在于，在本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的方式中解決上述問題，提供更 好地發(fā)揮流動性改善劑的效果的鐵基粉末的制造方法及鐵基粉末。本發(fā)明如下所述。(1) 一種粉末冶金用鐵基粉末，其特征在于，通過粘合劑使流動性改善粒子附著在 鐵粉的表面上而形成。這里所說的鐵粉包括合金鋼粉，是上述廣義上的鐵粉。而且，粘合劑使副原料粉末 (特別是合金用粉末)的至少一部分附著在鐵粉上即可。(2)如上述(1)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉中小于50質(zhì)量％的鐵 粉沒有粘合劑。例如，對第一鐵粉實(shí)施防偏析處理后，混合沒有實(shí)施防偏析處理的第二鐵粉，此 時(shí)，該第二鐵粉相當(dāng)于“沒有粘合劑的鐵粉”。(3)如上述(1)或(2)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉通過預(yù)先用潤 濕改善劑處理其表面而改善了與所述粘合劑的潤濕性。這里，“通過使用潤濕改善劑處理鐵粉的表面來改善與所述粘合劑的潤濕性”，具 體而言是指使用所述潤濕改善劑將鐵粉表面包覆成顯示出潤濕改善效果的程度。(4)如上述⑴ ⑶中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述流動性改 善粒子的熔點(diǎn)為1800°C以上，并且在燒結(jié)鐵基粉末成形體時(shí)，這些流動性改善粒子之間沒
4有燒結(jié)。這里，所述流動性改善粒子為選自1102、六1203、&02、0203及2110的1種或2種以 上，并且所述流動性改善粒子的平均粒徑在5 500nm的范圍內(nèi)。(5)如上述⑴ (4)中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述流動性改 善粒子為PMMA和/或PE，并且所述流動性改善粒子的平均粒徑在5 500nm的范圍內(nèi)。可以同時(shí)添加上述⑷中所述的流動性改善粒子和上述(5)中所述的流動性改善 粒子。(6)如上述⑴ (5)中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述粘合劑為 選自硬脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸單酰胺及乙撐雙硬脂酰胺的1種或2種以上。(7)如上述⑴ (6)中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉為霧 化鐵粉和/或還原鐵粉。(8)如上述⑴ (7)中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，以相對于所述 鐵粉100質(zhì)量份為0. 01 0. 3質(zhì)量份的比例混合所述流動性改善粒子。(9) 一種鐵基粉末的制造方法，是至少含有鐵粉和流動性改善粒子的鐵基粉末的 制造方法，具有至少使粘合劑附著在所述鐵粉的至少一部分上(將其作為原料粉A)的工 序；不添加粘合劑而將所述流動性改善粒子混合到所述鐵基粉末的部分原料粉末中的工序 (將其作為原料粉B)；和然后向原料粉A(附著了所述粘合劑的鐵粉)中添加原料粉B(所 述鐵基粉末的部分原料粉末與所述流動性改善粒子的混合物)、并進(jìn)行混合的工序。(10) 一種鐵基粉末的制造方法，其中，具有至少使粘合劑附著在第一鐵粉上的 工序；將流動性改善粒子混合到?jīng)]有附著粘合劑的第二鐵粉中的工序；和然后將所述第一 鐵粉與所述第二鐵粉(包含流動性改善粒子)混合的工序。并且，上述(10)的發(fā)明是上述(9)的發(fā)明的最優(yōu)選的實(shí)施方式。這里，“至少使粘 合劑附著在鐵粉的至少一部分上、或第一鐵粉上的工序”的代表是防偏析處理。因此，通過 該處理，副原料粉末(特別是合金用粉末)的至少一部分可以附著在鐵粉上。


圖1是表示本發(fā)明的鐵基粉末的外觀的一例的說明圖。圖2A、圖2B及圖2C是表示流動性改善粒子向鐵基粉末表面的附著程度的評價(jià)例 的電子顯微鏡照片(依次為“良”、“差”、“無”)。圖3是示意地表示填充試驗(yàn)裝置的主要部位的立體圖。標(biāo)記的說明1霧化鐵粉
2流動性改善粒子
11腔(cavity)
12鐵基粉末
13粉箱
14容器
15移動方向
具體實(shí)施例方式以下說明本發(fā)明優(yōu)選的方式。除了與流動性改善粒子的混合有關(guān)的部分之外，可 以應(yīng)用公知的粉末冶金用粉末(還包括原料和添加物的選擇)及其制造方法(還包括順 序、裝置)(例如日本特開2005-232592號公報(bào)等中公開的技術(shù))。(鐵基粉末的制造方法)首先，使用混合裝置，將鐵粉和合金成分與粘合劑一起加熱并混合，制造粉末冶金 用鐵基粉末(防偏析處理的一種)。流動性改善粒子在該防偏析處理之后添加，并利用混合 裝置在干式狀態(tài)下混合。這里，可以將切削性改善劑等其它的副原料與合金成分一起添加，并與粘合劑一 同加熱、混合。副原料一般為約Iym 約20 μπι的粉末。作為合金成分，代表性的為石墨 粉、Cu粉、Ni粉、Cr粉、W粉、Mo粉、Co粉等，作為切削性改善用粉末，代表性的為MnS粉、 CaF2粉、磷酸鹽粉、BN粉等。而且，也可以將熔點(diǎn)高于上述加熱溫度的潤滑劑與合金成分在 同一時(shí)期添加。并且，優(yōu)選在上述防偏析處理后為了進(jìn)一步確保成形性而添加粉末的潤滑劑(稱 為游離潤滑劑)。各種潤滑劑也可以從公知的物質(zhì)中適當(dāng)選擇。優(yōu)選向防偏析處理后的鐵 粉(鐵基粉末)中同時(shí)添加流動性改善粒子和游離潤滑劑并進(jìn)行混合。作為混合裝置，從攪拌力的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選作為機(jī)械攪拌式混合裝置的一種的高速 混合機(jī)。但是，混合裝置可以根據(jù)鐵基粉末的制造量、所需要的流動性等適當(dāng)選擇。作為具體的順序，在高速混合機(jī)中裝入規(guī)定量的鐵粉，再向其中添加石墨、Cu粉等 合金成分和粘合劑。投入了這些原料后，開始加熱、混合。高速混合機(jī)的旋轉(zhuǎn)葉片的轉(zhuǎn)速，根 據(jù)該混合機(jī)的混合槽的大小、旋轉(zhuǎn)葉片的形狀而不同，但一般優(yōu)選以旋轉(zhuǎn)葉片前端的圓周 速度計(jì)為約Im/秒 約IOm/秒。加熱混合至混合槽內(nèi)的溫度達(dá)到粘合劑的熔點(diǎn)以上，并在 熔點(diǎn)以上的溫度下混合約1分鐘 約30分鐘。在充分混合這些原料后，使混合槽內(nèi)冷卻。 在冷卻過程中粘合劑固化，此時(shí)使合金成分等副原料附著在鐵粉的表面。粘合劑從公知的粘合劑中適當(dāng)選擇即可，其種類可以使用加熱熔融的粘合劑、或 加熱而暫時(shí)熔融后再通過冷卻固化的粘合劑中的任意一種。其中，優(yōu)選固化后具有潤滑性 的粘合劑。其原因在于，使粉體粒子間的摩擦力降低，改善粉體的流動性，進(jìn)而促進(jìn)成形初期 的粒子重排。具體而言，使用金屬皂、酰胺蠟、聚酰胺、聚乙烯、氧化聚乙烯等。特別優(yōu)選硬 脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸酰胺和乙撐雙硬脂酰胺。這些粘合劑可以單獨(dú)使用，也 可以2種以上混合使用。優(yōu)選的添加量相對于100質(zhì)量份的鐵粉為約0. 05質(zhì)量份 約0. 8 質(zhì)量份。另一方面，鐵粉根據(jù)其制造方法的不同而存在各種鐵粉，考慮其成形性、成形體的 特性、燒結(jié)體的特性，優(yōu)選使用水霧化鐵粉、還原鐵粉。這些鐵粉的粒子表面存在凹凸，在壓 粉時(shí)，由于它們咬合因而成形體及燒結(jié)體的強(qiáng)度提高。鐵粉只要在上述定義的范圍內(nèi)、即為 純鐵粉或合金鋼粉(包括部分合金化鋼粉、混合合金化鋼粉)，則沒有特別的限定。并且，純 鐵粉含98%以上的鐵且余量為雜質(zhì)。合金鋼粉總計(jì)含有約10%以下的Mn、Cu、Mo、Cr、W、 Ni、P、S、V和Si等合金成分。另外，將事先在鋼水中添加合金組成的方法稱為預(yù)合金化，將 通過擴(kuò)散反應(yīng)使含有合金成分的粒子與鐵粉表面結(jié)合的方法稱為部分合金化，將進(jìn)行預(yù)合金化及部分合金化兩者的方法稱為混合合金化。并且，鐵粉的粒徑一般以平均粒徑計(jì)在60 μ m 100 μ m的范圍內(nèi)(通過日本粉末 冶金工業(yè)會標(biāo)準(zhǔn)JPMA P02-1992所規(guī)定的篩分法得到的值)。(利用潤濕改善劑的潤濕改善處理)上述粘合劑在其熔點(diǎn)以上熔融，并將混合槽內(nèi)的原料粉體的各粒子表面潤濕。由 于水霧化鐵粉、還原鐵粉的表面存在凹凸，因此存在粘合劑在該凹凸上局部地滯留的傾向。 因此，鐵粉表面的粘合劑的分布不均勻。為了使粘合劑的分布均勻，需要改善鐵粉表面與粘 合劑的潤濕性。因此，為了改善鐵粉表面與粘合劑的潤濕性而優(yōu)選使用潤濕改善劑。作為利用潤濕改善劑的有效處理方法，在防偏析處理前(加熱混合粘合劑、鐵粉 和其它合金成分之前)，至少預(yù)先在鐵粉表面包覆潤濕改善劑。在使用硅烷偶聯(lián)劑的情況 下，向混合槽中裝入鐵粉，然后向其中投入硅烷偶聯(lián)劑(液狀)并在室溫下攪拌約1分鐘 10分鐘即可。然后，投入粘合劑、其它的合金成分并加熱混合。相對于鐵粉100質(zhì)量份，優(yōu) 選的包覆量為約0. 005質(zhì)量份 約0. 1質(zhì)量份。作為其它的潤濕改善劑，可以考慮乙炔二醇類表面活性劑或多元醇類表面活性 劑，這些均為液體，處理方法和適當(dāng)包覆量與硅烷偶聯(lián)劑的情況相同。但攪拌處理?xiàng)l件可根 據(jù)各潤濕改善劑來進(jìn)行調(diào)整。作為攪拌裝置，優(yōu)選使用攪拌力(攪拌速度)高的裝置，優(yōu)選 例如亨舍爾混合機(jī)、高速混合機(jī)等旋轉(zhuǎn)葉片混合機(jī)，或者具有與上述攪拌機(jī)同等以上的攪 拌力的裝置。(流動性改善粒子)本發(fā)明中使用的流動性改善粒子是具有改善霧化鐵粉的流動性的效果的微細(xì)的 粉末。在本發(fā)明中，考慮到不使燒結(jié)體的機(jī)械特性降低的觀點(diǎn)，使用下述兩類粒子作為流動 性改善粒子。(A)優(yōu)選熔點(diǎn)為1800°C以上的粒子(優(yōu)選無機(jī)化合物，特別優(yōu)選無機(jī)氧化物。具 體而言，優(yōu)選Ti02、A1203、ZrO2, Cr2O3及ZnO中的1種或2種以上，特別是最優(yōu)選TiO2)；(B)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及聚乙烯(PE)中的1種或2種。通常已知若粉末粒子的表面存在細(xì)小的凹凸，則粒子間的接觸面積減少，粒子間 的附著力減小。雖然水霧化鐵粉、還原鐵粉的表面上也存在凹凸，但其曲率較小，為0. 1 50 μ πΓ1，因而在減小附著力方面不充分。通過使上述流動性改善粒子附著在鐵粉表面，能夠 充分降低粒子間的附著力。但是，微細(xì)粒子中存在使燒結(jié)體的強(qiáng)度、韌性等機(jī)械特性降低的物質(zhì)6102等)，因 此并不是可以使用任何物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明人的研究可知，屬于上述(A)和(B)組的粒子沒 有使燒結(jié)體的機(jī)械特性降低。本發(fā)明人對上述粒子沒有使機(jī)械特性降低的原因進(jìn)行了如下 推測。熔點(diǎn)低于1800°C的粒子因燒結(jié)(900°C 1400°C )而熔化或軟化，因而配合粒子間 的間隙而變形為銳角，增強(qiáng)了對機(jī)械特性的不良影響。另一方面，認(rèn)為若如(A)組這樣熔點(diǎn) 在1800°C以上，則粒子維持接近最初的(相對地)球形的狀態(tài)，不會給機(jī)械特性帶來不良影 響。并且認(rèn)為由于(B)組為有機(jī)物，燒結(jié)時(shí)分解消失，因此其對機(jī)械特性的不良影響小。并且，(A)組中優(yōu)選無機(jī)物、特別是氧化物的原因是容易獲得高熔點(diǎn)的物質(zhì)。而且， 在(A)組中優(yōu)選Ti02、Al2O3、&02、Cr2O3及ZnO中的1種或2種以上，從實(shí)驗(yàn)和研究的結(jié)果判斷特別優(yōu)選Ti02。(B)組中，從粒徑、粒子的硬度等研究結(jié)果判斷，有機(jī)物中特別優(yōu)選PMMA 禾口 PE0流動性改善粒子通過粘合劑附著在鐵粉上。一直以來，為了使極微細(xì)的粒子充分 分散并附著在其它的粒子上，需要按照如下順序操作使該微細(xì)粒子在液體中分散，使用該 液體包覆粒子，然后使液體成分蒸發(fā)。但是，根據(jù)本研究可知，在鐵粉中添加粘合劑后，在干 式狀態(tài)下混合極微細(xì)粒子，并使其通過粘合劑而附著在鐵粉上，能夠充分地降低流動性。這 認(rèn)為是由下述因素引起的流動性改善粒子容易附著在粘合劑的表面；粘合劑的露出部使其與其它粒子的流動性變差，粘合劑的表面上由粒子所賦予的 凸部對流動性改善產(chǎn)生特別好的效果。并且，在本發(fā)明的方式中，上述例示的加熱熔融并進(jìn)行包覆的粘合劑比其它粘合 劑(例如在溶劑中熔化等之后進(jìn)行包覆的粘合劑)更優(yōu)選。這認(rèn)為是因?yàn)榧訜崛廴谛偷恼?合劑比流動性粒子的吸附力強(qiáng)。優(yōu)選流動性改善粒子的平均粒徑為5nm以上。流動性改善粒子的平均粒徑小于 5nm時(shí)，有可能埋沒到鐵粉表面的凹凸或鐵粉表面存在的潤滑劑中。另外，這些微粒雖然聚 集地存在，但若過細(xì)則聚集體直接附著在鐵粉表面，不優(yōu)選。而且，通常微粒的制造成本為 微粒越細(xì)成本越高。另外，優(yōu)選使流動性改善粒子的平均粒徑為500nm以下。若超過500nm，則與最初 鐵粉表面上存在的凹凸的曲率相同，特意使這些粒子附著的意義顯著降低。另外，特別是上 述(A)的流動性改善粒子在燒結(jié)時(shí)沒有分解，而按原樣存在于燒結(jié)體中。它們也可以看作 是鋼中的夾雜物，若其大小過大，則使燒結(jié)體的強(qiáng)度降低。流動性改善粒子的平均粒徑更優(yōu) 選為IOOnm以下。從以上原因出發(fā)，優(yōu)選流動性改善粒子的平均粒徑在5 500nm的范圍內(nèi)。并 且，流動性改善粒子的粒徑使用下述值對于上述(A)使用通過BET比表面積測定、以粒 子形狀為球形而求出的粒徑；對于上述(B)使用通過以乙醇作為分散介質(zhì)的微跟蹤法 (microtrack method)測定的值。為了得到顯著的流動性改善效果，優(yōu)選使流動性改善粒子的添加量相對于鐵粉 100質(zhì)量份為0.01質(zhì)量份以上。更優(yōu)選為0.05質(zhì)量份以上。另一方面，優(yōu)選使流動性改善 粒子的添加量相對于鐵粉100質(zhì)量份為0. 3質(zhì)量份以下。若超過0. 3質(zhì)量份，則在相同壓 力下成形時(shí)，壓粉體的密度降低，結(jié)果燒結(jié)體的強(qiáng)度降低，因而不優(yōu)選。更優(yōu)選為0. 2質(zhì)量 份以下。因此，優(yōu)選流動性改善粒子的添加量相對于鐵粉100質(zhì)量份在0. 01質(zhì)量份 0. 3 質(zhì)量份的范圍內(nèi)。添加流動性改善粒子的效果是，在鐵粉表面設(shè)置細(xì)小的凹凸，減少粒子間的接觸 面積，使附著力下降。而且，還具有阻礙鐵粉表面上的粘合劑間的附著的效果。關(guān)于本發(fā)明 的鐵基粉末的一例，將模式圖在圖1中示出?？芍鲃有愿纳屏Ｗ釉陟F化鐵粉1的表面分 散、附著。并且，通過由EPMA測得的C分布及氧化物的金屬元素分布確認(rèn)了流動性改善粒 子的附著部存在粘合劑。(沒有粘合劑的鐵粉的添加)
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作為本發(fā)明的另一實(shí)施方式，是包含沒有粘合劑的鐵粉的鐵基粉末?？紤]上述流 動性改善粒子的作用原理，可以認(rèn)為沒有附著粘合劑的鐵粉的流動性優(yōu)良。本發(fā)明基于該 觀點(diǎn)，使鐵粉中小于50質(zhì)量％的鐵粉沒有粘合劑。這種鐵基粉末可以通過在實(shí)施了偏析處 理的鐵粉中混合沒有實(shí)施偏析處理的鐵粉而得到。添加時(shí)優(yōu)選的鐵粉的平均粒徑的范圍與 上述一般的鐵粉的情況相同。表面沒有粘合劑(裸露表面的)的鐵粉的量相對于全部鐵粉小于50質(zhì)量％。若 沒有粘合劑的鐵粉為50質(zhì)量％以上，則成形時(shí)脫模力增大，某些情況下產(chǎn)生咬?，F(xiàn)象，成 形體上有可能產(chǎn)生缺損。進(jìn)一步優(yōu)選沒有粘合劑的鐵粉為20質(zhì)量％以下。而且，從得到顯 著的效果的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選添加5質(zhì)量％以上，進(jìn)一步優(yōu)選添加10質(zhì)量％以上。而且，作為預(yù)想之外的效果，通過在沒有粘合劑的鐵粉中首先混合流動性改善粒 子，然后與添加了粘合劑的(即防偏析處理后的)鐵粉混合，能夠進(jìn)一步改善流動性。其原 因尚不清楚，但推測一個(gè)原因是，由于裸露表面的鐵粉具有粉碎流動性改善粉末的聚集體 的防聚集效果，因此流動性改善粒子更加均勻地分散在整體中。期待即使用鐵粉以外的其它原料粉末(例如Cu粉末等合金用粉末、切削性改善用 粉末等)代替沒有粘合劑的粒子也能得到該機(jī)制。即，不添加粘合劑，而將上述流動性改善 粒子混合到不限于鐵粉的鐵基粉末的部分原料粉末中(例如將其作為原料粉末B)，然后向 實(shí)施了防偏析處理的鐵粉(作為原料粉末A)中添加上述原料粉末B并進(jìn)行混合，由此應(yīng)該 能得到類似的效果。當(dāng)然，原料粉末B所使用的原材粉末不限于1種，還可以包括全部特定 的副原料粉末。并且，最優(yōu)選使用鐵粉作為上述原料粉末B中的沒有粘合劑的粒子。這是因?yàn)榇?在以下優(yōu)點(diǎn)由于粒子的質(zhì)量大且添加量也多，因此粉碎力強(qiáng)；與其它的原料粉末不同，即 使沒有粘合劑也不用擔(dān)心偏析等。(其它)本發(fā)明的鐵基粉末中除鐵以外的組合物(作為合金鋼粉含有的物質(zhì)、以及通過粘 合劑附著的物質(zhì))的含量相對于鐵粉100質(zhì)量份為10質(zhì)量份以下。在粉末冶金中應(yīng)用本 發(fā)明的鐵基粉末時(shí)，在填充模具并進(jìn)行壓縮成形之前，還可以自由地添加、混合副原料粉末 (合金用粉末、切削性改善用粉末等)來調(diào)整燒結(jié)體的組成等。實(shí)施例(實(shí)施例1)使用亨舍爾型高速混合機(jī)將表1所示的各粘合劑和表1所示的鐵粉、石墨粉、Cu 粉等加熱、混合，并冷卻至60°C。然后，添加表2及表1所示的各種流動性改善粒子和有利 潤滑劑并進(jìn)行混合。并且，流動性改善粒子的物性如表3所示。而且，在部分試樣(No. 12、 No. 13)中使用了預(yù)先在上述優(yōu)選條件下用硅烷偶聯(lián)劑(苯基三甲氧基硅烷)實(shí)施過潤濕改 善處理的鐵粉。使用掃描電子顯微鏡(SEM)對所得的各鐵基粉末的表面進(jìn)行觀察，評價(jià)流動性改 善粒子的附著狀態(tài)。將拍攝的鐵基粉末表面的照片的例子示出于圖2A 圖2C，并一同示出 其評價(jià)的結(jié)果。圖2A的〇(良Good)表示本發(fā)明充分的狀態(tài)，圖2B的Δ (差Poor)及圖 2C的X (無None)表示不充分的狀態(tài)。利用圖3所示的填充試驗(yàn)機(jī)對如上得到的鐵基粉末的填充性進(jìn)行評價(jià)。該評價(jià)如下進(jìn)行從粉箱13向設(shè)置于容器14中的長20mm、深40mm、寬0. 5mm的腔11中填充鐵基粉 末。粉箱13在填充了各鐵基粉末后，沿圖中箭頭的移動方向15往復(fù)移動，其移動速度為 200mm/秒，粉箱在腔11上的保持時(shí)間為0. 5秒。以填充前的表觀密度的百分比表示填充后 的填充密度(填充重量/腔體積)，并將其作為填充率(填充率100%表示完全填充)，反復(fù) 進(jìn)行10次相同的試驗(yàn)，以填充率的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示其填充偏差。將結(jié)果示于表2。另外，在模具中填充各鐵基粉末并加壓(成形壓力686MPa)，成形為厚5mm的拉伸 試驗(yàn)片的形狀，然后在RX氣體氣氛下進(jìn)行燒結(jié)(燒結(jié)溫度1130°C，燒結(jié)時(shí)間20分鐘)，制 作拉伸試驗(yàn)片。將拉伸試驗(yàn)的結(jié)果一同示于表2。本發(fā)明例的流動性改善粒子的附著狀態(tài)均良好，而且均顯示出良好的填充偏差。 而且燒結(jié)體的強(qiáng)度也良好。并且，在相同條件下，在使用TiO2作為流動性改善粒子的情況下，填充的偏差最 小。而且可知，若進(jìn)行潤濕改善處理，則燒結(jié)體的強(qiáng)度得到改善，流動性整體地稍有改善。并且，沒有添加流動性改善粒子的No. 17及流動性改善粒子沒有充分附著于鐵粉 表面的No. 18的填充偏差均較大。另外，使用了熔點(diǎn)為1450°C的SiO2作為流動性改善粒子的No. 20，流動性雖然良 好，但燒結(jié)體的強(qiáng)度顯著降低。表 1
沒有添加*1)相對于鐵粉+合金(石墨、Cu、Ni、Mo)粉末100質(zhì)量份的值(相對于鐵粉100 質(zhì)量份的值的97. 4% (No. 21為98. 2% ))*2) JIP(tm)300A 杰富意鋼鐵株式會社制霧化鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m*3) JIP(tm)255M 杰富意鋼鐵株式會社制還原鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m*4)預(yù)合金化了 0. 45%質(zhì)量份Mo的霧化鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m*5) SGM10CU-304 將10%質(zhì)量份Cu部分?jǐn)U散接合的霧化鐵粉表2
沒有添加*1)相對于鐵粉+合金(石墨、Cu、Ni、Mo)粉末100質(zhì)量份的值(相對于鐵粉100 質(zhì)量份的值的97. 4% (No. 21為98. 2% ))*2)利用SEM像進(jìn)行的流動性改善粒子的附著狀態(tài)的目視評價(jià)表3
流動性 改善 粒子制造商商品名密度 (Ig/m3)AD (表觀密度) (lg/m3)BET比 表面積 (mVg)平均 粒徑 (U III)單一粒徑 (nm)熔點(diǎn) Ce)TiO2石原產(chǎn)業(yè)株式會社A-1003. 7-3. 90. 2237. 20. 261800Al2O3曰本7工口 ·/ Jl·Alu C4.00.05100132300ZrO2m”株式會社F-36.00. 1200. 1503000Cr2O35. 22400ZnOm”株式會社F-35. 70. 1200. 1502000 空白欄未確認(rèn)(實(shí)施例2)使用亨舍爾型高速混合機(jī)將表4所示的各粘合劑和表4所示的鐵粉、石墨粉、Cu粉 等加熱、混合，并冷卻至60°C，然后投入表4所示的沒有附著粘合劑的鐵粉和表5所示的游 離潤滑劑及流動性改善粒子。在No. 31 33及No. 36 40中，流動性改善粒子預(yù)先與沒 有粘合劑的鐵粉混合，然后再與附著了粘合劑的鐵粉(上述的加熱、混合后冷卻至60°C的 鐵粉)混合；在No. 34及No. 35中，流動性改善粒子和沒有粘合劑的鐵粉不預(yù)先進(jìn)行上述的 混合，而分別與附著了粘合劑的鐵粉混合。在No. 40中，對于添加了粘合劑的鐵粉，與實(shí)施 例1同樣地實(shí)施潤濕改善處理。然后，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行了研究。將結(jié)果示于表5。并且，利用掃描電子顯微 鏡(SEM)進(jìn)行的流動性改善粒子附著情況的判定全部為〇(良Good)。發(fā)明例均顯示出良好的填充性。而且，在相同條件下進(jìn)行比較時(shí)，預(yù)先將流動性改 善粒子與沒有粘合劑的鐵粉混合的情況(No. 31,32)與分別進(jìn)行添加的情況(No. 34,35)相 比，前者的填充性明顯得到改善。表 4 沒有添加*1)相對于鐵粉+合金(石墨、Cu、Ni)粉末100質(zhì)量份的值(相對于鐵粉100質(zhì) 量份的值的97. 4% (No. 38為99. 4% ))*2)JIP(tm)300A 杰富意鋼鐵株式會社制霧化鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m
*3) JIP(tm)255M 杰富意鋼鐵株式會社制還原鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m*4)預(yù)合金化了 2質(zhì)量份Cu的霧化鐵粉，平均粒徑為70 μ m 90 μ m*5)混合預(yù)先使流動性改善粒子與沒有粘合劑的鐵粉混合分別不預(yù)先混合而分 別添加表 5 沒有添加*1)相對于鐵粉+合金(石墨、Cu、Ni)粉末100質(zhì)量份的值(相對于鐵粉100質(zhì) 量份的值的97. 4% (No. 38為99. 4% ))產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，能夠以鐵粉作為原材料制造不使燒結(jié)體的機(jī)械特性降低、具有優(yōu)良 的流動性、且適合粉末冶金用途的鐵基粉末。
權(quán)利要求
一種粉末冶金用鐵基粉末，通過粘合劑使流動性改善粒子附著在鐵粉的表面上而形成。
2.如權(quán)利要求1所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉中小于50質(zhì)量％的鐵粉 沒有粘合劑。
3.如權(quán)利要求1所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉通過預(yù)先用潤濕改善劑 處理其表面而改善了與所述粘合劑的潤濕性。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述流動性改善粒子 的熔點(diǎn)為1800°C以上。
5.如權(quán)利要求4所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述流動性改善粒子為選自Ti02、 A1203、ZrO2, Cr2O3及ZnO的1種或2種以上，并且所述流動性改善粒子的平均粒徑在5 500nm的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述流動性改善粒子 為PMMA和/或PE，并且所述流動性改善粒子的平均粒徑在5 500nm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述粘合劑為選自硬 脂酸鋅、硬脂酸鋰、硬脂酸鈣、硬脂酸單酰胺及乙撐雙硬脂酰胺的1種或2種以上。
8.如權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，所述鐵粉為霧化鐵粉 和/或還原鐵粉。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的粉末冶金用鐵基粉末，其中，以相對于所述鐵粉 100質(zhì)量份為0. 01 0. 3質(zhì)量份的比例混合所述流動性改善粒子。
10.一種鐵基粉末的制造方法，是至少含有鐵粉和流動性改善粒子的鐵基粉末的制造 方法，具有至少使粘合劑附著在所述鐵粉的至少一部分上的工序；不添加粘合劑而將所述流動性改善粒子混合到所述鐵基粉末的部分原料粉末中的工 序；和然后向附著了所述粘合劑的鐵粉中添加所述鐵基粉末的部分原料粉末與所述流動性 改善粒子的混合物、并進(jìn)行混合的工序。
11.一種鐵基粉末的制造方法，其中，具有至少使粘合劑附著在第一鐵粉上的工序；將流動性改善粒子混合到第二鐵粉中的工序；和然后將所述第一 粉與所述第二鐵粉混合的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供粉末冶金用鐵基粉末，其通過粘合劑使流動性改善粒子附著在鐵粉的表面，由此流動性優(yōu)良，能夠均勻地填充于薄壁的腔中，并且脫模力高，能夠成形。
文檔編號B22F1/00GK101896299SQ20078010189
公開日2010年11月24日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者宇波繁, 尾崎由紀(jì)子, 尾野友重, 河野貴史 申請人:杰富意鋼鐵株式會社