專利名稱：粉末冶金組合物的潤(rùn)滑劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金組合物。具體而言，本發(fā)明涉及包含新型微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑的粉末金屬組合物。本發(fā)明還涉及該新型微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑以及制備該潤(rùn)滑劑的方法。
背景技術(shù)：
在粉末冶金工業(yè)(PM工業(yè))中，粉末化的金屬(大多數(shù)通常是鐵基的)被用于制造部件。制造過程包括將模具中的粉末金屬混合物壓實(shí)以形成生坯，將坯塊從模具中脫出， 并在某些溫度下燒結(jié)生坯，并在這些條件下制造出具有足夠強(qiáng)度的燒結(jié)坯塊。通過利用PM 制造途徑，與傳統(tǒng)的由固態(tài)金屬加工部件相比，能夠避免高成本的加工和材料損耗，因?yàn)槟軌蛐纬山K形或者接近終形的部件。PM制造途徑最適于小的、非常復(fù)雜的部件，例如齒輪。為了便于PM零件的制造，可在壓制之前向鐵基粉末中加入潤(rùn)滑劑。通過使用潤(rùn)滑劑，在壓實(shí)階段中，可以減小各個(gè)金屬顆粒之間的內(nèi)部摩擦力。加入潤(rùn)滑劑的另一原因是減小脫模力和壓實(shí)后使生坯從模具中脫模的總能量。潤(rùn)滑不足會(huì)在生坯塊的脫模過程中在模具上留下磨損和劃痕，從而導(dǎo)致工具損壞。潤(rùn)滑不足的問題主要可以通過兩種方式解決，或者增加潤(rùn)滑劑的量，或者選擇更有效的潤(rùn)滑劑。但是增加潤(rùn)滑劑的量會(huì)產(chǎn)生副作用，因?yàn)橥ㄟ^更好的潤(rùn)滑獲得的密度增益由于潤(rùn)滑劑的量增加而抵消。那么更好的選擇就是選擇更有效的潤(rùn)滑劑。授予Vidarsson的美國(guó)專利6395688中描述了制造復(fù)合潤(rùn)滑劑的方法，該復(fù)合潤(rùn)滑劑包含第一潤(rùn)滑劑和第二潤(rùn)滑劑的亞穩(wěn)相，其中第一潤(rùn)滑劑選自飽和或非飽和的脂肪酸酰胺或雙酰胺，第二潤(rùn)滑劑選自脂肪酸雙酰胺類。通過使組分熔融、使該熔體快速冷卻，得到亞穩(wěn)定的潤(rùn)滑相。授予Vidarsson的美國(guó)專利6413919公開了制備潤(rùn)滑劑組合物的方法，包括下述步驟選擇第一潤(rùn)滑劑和第二潤(rùn)滑劑，將這些潤(rùn)滑劑混合，并使該混合物經(jīng)過下述條件使第一潤(rùn)滑劑的表面被第二潤(rùn)滑劑涂覆。日本專利申請(qǐng)2003-338526(公開號(hào)2005-105323)教導(dǎo)了低熔點(diǎn)潤(rùn)滑劑的芯材料
的潤(rùn)滑劑組合物，其表面被高熔點(diǎn)潤(rùn)滑劑顆粒覆蓋。W02007078228描述了一種鐵基粉末組合物，其包含潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑包含芯，芯的表面被微粒碳材料涂覆。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是獲得改進(jìn)的微粒潤(rùn)滑劑。本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下文的描述將是明顯的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了鐵基粉末冶金組合物，其包含鐵或者鐵基粉末以及復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒，所述復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒包含下述物質(zhì)的芯10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺，所述潤(rùn)滑劑顆粒還包含粘附在所述芯上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒，其包含下述物質(zhì)的芯 10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺，所述潤(rùn)滑劑顆粒還包含粘附在所述芯上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了制造復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的方法，包括將10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺混合；使該混合物熔融；將該混合物粉碎，形成復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯； 將至少一種金屬氧化物的納米顆粒粘附在所述芯上。附圖簡(jiǎn)述

圖1是顯示對(duì)于不同的潤(rùn)滑劑組合物在不同的工具模具溫度獲得的生坯密度的圖。圖2是顯示對(duì)于不同的潤(rùn)滑劑組合物在不同的工具模具溫度獲得的脫模能量的圖。圖3是顯示對(duì)于不同的潤(rùn)滑劑組合物在不同的工具模具溫度的靜態(tài)脫模峰值力的圖。圖4是顯示對(duì)于不同的潤(rùn)滑劑組合物在不同的工具模具溫度獲得的生坯強(qiáng)度的圖。圖5是顯示不同的潤(rùn)滑劑復(fù)合物的整體性能的圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的潤(rùn)滑劑復(fù)合物包含至少一種伯脂肪酸酰胺。所述伯脂肪酸酰胺應(yīng)當(dāng)包含多于18個(gè)碳原子并且不多于M個(gè)、例如少于M個(gè)碳原子。如果碳原子數(shù)是18個(gè)或更少， 復(fù)合潤(rùn)滑劑在存儲(chǔ)期間可能形成團(tuán)塊，壓制的部件將具有發(fā)粘的表面。所述至少一種伯脂肪酸酰胺可以選自由花生酸酰胺、芥酸酰胺和山崳酸酰胺組成的組。在復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯中，所述至少一種伯脂肪酸酰胺的濃度為復(fù)合潤(rùn)滑劑重量的5-60%，通常為10-60%，優(yōu)選13-60%，更優(yōu)選15-60 %，或者為10-40重量％，例如 10-30重量％。如果伯脂肪酸酰胺的濃度低于10%，會(huì)損害微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑的組分的潤(rùn)滑性質(zhì)，致使在被壓實(shí)的粉末冶金部件以及壓制模具的表面產(chǎn)生刮痕，而高于60%的濃度則會(huì)使得復(fù)合潤(rùn)滑劑具有發(fā)粘的“質(zhì)地”，導(dǎo)致包含該復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的鐵基粉末冶金組合物的流動(dòng)性、以及復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒本身的流動(dòng)性變差，從而增大了存儲(chǔ)期間形成團(tuán)塊的可能性。伯脂肪酸酰胺的濃度高于60%還會(huì)使被壓實(shí)的部件表面發(fā)粘，導(dǎo)致污染性顆粒粘在被壓實(shí)的部件的表面上。所述復(fù)合物還包含至少一種脂肪酸雙酰胺。脂肪酸雙酰胺可以選自由亞甲基雙油酰胺、亞甲基雙硬脂酰胺、亞乙基雙油酰胺、亞己基雙硬脂酰胺和亞乙基雙硬脂酰胺(EBS) 組成的組。在復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯中，所述至少一種脂肪酸雙酰胺的濃度可以為復(fù)合潤(rùn)滑劑重量的40-95重量％，例如40-90重量％，或60-95重量％，例如60-90重量％，或70-90重量％，或60-87重量%，例如60-85重量%。復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯可以僅由所述至少一種伯脂肪酸酰胺和所述至少一種脂肪酸雙酰胺構(gòu)成，或者，該芯可以包含所述至少一種伯脂肪酸酰胺和所述至少一種脂肪酸雙酰胺之外的一種或多種添加劑。潤(rùn)滑劑芯可以進(jìn)一步具有粘附其上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。所述金屬氧化物可選自由Ti02、Al203、Sn02，Si02，CeA和氧化鈦銦組成的組。所述至少一種金屬氧化物的納米顆?？删哂行∮?00nm、例如小于200nm的初級(jí)粒度。本發(fā)明復(fù)合潤(rùn)滑劑的濃度可為鐵基粉末冶金組合物重量的0.01-2%，通常為 0. 05-2 %，優(yōu)選 0. 2-2 %，更優(yōu)選 0. 2-1 %，例如 0. 4-0. 7 %。潤(rùn)滑劑復(fù)合顆粒可以如下制備將組分(例如脂肪酸酰胺和脂肪酸雙酰胺)熔融在一起，然后進(jìn)行粉碎步驟，產(chǎn)生可以形成所述潤(rùn)滑劑復(fù)合顆粒的芯的離散顆粒。粉碎可以例如使用氣體或者液體介質(zhì)通過熔體的霧化進(jìn)行，或者通過固化混合物的微粒化(例如研磨)進(jìn)行。所獲潤(rùn)滑劑芯?？梢跃哂?-50 μ m、優(yōu)選5-40 μ m的平均粒度。粉碎步驟后，可以將潤(rùn)滑劑復(fù)合物的芯粒與至少一種金屬氧化物的納米顆粒結(jié)合，例如輕輕地混合，使得該納米顆粒粘附在復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯上。金屬氧化物在復(fù)合潤(rùn)滑劑中的濃度可以為復(fù)合潤(rùn)滑劑重量的0. 001-10%，優(yōu)選為0. 01-5%，更優(yōu)選為0. 01-2%。混合步驟可以包括將復(fù)合潤(rùn)滑劑加熱直到低于低熔點(diǎn)組分的熔點(diǎn)的溫度。制造復(fù)合潤(rùn)滑劑的另一可選方法是在不加熱的情況下將脂肪酸酰胺和雙酰胺物理混合。鐵基粉末可以是預(yù)合金化的鐵基粉末，或具有擴(kuò)散-結(jié)合在鐵粒上的合金元素的鐵基粉末。鐵基粉末也可以是基本純的鐵粉或預(yù)合金化的鐵基粉末和選自由Ni、Cu、Cr、Mo、 Mn、P、Si、V、Nb、Ti、W和石墨組成的組的合金元素的混合物。石墨形式的碳是PM工業(yè)中廣泛使用的合金元素，目的是使得最終的燒結(jié)部件具有足夠的機(jī)械性能。通過將碳作為單獨(dú)的組分加入鐵基合金粉末組合物中，鐵基粉末中溶解碳的量會(huì)保持在低水平，從而改善壓縮性。鐵基粉末可以是霧化粉末，例如水霧化的粉末，或者是海綿鐵粉。鐵基粉末粒度的選擇取決于材料的最終用途。鐵或鐵基粉末的顆粒通常具有大于10 μ m、優(yōu)選大于30 μ m、直到500 μ m的重均粒度。如果需要加工燒結(jié)部件，所述粉末冶金組合物可以進(jìn)一步包含一種或多種選自由粘合劑、加工助劑、硬相、機(jī)械性能增強(qiáng)劑組成的組的添加劑。鐵基粉末冶金組合物包含鐵或者鐵基粉末以及復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒。鐵或鐵基粉末可以與復(fù)合潤(rùn)滑劑顆?；旌?。復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒可以與鐵或者鐵基粉末的顆粒結(jié)合在一起，例如，借助粘合劑或不使用附加的粘合劑；但可能優(yōu)選的是，不使復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒與鐵或者鐵基粉末顆粒結(jié)合在一起，即，其中復(fù)合潤(rùn)滑劑是游離微粒形式的非結(jié)合的組合物?？梢园凑諅鹘y(tǒng)的PM技術(shù)將該新型鐵或鐵基粉末冶金組合物壓實(shí)和任選地?zé)Y(jié)。下述實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。
實(shí)施例材料使用下述材料通過將表1所示的物質(zhì)以表2所示的比例混合而制備各種復(fù)合潤(rùn)滑劑。然后將這些物質(zhì)熔融，然后固化并微粒化為15-30 μ m的平均粒度。用0. 3重量％的、初級(jí)粒度小于 200nm的二氧化硅細(xì)粉處理所述微?；牟牧稀Ｊ褂每色@自H5ganaSAB的 Kenolube Pl I 和可獲自HoganaS AB 的 Amide WaxPM已知潤(rùn)滑劑作為對(duì)比材料。Ken0lube Pll是含鋅的有機(jī)潤(rùn)滑劑，Amide Wax PM是基于亞乙基雙硬脂酰胺EBS的有機(jī)潤(rùn)滑劑。為了測(cè)量所述復(fù)合潤(rùn)滑劑和傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑形成團(tuán)塊的傾向，在50°C的溫度、90%的相對(duì)濕度存儲(chǔ)觀天后，將潤(rùn)滑劑在標(biāo)準(zhǔn)315 μ m的篩子上過篩。測(cè)量篩子上殘留的材料的量，結(jié)果公開在表3中。表1.用于形成復(fù)合潤(rùn)滑劑的材料
權(quán)利要求
1.鐵基粉末冶金組合物，包含鐵或鐵基粉末以及復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒，所述復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒包含下述物質(zhì)的芯10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺，所述潤(rùn)滑劑顆粒還包含粘附在所述芯上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述芯包含10-40重量％的至少一種伯脂肪酸酰胺以及60-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的組合物，其中所述芯包含10-30重量％的至少一種伯脂肪酸酰胺以及70-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的組合物，其中所述至少一種脂肪酸雙酰胺選自由亞甲基雙油酰胺、亞甲基雙硬脂酰胺、亞乙基雙油酰胺、亞己基雙硬脂酰胺以及亞乙基雙硬脂酰胺組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的組合物，其中所述至少一種金屬氧化物的納米顆粒選自由Ti02、A1203、SnO2, SiO2, CeO2以及氧化鈦銦組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的組合物，其中金屬氧化物在所述復(fù)合潤(rùn)滑劑中的濃度為 0. 001-10重量％，優(yōu)選0. 01-5重量％，更優(yōu)選為0. 01-2重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的組合物，其中所述納米顆粒具有小于500nm、優(yōu)選小于 200nm的初級(jí)粒度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的組合物，其中所述復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒在組合物中的存在濃度為組合物的0. 01-2重量％，優(yōu)選0. 4-0. 7重量％。
9.微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒，其包含下述物質(zhì)的芯10-60重量％的至少一種具有多于18 個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺，所述潤(rùn)滑劑顆粒還包含粘附在所述芯上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。
10.制造復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的方法，包括將10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于M個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和 40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺混合；將該混合物熔融；將該混合物粉碎，形成復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒的芯；將至少一種金屬氧化物的納米顆粒粘附在所述芯上。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵基粉末冶金組合物，該組合物包含鐵或鐵基粉末以及復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒，該復(fù)合潤(rùn)滑劑顆粒包含下述物質(zhì)的芯10-60重量％的至少一種具有多于18個(gè)而不多于24個(gè)碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一種脂肪酸雙酰胺，所述芯具有粘附在其上的至少一種金屬氧化物的納米顆粒。本發(fā)明還涉及微粒復(fù)合潤(rùn)滑劑和制備該潤(rùn)滑劑的方法。
文檔編號(hào)B22F1/02GK102227274SQ200980147559
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者A·阿爾奎斯特, A·阿赫林, K·奧爾森 申請(qǐng)人:霍加納斯股份有限公司