專利名稱：造粒粉末以及造粒粉末的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造粒粉末及造粒粉末的制造方法。
背景技術(shù)：
作為成型金屬粉末的方法，眾所周知有壓縮成型法，即將金屬粉末與有機粘合劑的混合物填充至預(yù)定的成型模具中，進行壓縮，從而得到預(yù)定形狀的成型體。對得到的成型體進行脫脂處理，除去其中的有機粘合劑，經(jīng)過燒結(jié)金屬粉末的燒結(jié)處理，變成金屬燒結(jié)體。這種技術(shù)是粉末冶金技術(shù)中的一種，由于能夠根據(jù)成型模具的形狀大量制造出復(fù)雜形狀的金屬燒結(jié)體，近年已在許多行業(yè)領(lǐng)域中普及。在壓縮成型方法中，首先需要在成型模具中無空隙地盡量填充金屬粉末。一旦成型模具內(nèi)有空隙，這個空隙會變成空穴殘留在成型體中，最終會損害金屬燒結(jié)體的致密性。此外，作為金屬粉末，一般有使用平均粒徑在10 μ m以下的細微粉末的情況。這樣的細微粉末由于其流動性低，在成型模具中的填充性比較差。因此，通過將金屬粉末與有機粘合劑的混合物造粒成更大的粒子，可以改善流動性。在混合物造粒時，通過有機粘合劑， 金屬粉末中的多個粒子粘結(jié)，形成更大的造粒粉末。造粒粉末與金屬粉末相比，由于流動性更高，因此，在成型模具中的填充性良好，并可以制造致密的成型體和燒結(jié)體。例如，在特許文獻1中，公開了將金屬粉末的造粒粉末壓縮成型并將得到的成型體在1200°C以上的高溫中燒結(jié)得到燒結(jié)體的方法。但是，能夠在1200°C以上溫度下使用的燒成爐，需要特殊的耐熱結(jié)構(gòu)，因此不僅價格高昂，其運轉(zhuǎn)資金也很高。另一方面，在降低燒結(jié)溫度的情況下，會出現(xiàn)燒結(jié)體的密度降低，機械特性差等問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1特開2005-1M847號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種即使在較低的溫度下也能良好地?zé)Y(jié)且可制造高密度燒結(jié)體的造粒粉末以及能夠容易地制造該造粒粉末的造粒粉末制造方法。上述目的通過下述的本發(fā)明實現(xiàn)。本發(fā)明的造粒粉末是通過有機粘合劑粘合多個金屬粒子而形成的造粒粉末，其特征在于，上述有機粘合劑含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇類；上述造粒粉末的表觀密度是上述金屬粒子的真密度的20%以上50%以下。由此，可以得到即使在比較低的溫度下也能良好地?zé)Y(jié)且能夠制造高密度的燒結(jié)體的造粒粉末。
在本發(fā)明的造粒粉末中，上述多元醇類優(yōu)選是甘油。由于甘油在多元醇類中分子量相對較小，且羥基存在比例較高，因此容易進入聚乙烯醇的分子之間，此外甘油還含有許多有利于氫鍵的位置，有助于造粒粉末的致密化。此外，由于甘油具有適度的粘性，能夠更加提高造粒時金屬粉末的粘結(jié)性、成型體的保形性。在本發(fā)明的造粒粉末中，優(yōu)選相對于100重量份上述金屬粒子，上述多元醇類的添加量為0. 01重量份以上、0. 2重量份以下。由此，在能夠使造粒粉末特別致密化、得到高密度的燒結(jié)體的同時，也能夠防止壓縮成型時的應(yīng)力在成型體中蓄積并在成型后隨著變形而釋放的回彈的發(fā)生。 在本發(fā)明的造粒粉末中，優(yōu)選上述有機粘合劑還含有有機胺類或其衍生物。由此，有機胺自發(fā)地吸附在金屬粉末的粒子表面，降低粒子間的摩擦，促進造粒粉末的致密化。此外，由于吸附在粒子表面的有機胺能夠減少粒子與外界空氣的接觸機會，從而能夠提高粒子的耐候性。在本發(fā)明的造粒粉末中，優(yōu)選上述有機胺類是烷基胺、環(huán)烷基胺、烷醇胺及它們的衍生物中的至少1種。由此，將進一步促進造粒粉末的致密化。在本發(fā)明的造粒粉末中，優(yōu)選相對于100重量份上述金屬粒子，上述有機胺類的添加量為0. 001重量份以上、5重量份以下。由此，將促進造粒粉末進一步致密化，進一步提高耐候性。在本發(fā)明的造粒粉末中，優(yōu)選上述造粒粉末中的上述有機粘合劑的含量為0. 1重量％以上、20重量％以下。由此，能夠提高成型時的崩解性及其后的成型體的保形性。其結(jié)果能夠得到密度和尺寸精度優(yōu)異的燒結(jié)體。本發(fā)明的造粒粉末的制造方法的特征在于，通過邊供給含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇類的有機粘合劑的溶液、邊使金屬粉末翻滾及/或流動，從而形成上述金屬粉末的顆粒。由此，能夠很容易地制造即使在比較低的溫度下也能良好地?zé)Y(jié)且能夠制造高密度的燒結(jié)體的造粒粉末。在本發(fā)明的造粒粉末的制造方法中，優(yōu)選上述有機粘合劑的溶液通過噴霧提供。由此，由于能夠給造粒粉末提供無過量和不足的粘合劑溶液，因此可以實現(xiàn)造粒粉末的形狀和大小的均勻化。其結(jié)果，能夠得到粒度分布整齊的造粒粉末。


圖1是示出本發(fā)明的造粒粉末的制造方法中使用的轉(zhuǎn)動造粒裝置的結(jié)構(gòu)的模式圖。圖2是示出以橫軸表示甘油的添加量，縱軸表示成型密度時的在各實施例中得到的成型體的分布圖表。
具體實施例方式下面，參照附圖根據(jù)優(yōu)選實施方式，對本發(fā)明的造粒粉末以及造粒粉末的制造方法進行詳細的說明。本發(fā)明的造粒粉末是含有金屬粉末和有機粘合劑的混合物，是通過有機粘合劑粘結(jié)金屬粉末中的多個金屬粒子而成的物質(zhì)。此外，本發(fā)明中使用的有機粘合劑含有聚乙烯醇或其衍生物與多元醇類。而且，本發(fā)明的造粒粉末具有表觀密度是金屬粉末(構(gòu)成金屬粉末的金屬材料)的真實密度的20% 以上50%以下的特征。這樣的造粒粉末即使在比較低的溫度燒結(jié)的情況下，也能良好地?zé)Y(jié)，制得高密度的燒結(jié)體。因此，具有可以使用不具特殊耐熱結(jié)構(gòu)、便宜而無運行成本的燒成爐的優(yōu)點。下面，對本發(fā)明的造粒粉末進行詳細說明。(金屬粉末)作為金屬粉末沒有特別限定，可列舉例如Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、 Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Ta、W 或它們的合金。其中，金屬粉末優(yōu)選使用不銹鋼、模具鋼、高速工具鋼、低碳鋼、 ^-Μ合金、 !^e-Ni-Co合金等他各種鐵基合金的粉末。這樣的鐵基合金機械特性優(yōu)異，因此使用該狗基合金粉末制得的燒結(jié)體機械特性也優(yōu)異，可以使用于廣泛的用途。此外，作為不銹鋼，可列舉例如SUS304、SUS316、SUS317、SUS329、SUS410、SUS430、 SUS440.SUS630 等。此外，金屬粉末的平均粒徑優(yōu)選為1 μ m 30 μ m，更加優(yōu)選3 μ m 20 μ m，進一步優(yōu)選3 μ m 10 μ m。具有這種粒徑的金屬粉末能夠避免成型時的壓縮性降低，并且，最終能夠得到充分致密的燒結(jié)體。還有，平均粒徑不滿上述下限值的情況下，金屬粉末變得容易凝集，恐怕有成型時的壓縮性顯著降低的可能。另一方面，平均粒徑超過上述上限值的情況下，粉末粒子間的間隙變得過大，恐怕有最終得到的燒結(jié)體的致密化不充分的可能。此外，本發(fā)明使用的金屬粉末的振實密度，例如鐵基合金粉末的情況下，優(yōu)選在 3. 5g/cm3以上，更加優(yōu)選3. 8g/cm3以上。如果是這種振實密度大的金屬粉末，在得到造粒粉末時，粒子間的填充性會特別好。因此，最終能夠得到特別致密的燒結(jié)體。此外，本發(fā)明使用的金屬粉末的比表面積沒有特別限定，但是優(yōu)選在0. 15m2/g以上，更加優(yōu)選0. 2m2/g以上，進一步優(yōu)選0. 3m2/g以上。如果是這種比表面積大的金屬粉末， 則由于表面的活性(表面能量)高，即使在提供更少能量時也能容易地進行燒結(jié)。而且，燒結(jié)成型體時，能夠用更短時間燒結(jié)。其結(jié)果，即使是低溫條件下的燒成也能夠?qū)崿F(xiàn)燒結(jié)體的致密化。這樣的金屬粉末可以使用任何方法制造，例如，可以使用霧化法(水霧化法、氣物化法、高速旋轉(zhuǎn)水流霧化法等)、還原法、羧酸法、粉碎法等方法制造。其中，對于金屬粉末，優(yōu)選使用通過霧化法制造得到的物質(zhì)。通過霧化法能夠有效地制造具有上述極微小的平均粒徑的金屬粉末。此外，粒徑偏差小，能夠得到粒徑整齊的金屬粉末。因此，通過使用這樣的金屬粉末，能夠確實地防止燒結(jié)體中產(chǎn)生氣孔，從而能夠提尚笛、度。此外，通過霧化法制造的金屬粉末是比較接近真球形的球體形狀，因此對粘合劑的分散性和流動性優(yōu)異。因此，在將造粒粉末填充到成型模具中成型時，能夠提高其填充性，最終得到更為致密的燒結(jié)體。(有機粘合劑)在本發(fā)明中，作為有機粘合劑，含有上述聚乙烯醇(PVA)或其衍生物以及多元醇類。在此，利用現(xiàn)有的造粒粉末不能實現(xiàn)高表觀密度。一般認為這是因為不能充分縮短金屬粉末的粒子間距。特別在金屬粉末的粒徑小的情況下，金屬粉末體積變大，上述趨勢更加顯著。與此相反，通過使用上述有機粘合劑，混合金屬粉末與有機粘合劑，造粒，制造了造粒粉末時，提高了金屬粉末的集合性，從而得到高表觀密度的造粒粉末。這種增進了致密化的造粒粉末由于金屬粒子間的距離變得充分小，因此在脫脂、 燒成時，能在更低溫且更短時間內(nèi)開始燒結(jié)。因此，能夠使用不具有特殊耐熱結(jié)構(gòu)、比較廉價且不需要運轉(zhuǎn)資金的燒成爐，并能夠有效地制造高密度的燒結(jié)體。本發(fā)明的造粒粉末能夠達到上述效果的理由可列舉如下。首先，聚乙烯醇或其衍生物與多元醇類無論以何種比例都均勻混合。這是由于兩者的分子所具有的羥基通過氫鍵相互吸引(拉拽)，分子間距離變小。特別是一般認為，多元醇類分子進入聚乙烯醇分子間，有助于縮短聚乙烯醇分子間的距離。而且，上述有機粘合劑由于在較低溫度下快速分解，難以成為燒結(jié)的阻礙因素。因此，可以認為，成型本發(fā)明的造粒粉末而得到的成型體在更低溫度且更短時間下到達燒結(jié)狀態(tài)。此外，可以認為，這些有機粘合劑的分子通過氫鍵對金屬粉末的粒子進行拉拽。這是由于羥基暴露在金屬粉末的粒子表面，使在該羥基與有機粘合劑分子所具有的羥基之間形成氫鍵。其結(jié)果，可以認為金屬粉末的粒子彼此之間的間距縮短，從而促進造粒粉末的致密化，進而促進燒結(jié)體的致密化?；谝陨系睦碛?，本發(fā)明的造粒粉末變得致密，其表觀密度也變高。具體來說，本發(fā)明的造粒粉末的表觀密度(g/cm3)為金屬粉末的真實密度(g/cm3)的20%以上、50%以下。這樣的造粒粉末即使在較低溫度下燒成也能良好燒結(jié)，能夠制造出高密度的燒結(jié)體。因此，具有能夠使用不具特殊耐熱結(jié)構(gòu)、廉價且不需要運轉(zhuǎn)資金的燒成爐的優(yōu)點。此外，可以消減現(xiàn)有的為了提高燒結(jié)密度而使用的可塑劑和潤滑劑的使用量，甚至可以停止使用。因此，能夠防止這些添加劑造成的燒結(jié)密度的下降，并在進一步提高燒結(jié)密度的同時降低成本。此外，如果將造粒粉末的表觀密度致密化到上述范圍，可以相應(yīng)地降低燒結(jié)時的收縮率。其結(jié)果，燒結(jié)體的尺寸不易偏離目標值，從而能夠提高燒結(jié)體的尺寸精度。也就是說，通過本發(fā)明，能夠得到高尺寸精度的燒結(jié)體。作為聚乙烯醇或其衍生物，優(yōu)選重均分子量為2000 200000左右，更加優(yōu)選為 5000 150000作為。具有這樣重均分子量的聚乙烯醇，粘度和熱分解性作為有機粘合劑最佳。也就是說，上述聚乙烯醇高度兼顧了造粒時的金屬粉末的粘結(jié)性及成型時的崩解性和其后的成型體的保形性。其結(jié)果，通過使用本發(fā)明的造粒粉末，得到密度和尺寸精度優(yōu)異的燒結(jié)體。此外，聚乙烯醇的衍生物可以是與碳原子結(jié)合的氫原子被各種官能團取代后的物質(zhì)，作為官能團可以列舉烷基、硅烷基、丙烯酸酯基(acrylategroup)等。
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另一方面，作為多元醇類，可以列舉例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、2-甲基-2，4_戊 ^II (hexylene glycol)、戊二醇、己二醇(hexane diol)、庚二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油等，可以使用這些中的1種或者2種以上組合使用。其中，作為本發(fā)明使用的多元醇類優(yōu)選是甘油。由于甘油在多元醇類中分子量比較小，且羥基存在比例大。因此，容易進入聚乙二醇的分子之間，而且，有助于形成上述氫鍵的位置相應(yīng)地增加，以實現(xiàn)造粒粉末的進一步致密化。此外，由于甘油具有適度的粘性，能夠更加提高造粒時金屬粉末的粘結(jié)性、成型體的保形性。這樣的多元醇類，相對于100重量份金屬粉末，優(yōu)選按0. 01重量份以上、0. 2重量份以下的比例添加，更加優(yōu)選按0. 01重量份以上、0. 1重量份以下的比例添加。通過按該添加量添加多元醇類，能夠?qū)υ炝７勰┻M行特別致密化。此外，在多元醇類的添加量低于上述下限值的情況下，有可能造粒粉末的密度下降，進而燒結(jié)體的密度下降。另一方面，多元醇類的添加量高于上述上限值的情況下，造粒粉末的密度仍然下降，同時，壓縮成型時的應(yīng)力蓄積在成型體中，在成型后應(yīng)力伴隨著形變釋放的現(xiàn)象即回彈增大。因此，燒結(jié)體尺寸精度下降、并可能出現(xiàn)碎片等。此外，相對于聚乙烯醇或其衍生物，多元醇類優(yōu)選按0.005重量％ (重量百分比為 0. 005% )以上、2重量％以下的比例添加，更加優(yōu)選按0. 01重量％以上、1重量％以下的比例添加，進一步優(yōu)選按0. 02重量％以上、0. 5重量％以下的比例添加?；诖?，能夠更加高度地兼顧通過由多元醇類縮短聚乙烯醇分子間距而引起的造粒粉末的致密化和造粒粉末成型時的充分的崩解性。此外，有機粘合劑除了上述成分以外，優(yōu)選含有有機胺類或其衍生物。通過含有有機胺類或其衍生物，能夠提高金屬粉末的流動性和耐候性。該有機胺類在各分子中含有氨基，該氨基自發(fā)地吸附在金屬粉末的粒子表面，所以能夠減少粒子間的摩擦。其結(jié)果，金屬粉末的流動性提高，粒子間距離縮小，從而有助于造粒粉末的致密化。除此以外，吸附在粒子表面的有機胺類使粒子與外界空氣的接觸機會減少，從而保護粒子不受氧和水分的干擾，提高粒子的耐候性。此外，可以認為，氨基吸附到粒子表面是由作為極性基團的氨基所具有的孤立電子對與金屬粉末的粒子表面的吸附位置之間的相互作用引起。作為這樣的有機胺類，可以列舉，烷基胺類、環(huán)烷基胺類、烷醇胺類、烯丙胺類、芳胺類、烷氧基胺類或它們的衍生物等，其中，特別優(yōu)選使用烷基胺類、環(huán)烷基胺類、烷醇胺類及它們的衍生物中的至少1種。這些胺類有助于造粒粉末的進一步致密化。作為烷基胺類，可以列舉，正己胺、正庚胺、正辛胺、2-乙基己胺這樣的單烷基胺類、二異丁胺這樣的二烷基胺類、二異丙基乙胺這樣的三烷基胺類等。此外，作為環(huán)烷基胺類，可以列舉，環(huán)已胺、二環(huán)已胺等。此外，作為烷醇胺類，可以列舉，單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、單丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺、N, N- 二甲基乙醇胺、N，N- 二乙基乙醇胺、N-氨基乙基乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等。而且，作為這些有機胺類的衍生物，無特殊限定，但優(yōu)選使用有機胺類的亞硝酸鹽、有機胺類的羧酸鹽、有機胺類的鉻酸鹽、有機胺類的醋酸鹽等。相對于100重量份金屬粉末，這樣的有機胺類優(yōu)選按0. 001重量份以上、5重量份以下的比例添加，更加優(yōu)選按0. 005重量份以上、1重量份以下的比例添加。通過按照上述添加量添加有機胺類，能夠使造粒粉末進一步致密化并進一步提高耐候性。然而，作為有機粘合劑，除了上述成分以外，還可以含有例如聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、硬脂酸、乙烯二硬脂酸酰胺(ethylenebisstearamide)、乙烯乙烯醇共聚物、石蠟、 蠟、藻酸鈉、瓊脂、阿拉伯膠、樹脂、蔗糖等成分。此外，在有機粘合劑中，根據(jù)需要，可添加鄰苯二甲酸酯(例如D0P、DEP、DBP)、己
二酸酯、偏苯三酸酯、癸二酸酯等物質(zhì)。此外，作為添加劑，除了上述成分以外，還可以添加抗氧化劑、促脫脂劑、表面活性劑等。但是，有機粘合劑中的聚乙烯醇或其衍生物與多元醇類的總含量優(yōu)選80重量％ 以上(即，按重量計，為80%以上)，更加優(yōu)選90重量％以上。通過將含量控制在上述范圍內(nèi)，能夠得到密度充分高的造粒粉末。(造粒粉末)本發(fā)明的造粒粉末含有上述金屬粉末和有機粘合劑，且造粒粉末中的有機粘合劑的含量優(yōu)選為0. 1重量％以上、20重量％以下，更加優(yōu)選0. 3重量％以上、3重量％以下，進一步優(yōu)選為0. 5重量％以上、2. 5重量％以下。通過有機粘合劑含量在上述范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬粉末粒子彼此間的粘著性和造粒粉末的充分致密化。此外，通過使用這樣的造粒粉末， 能夠提高成型時的崩解性及其后的成型體的保形性。其結(jié)果，能夠得到密度和尺寸精度優(yōu)異的燒結(jié)體。在此，本發(fā)明的造粒粉末，如前所述，其表觀密度是金屬粉末的真實密度的20%以上50%以下。造粒粉末的表觀密度是造粒粉末在自然填充狀態(tài)下的質(zhì)量與容積的比，能夠通過JIS Z 2504中規(guī)定的金屬粉末的表觀密度試驗方法測定。另一方面，金屬粉末的真實密度是構(gòu)成金屬粉末的金屬材料的真實密度。通過使用上述有機粘合劑，實現(xiàn)造粒粉末的致密化，并得到金屬粉末的表觀密度相對于真實密度的比例在上述范圍內(nèi)的造粒粉末。這樣的造粒粉末在成型時能夠形成高成型密度的成型體，進一步地，能夠形成高燒結(jié)密度的燒結(jié)體。此外，由于能夠抑制燒結(jié)時的收縮率，因此能夠提高燒結(jié)體的尺寸精度。本發(fā)明的造粒粉末的表觀密度相對于金屬粉末的真實密度在上述范圍之內(nèi)，而且優(yōu)選為25%以上、45%以下，更加優(yōu)選為30%以上、40以下。表觀密度低于上述下限值時，造粒粉末的致密化變得不夠充分，低溫下的燒結(jié)性將顯著降低。相反，表觀密度高于上述上限值時，造粒粉末變得過于致密，不能得到成型時的適當崩解性，因此成型體的保形性降低。此外，本發(fā)明的造粒粉末的各粒子形狀對流動性和填充性有很大的影響。從這個觀點出發(fā)，造粒粉末的各粒子形狀優(yōu)選是接近真球體的形狀。(造粒粉末的制造方法)下面就本發(fā)明的造粒粉末的制造方法的實施方式進行說明。在說明造粒粉末的制造方法之前，下面先對這種制造方法使用的造粒裝置進行說明。圖1是示出本發(fā)明的造粒粉末的制造方法中使用的轉(zhuǎn)動造粒裝置的結(jié)構(gòu)模式圖。
8圖1 (a)是轉(zhuǎn)動造粒裝置的縱截面圖，圖1 (b)是圖1 (a)中A-A線截面圖。轉(zhuǎn)動造粒裝置1具有用于造粒的處理容器10、配備在處理容器10內(nèi)的葉片20及交叉螺桿(cross screw) 30、噴嘴40。處理容器10如圖1(a)所示，具有底部11以及設(shè)立在底部11的側(cè)壁部12，側(cè)壁部12呈從上方向下方內(nèi)徑與外徑漸增的錘狀(例如圓臺狀，circular truncated cone tube)。處理容器10(側(cè)壁部分1 形成這樣的形狀，從而能夠在處理容器10內(nèi)形成使葉片20在處理容器10的外周側(cè)刮起的粉末在處理容器10的中央側(cè)降下的氣流。其結(jié)果，能夠均勻處理粉末，有效地制造粒度分布鮮明的造粒粉末。此外，處理容器10在上方有開口，并安裝有用于塞住(close)開口的蓋部13。葉片20具有基部23、以及一端固定在基部23上、呈放射狀等間隔設(shè)置的3個旋葉 21、21、21。此外，在處理容器10的底部11的中心設(shè)有通孔110，在該通孔110中插通有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸22。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸22的上端固定于基部23，其下端連接于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源(圖示省略)上。 這樣，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸22向正反方向旋轉(zhuǎn)，從而使葉片20旋轉(zhuǎn)。此外，旋葉21、21、21分別相對于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸22傾斜地被固定，以使它們在葉片20 的旋轉(zhuǎn)方向上的前側(cè)形成向下傾斜的斜面。這樣，隨著葉片(blade) 20的轉(zhuǎn)動，能夠有效濺起粉末，形成前述的氣流。在處理容器10的側(cè)壁部12中設(shè)有通孔130，在該通孔130中插通有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸 31。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸31的一端固定于交叉螺桿30，另一端連接在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源(圖示省略) 上。這樣，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動源驅(qū)動旋轉(zhuǎn)驅(qū)動軸31向正反方向旋轉(zhuǎn)，從而使交叉螺桿30旋轉(zhuǎn)。噴嘴40以貫通安裝在處理容器10上的蓋部13的形式設(shè)置，供給口位于處理容器 10內(nèi)?；诖耍瑯?gòu)成為可以在處理容器10內(nèi)噴霧溶劑。通過從噴嘴40噴霧溶劑，從而在噴嘴40附近產(chǎn)生下降氣流。在此，對上述轉(zhuǎn)動造粒裝置1的動作，即采用了轉(zhuǎn)動造粒裝置1制造造粒粉末的方法進行說明。當然，使用了轉(zhuǎn)動造粒裝置1的造粒粉末制造方法只是本發(fā)明的造粒粉末的制造方法的一個實例，本發(fā)明的造粒粉末制造方法并不僅限于此。下面對造粒粉末的制造方法進行說明。本實施方式涉及的造粒粉末的制造方法是，通過邊提供有機粘合劑的溶液(粘合劑溶液)邊使金屬粉末轉(zhuǎn)動及/或流動，從而造粒金屬粉末。首先，在上述轉(zhuǎn)動造粒裝置1的處理容器10的內(nèi)部投入金屬粉末。然后，通過葉片20的攪拌使金屬粉末轉(zhuǎn)動及/或流動。與此同時，從噴嘴40噴灑粘合劑溶液。液體煙霧狀(mist)的粘合劑溶液使金屬粉末潤濕，同時使金屬粉末的粒子彼此粘合。其結(jié)果，完成金屬粉末的造粒，得到造粒粉末 80。該造粒粉末80隨葉片20的旋轉(zhuǎn)，向處理容器10的外周側(cè)(側(cè)壁部12 —側(cè))緩慢移動(轉(zhuǎn)動)，同時被旋葉21向上方濺起。濺起的造粒粉末80在處理容器10的中央部側(cè)下降，再次隨葉片20轉(zhuǎn)動。反復(fù)這樣一連串過程，完成矯形，形成接近真球體的造粒粉末80。 并且，得到粒子間距短、致密的造粒粉末。
此外，在這樣的造粒過程中，一旦造粒中的粒子接觸到旋轉(zhuǎn)中的交叉螺桿30，大粒徑的粒子(造粒進行程度大的粒子)被粉碎。這樣，能夠抑制過度造粒，將造粒粉末的粒度分布控制在窄的范圍內(nèi)。另外，雖然粘合劑溶液通過預(yù)先置于處理容器10等方法提供均可，但優(yōu)選使用圖 1 (a)所示由上方噴霧的方法?；诖?，粘合劑溶液被均勻適量地提供給由葉片20濺起的造粒粉末80，因此能夠使造粒粉末80的形狀和大小均勻化。特別地，通過使造粒粉末80在懸空時與粘合劑溶液接觸，從而能夠均勻濕潤造粒粉末80的整個粒子表面，從而使上述均勻化更為顯著。其結(jié)果，得到粒度分布整齊的造粒粉末80。作為粘合劑溶液中使用的溶劑，可以列舉如水、二硫化碳、四氯化碳等無機溶劑，或有機溶劑，如甲乙酮(MEK)、丙酮、二乙基酮、甲基異丁基酮(MIBK)、甲基異丙基酮 (MIPK)、環(huán)己酮、3-庚酮、4-庚酮等酮類溶劑，或甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、正己醇、環(huán)己醇、1-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、 2-甲氧基乙醇、丙烯醇、糠醇、苯酚等醇類溶劑，或二乙醚、二丙醚、二異丙醚、二丁醚、1， 2-二甲氧基乙烷(DME)、1，4-二氧己環(huán)、四氫呋喃(THF)、四氫吡喃(THP)、苯甲醚、二乙二醇二甲基醚(二甘醇二甲醚)、2_甲氧基乙醇等醚類溶劑，或甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、苯基溶纖劑等溶纖劑類溶劑，或己烷、戊烷、庚烷、環(huán)已烷、甲基環(huán)乙烷、辛烷、二癸烷、甲基環(huán)乙烯、 異戊二烯等脂肪烴類溶劑，或甲苯、二甲苯、苯、乙苯、萘等芳香族碳氫化合物類溶劑，或吡啶、吡嗪、呋喃、吡咯、噻吩、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、糠醇等雜環(huán)芳香族化合物類溶劑，或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMA)等酰胺類溶劑，或二氯甲烷、氯仿、1，2_ 二氯乙烷、三氯乙烯、氯苯等鹵化物類溶劑，或乙酰丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、醋酸異丙酯、醋酸異丁酯、乙酸異戊酯、氯乙酸乙酯、氯醋酸丁酯、氯醋酸異丁酯、甲酸乙酯、甲酸異丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯甲酸乙酯等酯類溶劑，或三甲胺、己胺、三乙胺、苯胺等胺類溶劑，或丙烯腈、乙腈等腈類溶劑，或硝基甲烷、硝基乙烷等硝基類溶劑， 或者乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、丙烯醛等醛類溶劑等，并且可以選擇其中的1種或者2種以上混合使用。在此，葉片20每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)(以下簡稱“轉(zhuǎn)數(shù)”。)只要能夠確保造粒粉末80 的轉(zhuǎn)動最低限，并無特別限定，例如，優(yōu)選為50rpm以上、500rpm以下，更加優(yōu)選IOOrpm以上、300rpm以下。葉片20的轉(zhuǎn)數(shù)在上述范圍內(nèi)時，能夠有效地轉(zhuǎn)動造粒粉末80、有效地進行造粒。此外，由于能夠得到適度的壓實狀態(tài)，因此能夠制造表觀密度更高的造粒粉末。其結(jié)果，能夠得到更加致密、粒度分布范圍特別窄的造粒粉末80。與此相對，葉片20的轉(zhuǎn)數(shù)不足上述下限值時，造粒粉末80的轉(zhuǎn)動和濺起不充分， 可能造成造粒不均。此外，可能形成壓實不充分且表觀密度低的造粒粉末80，繼而形成非球狀的不規(guī)則形狀的流動性差的造粒粉末80。另一方面，如果葉片20的轉(zhuǎn)數(shù)超過上述上限值，則增進葉片20對造粒粒子的粉碎，可能使造粒不順利的粉末增多。此外，造粒時交叉螺桿30在每單位時間的轉(zhuǎn)數(shù)沒有特別的限定，例如，優(yōu)選為 50rpm以上、3500rpm以下，更加優(yōu)選IOOrpm以上、3000rpm以下。這樣，既能防止過度粉碎， 同時能粉碎粒徑大的粒子，從而實現(xiàn)粒徑的均勻化。此外，粘合劑溶液的供給速度沒有特別的限定，優(yōu)選在例如20g/分鐘以上、 IOOOg/分鐘以下，更加優(yōu)選30g/分鐘以上、800g/分鐘以下，進一步優(yōu)選50g/分鐘以上、600g/分鐘以下。粘合劑溶液的供給速度在上述范圍內(nèi)時，可以均勻地進行基于粘合劑溶液的金屬粉末的結(jié)合(造粒)，并且使得到的造粒粉末的粒度分布更鮮明(shape)。與此相對，當粘合劑溶液的供給速度低于上述下限值時，可能造成造粒不均。另一方面，當粘合劑溶液的提供速度超過上述上限值時，可能造粒過度。其結(jié)果，可能導(dǎo)致得到的造粒粉末的粒度分布較寬。此外，粘合劑溶液中有機粘合劑的濃度優(yōu)選為0. 5重量％以上、20重量％以下，更加優(yōu)選1重量％以上、15重量％以下，進一步優(yōu)選2重量％以上、10重量％以下。此外，造粒的處理時間(攪拌時間)沒有進行特別的限定，優(yōu)選為1分鐘以上、90 分鐘以下，更加2分鐘以上、85分鐘以下，進一步優(yōu)選3分鐘以上、80分鐘以下。這樣，能夠抑制未造粒的造粒粉末的殘留，并使得到的造粒粉末的粒度分布非常鮮明。與此相對，當造粒的處理時間不足上述下限值時，可能殘留較多的小粒徑粉末 (未造粒的金屬粉末等)。另一方面，當造粒的處理時間超過上述上限值時，可能導(dǎo)致溶劑直接施加到粒徑較大的粉末(不轉(zhuǎn)動或流動的粉末的塊)，并成為造粒不均的原因。此外，根據(jù)需要，也可以對造粒粉末噴霧(供給)可溶解有機粘合劑的溶劑。這樣， 能夠?qū)崿F(xiàn)造粒粉末形狀、大小的進一步均勻化。通過如上的方法可以得到造粒粉末。此外，雖然在上文中說明了作為造粒方法之一的轉(zhuǎn)動造粒法、流動層造粒法或轉(zhuǎn)動流動造粒法中通用的技術(shù)，但造粒方法不限于此，也可以使用噴霧干燥法(spray drying method)等。此外，本發(fā)明的造粒粉末的用途沒有特別的限定，例如，可以適用于含有該造粒粉末的成型體的制造，特別是通過燒結(jié)含有該造粒粉末的成型體而得到的燒結(jié)體的制造中。(燒結(jié)體的制造方法)下面對燒結(jié)體的制造方法的一個實例進行說明?！闯尚汀凳紫?，利用上述的本發(fā)明的造粒粉末通過壓力成型機成型，并制造所希望的形狀和尺寸的成型體。本發(fā)明的造粒粉末自身致密且填充性好。因此，能夠制造高密度的成型體，最終得到高密度且收縮率小的燒結(jié)體。此外，制造的成型體的形狀尺寸視隨后的脫脂及燒結(jié)的收縮量而決定。此外，成型法不限于壓力成型(press molding)法，也可以是壓縮成型、噴射成型等?！疵撝幚怼祵ι鲜龀尚凸ば蛑械玫降某尚腕w實施脫脂處理(脫粘合劑處理)，得到脫脂體。 作為該脫脂處理并沒有特別的限定，例如通過在非氧化性氣氛例如真空或減壓狀態(tài)下(如 IXlO-1Torr以上IXKT6Torr以下)，或者氮氣、氬氣、氫氣、氨分解氣體等氣體中進行加熱處理來進行。在這種情況下，加熱處理的條件根據(jù)有機粘合劑的初始分解溫度等而略有差異，但優(yōu)選溫度為100°C以上、750°C以下程度且0. 5小時以上、40小時以下程度，更加優(yōu)選溫度為150°C以上、700°C以下程度且1小時以上、24小時以下程度。此外，出于各種目的(例如，縮短脫脂時間等)，這種通過加熱處理進行脫脂可以劃分為多個工序(階段)進行。在這種情況下，可以列舉如前半段在低溫下、后半段在高溫下進行脫脂的方法，或者反復(fù)進行低溫和高溫的方法等。
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此外，有機粘合劑也可以在脫脂處理中不完全除去，例如，在脫脂處理結(jié)束時，也可以殘留一部分有機粘合劑?！礋伞翟跓蔂t中對上述脫脂處理工序中得到的脫脂體進行燒成，使其燒結(jié)，得到目標燒結(jié)體。通過這種燒成，構(gòu)成造粒粉末的金屬粉末擴散、粒子成長，得到整體致密即高密度、 低空孔率的燒結(jié)體。燒成時的燒成溫度根據(jù)造粒粉末的組成會略有差異，例如，在使用鐵基合金的情況下，優(yōu)選為900°C以上、不足1200 V，更加優(yōu)選1000°C以上、1180°C以下。燒成溫度在上述范圍內(nèi)時，使用不具特殊耐熱結(jié)構(gòu)、較廉價且不需要運轉(zhuǎn)資金的燒成爐能夠有效地制造燒結(jié)體。此外，當燒成溫度低于上述下限值時，可能造成金屬粉末的燒結(jié)不能充分進行，最終得到的燒結(jié)體空孔率變大，不能得到良好的機械強度。另一方面，當燒成溫度高于上述上限值時，由于需要使用具有特殊耐熱結(jié)構(gòu)的燒成爐，因此燒成的容易程度降低。此外，燒成中的最高溫度保持時間優(yōu)選為0. 5小時以上、8小時以下程度，更加優(yōu)選0. 75小時以上、5小時以下程度。此外，燒成氣氛沒有進行特別限定，但優(yōu)選是減壓(真空)下或非氧化性氣體環(huán)境。這樣，能夠防止金屬氧化引起的性能劣化。作為優(yōu)選的燒成氣氛，優(yōu)選是ITorr以下 (更加優(yōu)選1 X KT2Torr以上1 X KT6Torr以下)的減壓(真空)，或者ITorr以上76OTorr 以下的氮氣、氬氣等惰性氣體氣氛，或者ITorr以上760ΤΟΠ·以下的氫氣氣氛。此外，燒成氣氛可以在燒成過程中變化。例如，最初為lX10_2Torr以上 IXlO-6Torr以下的減壓(真空)環(huán)境，中途更換為上述非活性氣體。此外，燒成分為2個或者2個以上階段進行也可以。例如，可以分為燒成條件不同的1次燒成和2次燒成進行，并且可以使2次燒成的燒成溫度比1次燒成的燒成溫度高。此外，通過上述方法得到的燒結(jié)體可以以任何目的使用，作為其用途此處可列舉用于各種機械零件等。通過上述方法得到的燒結(jié)體的相對密度根據(jù)其用途等不同而略有不同，例如，可以期望其密度超過93%，優(yōu)選為94%以上。這樣的燒結(jié)體在機械特性方面特別優(yōu)異。此外，通過使用本發(fā)明的造粒粉末，即使在低溫下燒成，也能夠有效地制造這種具有優(yōu)異機械特性的燒結(jié)體。以上根據(jù)適當?shù)膶嵤┓绞綄Ρ景l(fā)明進行了說明，但本發(fā)明并不局限于此。例如，造粒粉末的制造方法中，根據(jù)需要，可以追加任意的工序。此外，在本發(fā)明的造粒粉末制造方法中使用的裝置并不局限于上述實施方式中使用的裝置。例如，在上述實施方式中使用轉(zhuǎn)動造粒裝置進行了說明，但也可以使用通過流動作用進行造粒的流動層造粒裝置、通過轉(zhuǎn)動流動作用進行造粒的轉(zhuǎn)動流動造粒裝置、使其噴霧干燥的噴霧干燥裝置等。實施例1.造粒粉末的制造(實施例1)<1>首先，準備了通過水噴霧法制造的平均粒徑為6μπι的2% Ni-Fe合金粉末 (EPSON ATMIX有限公司制，真實密度為7. 827g/cm3)作為原料粉末。此外，2% Ni-Fe合金的成分為C :0. 4重量％ 0. 6重量％、Si 0. 35重量％以下、Mn :0. 8重量％以下、P :0. 03 重量％以下、S 0. 045重量％以下、Ni 1. 5重量％ 2. 5重量％、Cr :0. 2重量％以下、Fe 余下部分。<2>另一方面，作為有機粘合劑，準備了聚乙烯醇(Kuraray株式會社制RS-1717)、 甘油(和光純藥工業(yè)株式會社制)和烷基胺衍生物(醋酸鹽)。此外，準備了作為溶劑的離子交換水。溶劑的添加量為每Ig有機粘合劑50g溶劑。而且，聚乙烯醇的皂化度為93、聚合度為1700。接著，將聚乙烯醇、甘油和有機胺類混合到離子交換水中，在室溫下冷卻，從而制備粘合劑溶液。此外，相對于100重量份金屬粉末，聚乙烯醇、甘油和烷基胺衍生物的添加量分別為0. 8重量份、0. 01重量份和0. 1重量份。<3>接著，向轉(zhuǎn)動造粒裝置(Powrex株式會社制、VG-2Q的處理容器中投入原料粉末。然后，從轉(zhuǎn)動造粒裝置的噴嘴中持續(xù)噴霧出粘合劑溶液，在下面所示條件下使原料粉末轉(zhuǎn)動。基于此，得到了平均粒徑75μπι的造粒粉末?！崔D(zhuǎn)動條件〉葉片轉(zhuǎn)數(shù)200rpm交叉螺桿轉(zhuǎn)數(shù)2500rpm粘合劑溶液的提供速度200g/分鐘造粒時間90分鐘(實施例2 9)除甘油的添加量分別如表1所示以外，其他均與實施例1相同，得到了造粒粉末。(實施例10 15)除有機胺類的添加量分別如表1所示以外，其他均與實施例3相同，得到了造粒粉末。(實施例16 21)除聚乙烯醇的添加量分別如表2所示以外，其他均與實施例3相同，得到了造粒粉末。(實施例22)除省略了有機胺類的添加以外，其他均與實施例3相同，得到了造粒粉末。(實施例23 洸)除多元醇類的組成與添加量、或有機胺類的組成與添加量分別如表2所示以外， 其他與實施例1相同，得到了造粒粉末。(實施例27、28)除金屬粉末的組成變更為SUS-316L(真實密度7. 98g/cm3)以外，其他均與實施例22及實施例3相同，得到了造粒粉末。(比較例1 3)除有機粘合劑僅由聚乙烯醇構(gòu)成(省略甘油及烷基胺衍生物的添加)、且其添加量如表2所示以外，其他分別與實施例1相同，得到了造粒粉末。(比較例4)除使用聚乙烯吡咯烷酮代替聚乙烯醇以外，其他與比較例1相同，得到了造粒粉末。(比較例5)除對有機粘合劑進一步添加了甘油與烷基胺衍生物以外，其他與比較例4相同， 得到了造粒粉末。(比較例6)除有機粘合劑僅由聚乙烯醇構(gòu)成(省略甘油及烷基胺衍生物的添加)，其他與實施例28相同，得到了造粒粉末。2.造粒粉末的評價2.1表觀密度的評價測定各實施例及比較例中得到的造粒粉末的表觀密度。然后，計算出各金屬粉末的相對于真實密度的比例。2. 2成型密度的評價將各實施例及比較例中得到的造粒粉末在以下所示成型條件下成型?！闯尚蜅l件〉成型方法壓力成型法成型形狀20mm角的立方體形狀成型壓力6OOMPa(6t/cm2)接著，對得到的成型體進行尺寸和重量的測量，根據(jù)測量值計算成型密度。2. 3燒結(jié)密度的評價接著，將得到的成型體在以下所示脫脂條件下進行了脫脂?！疵撝瑮l件〉脫脂溫度600°C脫脂時間1小時脫脂氣氛氫氣氣體氣氛接著，將得到的脫脂體在以下所示的燒成條件下進行了燒成。由此得到燒結(jié)體?！礋蓷l件〉燒成溫度1150°C燒成時間3小時燒成氣氛減壓Ar氣氛氣氛壓力1.3kPa (IOTorr)接著對得到的燒結(jié)體根據(jù)阿基米德方法(在JIS Z 2501中規(guī)定)測量其密度。然后，根據(jù)測得的燒結(jié)密度、金屬粉末的真實密度計算出燒結(jié)體的相對密度。2. 4尺寸精度的評價接著，使用千分尺對得到的燒結(jié)體測量其寬度。然后，根據(jù)測量值，按照JIS B 0411(金屬燒結(jié)品的一般允許偏差)中的規(guī)定[寬度的一般允許偏差]，基于以下的評價標準進行評價。此外，燒結(jié)體的寬度是指在與壓力成型時的壓縮方向垂直的方向上的尺寸。〈評價標準〉◎等級為精致(允許偏差士0. Imm以下)
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〇等級為中等(允許偏差士0. 1mm以上、士0. 2mm以下)Δ 等級為粗糙(允許偏差士0. 2mm以上、士0. 5mm以下)X 在容許范圍之外以上2. 1 2. 4的評價結(jié)果如表1及表2中所示。表1表2
由表1、表2可知，各個實施例中得到的成型體及燒結(jié)體均為高密度。特別是，通過將甘油作為多元醇類使用、使多元醇類的含量最適化等，使成型密度及燒結(jié)密度尤其高。
權(quán)利要求
1.一種造粒粉末，通過有機粘合劑粘合多個金屬粒子而形成，其特征在于， 所述有機粘合劑含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇類，所述造粒粉末的表觀密度是所述金屬粒子的真密度的20%以上50%以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的造粒粉末，其特征在于， 所述多元醇類是甘油。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的造粒粉末，其特征在于，相對于100重量份所述金屬粒子，所述多元醇類的添加量為0. 01重量份以上、0. 2重量份以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的造粒粉末，其特征在于， 所述有機粘合劑還含有有機胺類或其衍生物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的造粒粉末，其特征在于，所述有機胺類是烷基胺、環(huán)烷基胺、烷醇胺及它們的衍生物中的至少1種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的造粒粉末，其特征在于，相對于100重量份所述金屬粒子，所述有機胺類的添加量為0. 001重量份以上、5重量份以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的造粒粉末，其特征在于，所述造粒粉末中的所述有機粘合劑的含量為0. 1重量％以上、20重量％以下。
8.—種造粒粉末的制造方法，其特征在于，通過邊供給含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇類的有機粘合劑的溶液，邊使金屬粉末翻滾及/或流動，從而形成所述金屬粉末的顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的造粒粉末制造方法，其特征在于， 所述有機粘合劑的溶液通過噴霧提供。
全文摘要
本發(fā)明提供一種造粒粉末以及造粒粉末的制造方法。該造粒粉末含有金屬粉末和有機粘合劑，并且通過有機粘合劑粘合金屬粉末中的多個金屬粒子而形成。該有機粘合劑含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇類。并且，造粒粉末的表觀密度是金屬粉末的真實密度的20％～50％。此外，多元醇類優(yōu)選甘油，其添加量相對于100重量份金屬粉末優(yōu)選為0.01重量份以上、0.2重量份以下。
文檔編號B22F1/00GK102166648SQ20111004549
公開日2011年8月31日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者門村剛志 申請人:精工愛普生株式會社