專利名稱：粉末冶金用鐵基混合粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于粉末冶金技術(shù)的適宜的鐵基混合粉末(iron-based mixedpowder)。本發(fā)明尤其是一種能夠在提高壓粉成形體的密度(green density),并能用來在壓粉成形(compaction)后將壓粉體(green compaction)從金屬模具(die)中脫出時有利地降低脫模力(ejection force)的鐵基混合粉末。
背景技術(shù)：
在粉末冶金工藝中，在原料粉末混合后，將混合粉輸送、充填到金屬模具中，加壓成形后，將制成的成形體(稱作壓粉體)從金屬模具中取出，根據(jù)需要進行燒結(jié)等后處理。在所述粉末冶金工序中，為了提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低制造成本，要求同時具有輸送工序中的粉末高流動性(flowability)、加壓成形工序中的高壓縮性(compressibility)和將壓粉體從金屬模具中脫出的工序中的低脫模力。作為改善鐵基混合粉末的流動性的手段，專利文獻I揭示，作為碳供給成分而添加富勒烯(fullerene)類,可改善鐵基混合粉末的流動性。此外，專利文獻2中公開了一種通過添加具有低于500nm的平均粒徑的粒狀無機氧化物來改良冶金用粉末組合物的流動性的方法。然而，即使使用這些手段，在保持流動性的基礎(chǔ)上要實現(xiàn)高壓縮性和低脫模力也是不充分的。此外，為了提高壓粉體的成形密度、降低脫模力，在對鐵基混合粉末進行加壓成形的溫度下使用軟質(zhì)的具有延展性的潤滑劑(lubricant)是有效的。其原因在于，通過加壓成形，潤滑劑從鐵基混合粉末中滲出，附著到金屬模具表面，降低了金屬模具與壓粉體的摩擦力。然而,這種潤滑劑由于具有延展性,也容易附著在鐵粉、合金用粉末(powder foran alloy)的粒子上，因此存在反而妨礙鐵基混合粉末的流動性、充填性的問題。此外，由于將上述碳材料、微粒子及潤滑劑摻和會成為使鐵基混合粉末的理論密度(假設(shè)空隙率為O時的密度)降低、使成形密度降低的重要因素，因此，不希望過于大量添加。因此，以往，兼顧鐵基混合粉末的流動性、高成形密度和低脫模力是非常難的。另外，作為有關(guān)在鐵基混合粉末中加入添加物的技術(shù)，專利文獻3中記載了為控制燒結(jié)體的尺寸變化率而向經(jīng)過了完工還原的鐵粉中添加氧化鐵粉(氧化皮等)的技術(shù)。此外，作為有關(guān)氧化鐵粉的技術(shù)，專利文獻4中公開了作為鋼材防銹涂料用顏料而為人所知的云母狀氧化鐵(micaceous iron oxide ΜΙ0)的合成方法。根據(jù)專利文獻4的方法，可得到一次粒子為I 100 μ m且長徑比為5 30的α -氧化鐵。專利文獻專利文獻I :特開2007-31744號公報專利文獻2 :特表2002-515542號公報
專利文獻3 :特開平8-325667號公報專利文獻4 :特開平3-131526號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)狀而開發(fā)的，其目的在于，提出一種粉末冶金用鐵基混合粉末的技術(shù)方案，所述技術(shù)方案通過提高鐵基混合粉末的流動性，在提高壓粉體的成形密度的同時，大幅降低壓粉成形后的脫模力，因而既可提高產(chǎn)品品質(zhì)，還能降低制造成本。本發(fā)明者為了達到上述目的，對用于添加在鐵基粉末中的添加材料進行了各種研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向鐵基粉末中適量添加平均粒徑在0. 5 ii m以上的氧化物粒子，可使流動性得到大幅改善，且成形密度及脫模力也同時得到改善。 本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)而完成。S卩，本發(fā)明的主要構(gòu)成如下。I.粉末冶金用鐵基混合粉末，其通過在鐵基粉末中添加0. 01 5. 0質(zhì)量％的范圍的平均粒徑在0. 5 ii m以上的氧化物粒子而構(gòu)成。2. I所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其中，所述氧化物為含有選自鐵、鋁及硅中的至少一種的氧化物。不言而喻的是，所述氧化物是指構(gòu)成所述氧化物粒子的氧化物。3. I或2所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其還含有合金用粉末。4. I 3中任一項所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其還含有有機結(jié)合劑(organic binder)。5. I 4中任一項所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其還含有游離潤滑劑(freelubricant)。根據(jù)本發(fā)明，通過向鐵基粉末中適量添加平均粒徑在0. 5 ii m以上的氧化物粒子，不僅可提高流動性，還可同時獲得高成形密度和低脫模力，其結(jié)果，能使生產(chǎn)效率提高、制造成本降低。


圖I是說明粉末長徑比的示意圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明進行具體說明。本發(fā)明中，作為鐵基粉末流動性改善成分，使用氧化物粒子。以下講述其理由。在一般的鐵基混合粉末中，為了提高粉體的流動性、降低成形體的脫模力，摻入有I質(zhì)量％左右的有機類潤滑劑。該有機類潤滑劑的比重在1.0左右，比鐵粉的比重(7.8)明顯地小。一般情況下，若要混合比重差大的粉末，混合時會引發(fā)偏析現(xiàn)象，成為流動性降低、批次內(nèi)有特性偏差的原因。因此，在混合不同種類的粉末時，盡量縮小兩者的比重差至關(guān)重要。本發(fā)明中使用的氧化物粒子，例如若是氧化鐵(赤鐵礦，hematite)，則比重為5. 3，與有機類潤滑劑相比，比重大。因此，與有機類潤滑劑相比，該氧化物粒子不易受到粉體流動時的粉體內(nèi)部的空氣流的影響。因此，可以認(rèn)為，在用氧化物粒子代替或部分代替了有機類潤滑劑的本發(fā)明的鐵基混合粉末中，各種添加劑的偏析受到抑制，其結(jié)果，混合粉末的流動性得到改善。此外，據(jù)推測，如本發(fā)明那樣，若增大所添加的氧化物粒子的粒徑，則這樣的氧化物粒子不會如專利文獻2中所公開的一次粒徑為納米級的流動性改善粉末那樣包覆鐵基粉末表面，而是適宜地充填到鐵基粉末間的空隙。由此推測，在成形工序中，壓粉體與金屬模具間的實際有效接觸面積增大，回彈應(yīng)力分散，其結(jié)果，可實現(xiàn)脫模力降低。為了發(fā)揮上述效果，需要使氧化物粒子的平均粒徑在O. 5 μ m以上。氧化物粒子的平均粒徑小于O. 5μπι時，不能獲得足夠的脫模力。但若氧化物粒子的平均粒徑超過100 μ m,則不能與粉末冶金中常用的鐵基混合粉末 (平均粒徑100 μ m左右)均勻混合，仍不能發(fā)揮上述效果，因此，氧化物粒子的粒徑優(yōu)選平均在100 μ m以下。更優(yōu)選氧化物粒子的平均粒徑在40 μ m以下，尤其優(yōu)選在20 μ m以下。氧化物粒子的平均粒徑優(yōu)選用后述實施例I中記載的方法求出。另外，容許氧化物粒子中含有20質(zhì)量％以下程度(相對于氧化物粒子總量的比率)的氧化物以外的雜質(zhì)。但是，只要不妨礙工業(yè)上的獲得，優(yōu)選使用雜質(zhì)更少的產(chǎn)品(例如10質(zhì)量％以下，或2質(zhì)量％以下)。對雜質(zhì)無特殊限制，只要是用公知的工業(yè)方法制造的氧化物粒子中混入的雜質(zhì)(例如，金屬、其他無機化合物)，就不存在特別問題。本發(fā)明中，作為氧化物粒子，含有含選自鐵、鋁及硅中的至少一種的氧化物的粒子尤其有利和適合。作為這樣的氧化物的具體例子，可列舉Fe203、Al203及SiO2等，但對成分、結(jié)晶結(jié)構(gòu)無特殊規(guī)定。氧化物粒子中選自鐵、鋁及硅的至少一種的氧化物的含量優(yōu)選合計在80質(zhì)量％以上左右(相對于氧化物總量的比率)，更優(yōu)選在98質(zhì)量％以上。此外，為了使本發(fā)明能低成本地實施，優(yōu)選滿足上述條件的粒子狀氧化物是廉價的且能容易得到。從得到的容易性的角度考慮，尤其優(yōu)選鐵氧化物，或以鐵氧化物為主體的鐵類氧化物。在所述鐵類氧化物中，作為相對而言在工業(yè)上容易得到的氧化物，可列舉含有鐵氧化物70 95質(zhì)量％左右(相對于氧化物總量的比率)、此外還含有Al氧化物及/或Si氧化物合計5 30質(zhì)量％左右的氧化物。然而，從長徑比的角度看粉末形狀，長徑比高的粒子可人工合成。例如，專利文獻4中公開了一種長徑比為5 30的α -氧化鐵的合成方法。然而，這樣的方法在合成過程中需要長時間的加熱、加壓，制造成本不可避免地升高，而且也不容易得到。因此，優(yōu)選使長徑比在5以下。本發(fā)明中，長徑比是指如圖I所示的長徑對粉末厚度之比。氧化物粒子的長徑比優(yōu)選用后述的實施例I中記載的方法求出。此外，在本發(fā)明中，若氧化物粒子相對于鐵基混合粉末的添加量低于O. 01質(zhì)量％，則氧化物粒子的添加效果顯現(xiàn)不出來。另一方面，若超過5. O質(zhì)量％，則導(dǎo)致脫模力顯著上升，因而不宜。所以，氧化物粒子的添加量設(shè)為O. 01 5. O質(zhì)量％。更優(yōu)選的下限值為O. 05質(zhì)量％。并且，更優(yōu)選的上限值為I. O質(zhì)量％。在本發(fā)明中，作為鐵基混合粉末主要成分的鐵基粉末，例如有以下物質(zhì)。霧化鐵粉(atomized iron powder)、還原鐵粉(reduced iron powder)等純鐵粉(pure ironpowder)。部分?jǐn)U散合金化鋼粉(partly diffused alloy steel powder)及完全合金化鋼粉(Prealloyed steel powder)。此外,還有使合金成分部分?jǐn)U散在完全合金化鋼粉中而成的混合鋼粉。鐵基粉末的平均粒徑優(yōu)選在I U m以上，更優(yōu)選為10 200 ii m左右。另外，在本發(fā)明中，“主要成分”是指鐵基混合粉末中鐵基粉末的含量在50質(zhì)量％以上。此外，作為合金用粉末的種類，其例子有石墨粉末、Cu、Mo、Ni等金屬粉末、金屬化合物粉末等。也可使用其他公知的合金用粉末。通過將這些合金用粉末的至少I種混合到鐵基粉末中，可提聞燒結(jié)體的強度。上述合金用粉末的添加量的合計優(yōu)選為鐵基粉末的0. I 10質(zhì)量％左右。這是由于添加0. I質(zhì)量％以上的合金用粉末，可使所得燒結(jié)體的強度有利地提高，另一方面，若超過10質(zhì)量％，則燒結(jié)體的尺寸精度下降。上述合金用粉末優(yōu)選為通過有機結(jié)合劑附著在鐵 基粉末表面的狀態(tài)(以下稱為外表粘附有合金成分的鐵粉)。由此可防止合金用粉末的偏析，使粉末中的成分分布均一。這里，作為有機結(jié)合劑，脂肪酸酰胺、金屬皂(metallic soap)等尤為有利和適合，但也可使用聚烯烴、聚酯、(甲基)丙烯酸聚合物、醋酸乙烯聚合物等其他公知的有機結(jié)合齊U。這些有機結(jié)合劑可各自單獨使用，也可2種以上合用。使用2種以上有機結(jié)合劑時，可將其至少一部分以共熔物(composite melt)的形式使用。有機結(jié)合劑的添加量小于0. 01質(zhì)量％時,不能使合金用粉末均一且充分地附著在鐵粉表面。另一方面，若超過I. 0質(zhì)量％，則鐵粉之間會附著、凝聚，導(dǎo)致流動性有可能降低。因此，有機結(jié)合劑的添加量優(yōu)選在0.01 1.0質(zhì)量％的范圍。另外，有機結(jié)合劑的添加量(質(zhì)量％ )是指有機結(jié)合劑在粉末冶金用鐵基混合粉末總量中所占的比例。此外，為了提高粉末冶金用鐵基混合粉末的流動性、成形性，還可添加游離潤滑劑(粉末)。游離潤滑劑的添加量優(yōu)選在粉末冶金用鐵基混合粉末總量中所占的比例在1.0質(zhì)量以下％。另一方面，游離潤滑劑優(yōu)選添加0.01質(zhì)量％以上(在鐵基混合粉末總量中所占的比率)。作為游離潤滑劑，金屬皂(例如硬脂酸鋅、硬脂酸錳、硬脂酸鋰等)、雙酰胺(例如亞乙基雙硬脂酰胺等)、含有單酰胺的脂肪酸酰胺(例如硬脂酸單酰胺、芥酸酰胺等)、脂肪酸(例如油酸、硬脂酸等)、熱塑性樹脂(例如聚酰胺、聚乙烯、聚縮醛等)因具有減少壓粉體的脫模力的效果而優(yōu)選。也可使用上述物質(zhì)以外的公知的游離潤滑劑。在本發(fā)明中，有機類潤滑劑的添加量比以往減少，將其用氧化物粒子代替，由此可在確保優(yōu)異的脫模力的同時，改善流動性、成形密度。即，通常，若減少上述有機類潤滑劑，則脫模力會下降，但在本發(fā)明中，通過添加氧化物，可避免這種不良影響。另一方面，通過用氧化物代替有機類潤滑劑，成形密度得到改善。此外，由于氧化物粒子的存在，流動度也得到改善。從享有以上優(yōu)點的角度考慮，有機類潤滑劑的添加量優(yōu)選在鐵基混合粉總量中所占的比例在0. 8質(zhì)量％以下。更優(yōu)選在0. 7質(zhì)量％以下，尤其優(yōu)選在0. 6質(zhì)量％以下。作為有機類潤滑劑的下限量，優(yōu)選有機類結(jié)合劑材料與游離潤滑劑的各下限值之和為0. 02質(zhì)量％。另外，有機類潤滑劑由有機結(jié)合劑、有機游離潤滑劑、有機非游離潤滑劑(用結(jié)合劑附著在鐵粉表面上的有機潤滑劑)中的至少任一種構(gòu)成，但有機類非游離潤滑劑常用有機結(jié)合劑代替其作用，因此，通常，有機結(jié)合劑和有機游離潤滑劑的合計量便成為有機類潤
滑劑的量。
鐵基混合粉末中的鐵的含量優(yōu)選在50質(zhì)量％以上。接著，對本發(fā)明的鐵基混合粉末的制造方法進行說明。在鐵基粉末中加入本發(fā)明的氧化物粒子、結(jié)合劑、潤滑劑等添加材料，還可根據(jù)需要加入合金用粉末，混合。另外，上述結(jié)合劑、潤滑劑等添加材料并不需要一次全部加入，也可在僅添加一部分進行一次混合后再添加剩余部分進行二次混合。此外，作為混合手段，無特殊限制，以往公知的混合機均可使用。例如，可以使用以往已知的攪拌葉片型混合器(例如亨舍爾混合器(Henschel mixer)、容器旋轉(zhuǎn)型混合器(例如V型混合器、雙錐型混合器等)。在需要加熱的情況下，易于加熱的高速底部攪拌式混合機、傾斜旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤型混合機、犁鏵式混合機、圓錐行星螺旋型混合機等尤其有利和適合。
另外，在本發(fā)明中，除上述添加材料外，當(dāng)然還可根據(jù)目的添加改善特性用的添加材料。例如，為改善燒結(jié)體的切削性，可添加MnS等切削性改善用粉末。實施例〔實施例I〕作為鐵基粉末，準(zhǔn)備了純鐵粉(霧化鐵粉，平均粒徑80 μ m) A和在該鐵粉的表面上通過有機結(jié)合劑粘附了合金用粉末的外表粘附有合金成分的鐵粉B 二種。B中使用的合金用粉末為Cu粉末(平均粒徑25 μ m) 2.0質(zhì)量％及石墨粉末(平均粒徑5. O μ m) :0. 8質(zhì)量％。此外，作為有機結(jié)合劑，使用了硬脂酸單酰胺O. 05質(zhì)量％及亞乙基雙硬脂酰胺O. 05質(zhì)量％。它們的添加比率均為在鐵基混合粉末總量中所占的比率。在上述純鐵粉A和外表粘附有合金成分的鐵粉B中，以各種比率添加長徑比小于5的氧化物粒子和游離潤滑劑后，混合，作為粉末冶金用鐵基混合粉末。作為氧化物粒子，使用了 JC(TM) (Fe2O3,杰富意化學(xué)株式會社(JFE Chemical Corporation)生產(chǎn))，MI0X(Fe203、SiO2及Al2O3的混合物，F(xiàn)e2O3 = 90質(zhì)量SiO2 = 5質(zhì)量Al2O3 = 3質(zhì)量％ ,剩余部分為雜質(zhì)(均為粗略值)。Karntner Montanindustrie Gesellschaft mbH 生產(chǎn))，A31 (TM)(Al2O3,日本輕金屬株式會社(Nippon Light Metal Company, Ltd.)生產(chǎn))。此外,作為游離潤滑劑，除硬脂酸鋰0. I質(zhì)量％之外，還使用了硬脂酸鋅、亞乙基雙硬脂酰胺、芥酸酰胺等。另外，鐵粉及氧化物粒子的平均粒徑通過激光衍射散射法(根據(jù)JIS R 1629)測定，采用粒徑分布(體積基準(zhǔn)的累積分?jǐn)?shù))中的50%點的粒徑。此外，用掃描電子顯微鏡觀察氧化物粒子，以隨機選取的50個粒子的長徑比的平均值作為長徑比。這些混合粉末的配比示于表I。該配比為占粉末冶金用鐵基混合粉末總量的比率。有機類潤滑劑的添加量(質(zhì)量％)在使用純鐵粉A的情況下等于表2所示游離潤滑劑的添加量，在使用外表粘附有合金成分的鐵粉B的情況下等于有機結(jié)合劑的添加量(0. I質(zhì)量％)加上表2所示游離潤滑劑的添加量之和。接著，將所得各鐵基粉末充填到金屬模具中，在室溫、壓力為980MPa的條件下加壓成形，制成外徑11mm、高Ilmm的圓柱狀壓粉體。此時，測定鐵基混合粉末的流動性、將壓粉體從金屬模具中脫出時的脫模力及所得壓粉體的壓粉密度，結(jié)果一并記入表I。鐵基混合粉末的流動性根據(jù)JIS Z 2501進行評價。在此，流動性若為流動度在30seC/50g以下，且壓縮性若為成形密度在7. 35Mg/m3以上，進而脫出性若為脫模力在25MPa以下，則可認(rèn)為各自良好。[表 I]
權(quán)利要求
1.粉末冶金用鐵基混合粉末，其含有鐵基粉末和相當(dāng)于鐵基混合粉末的0. Ol 5. O質(zhì)量％的平均粒徑在0. 5 ii m以上的氧化物粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，所述氧化物為含有選自鐵、鋁及硅中的至少ー種的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，還含有合金用粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，還含有合金用粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，還含有有機結(jié)合剤。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，還含有游離潤滑剤。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的粉末冶金用鐵基混合粉末，其特征在于，還含有游離潤滑剤。
全文摘要
通過在鐵基粉末中添加0.01～5.0質(zhì)量％范圍內(nèi)的平均粒徑在0.5μm以上的氧化物粒子，在提高鐵基混合粉末的流動性和提高壓粉體成形密度的同時，大幅降低壓粉成形后的脫模力，從而使產(chǎn)品品質(zhì)提高、制造成本降低。
文檔編號C22C38/00GK102802843SQ20108002828
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者河野貴史, 尾野友重, 尾崎由紀(jì)子 申請人:杰富意鋼鐵株式會社