專利名稱：含酰胺類潤滑劑的鐵粉末組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬粉末組合物。具體地說，本發(fā)明涉及適合于在升溫下壓制的鐵基組合物。
背景技術(shù)：
粉末冶金技術(shù)通常使用不同的標(biāo)準(zhǔn)溫度區(qū)域，用于金屬粉末的壓制，制成金屬組件。它們包括低溫壓(在低于室溫下壓制)、冷壓(在室溫下壓制)、熱壓(在高于金屬粉末能保持加工硬化的溫度下壓制)和溫壓(在冷壓和熱壓之間的溫度下壓制)。
在高于室溫的溫度下壓制有一些明顯的優(yōu)點。隨著溫度升高，大多數(shù)金屬的拉伸強度和加工硬化速度都下降；而在較低的壓制壓力下，可得到高的密度和強度。但是，熱壓的極高溫度會產(chǎn)生一些加工問題，并加速模頭的磨損。所以，目前的努力旨在開發(fā)適用于溫壓過程的金屬組合物。
US 4955789(Musella)一般地描述了溫壓。根據(jù)這一專利，通常用于冷壓的潤滑劑，例如硬脂酸鋅也可用于溫壓。但是在實踐中，已證實不可能將目前最常用于冷壓的硬脂酸鋅或亞乙基二硬脂酰胺(在商業(yè)上作為ACRAWAX)，用作溫壓的潤滑劑。產(chǎn)生的問題是由于難以用滿意的方式填滿模頭。
US 5744433(Storstrom等)和5154881(Rutz)公開了含有酰胺潤滑劑的金屬粉末組合物，它是為溫壓特別開發(fā)的。
US 5744433的潤滑劑含有酰胺類的低聚物，其重均分子量Mw至多為30000。當(dāng)潤滑劑的分子量大于4000，優(yōu)選潤滑劑的分子量為約6500時，通過溫壓粉末組合物可得到很高的密度和原始強度。但是已發(fā)現(xiàn)，這種潤滑劑對模頭壁有粘模傾向，這就需要經(jīng)常清洗模頭。另一缺點是得到的生坯有斑點。
在US 5154881中，酰胺潤滑劑由一元羧酸、二元羧酸和二胺的反應(yīng)產(chǎn)物組成。這一專利僅試驗過的潤滑劑為ADVAWAX450，其組成未詳細描述，但根據(jù)Chemis-CIVS，得到的反應(yīng)產(chǎn)物不包括亞乙基二硬脂酰胺。我們對這一產(chǎn)物的經(jīng)驗是，難以得到不變的組成和質(zhì)量，從而可能得到不同質(zhì)量的組件。當(dāng)潤滑劑用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)時，它可能引起各種問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是要減少或消除與大規(guī)模生產(chǎn)有關(guān)的一些問題。
第二個目的是要提供一種適用于升溫壓制的金屬組合物的新型潤滑劑。
第三個目的是要提供一種用于生產(chǎn)沒有斑點的組件的金屬粉末。
第四個目的是要提供這樣一種含有潤滑劑的金屬組合物，在金屬粉末壓制的過程中它不沉積在模頭壁上。
這些目的通過使用含有鐵基粉末和新型的酰胺類低聚物潤滑劑的粉末組合物來達到。組合物還可含有一種或多種添加劑，例如粘合劑、流動改進劑、加工助劑和硬物相。
溫壓可通過以下步驟來進行將鐵基粉末與酰胺類低聚物潤滑劑和任選粘合劑混合；將粉末組合物預(yù)熱；然后在預(yù)熱的工具中壓制金屬粉末組合物。
具體實施例方式
用于本發(fā)明的新型酰胺類潤滑劑可用以下分子式表示D-Cma-B-A-B-Cmb-D式中，D為-H、COR、CNHR，其中R為C2-C21直鏈的或支鏈的脂族或芳族基團C為基團-NH(CH)nCO-
B為氨基或羰基A為C4-C16鏈烯基，任選含有最多4個氧原子ma為1-10的整數(shù)mb為1-10的整數(shù)n為5-11的整數(shù)優(yōu)選D為COR，其中R為C16-C20脂族基團；C為-NH(CH)nCO-，其中n為5或11；B為氨基；A為C6-C14鏈烯基，任選含有最多3個氧原子；ma和mb可為相同的或不同的，為2-5的整數(shù)。
用于本發(fā)明含鐵組合物的優(yōu)選潤滑劑的例子為CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]2-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]2-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]2-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]3-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]3-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]3-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]3-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]4-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]4-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]4-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]4-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]5-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]5-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]5-OC(CH2)16CH3其它例子是CH3)CO-HN(CH2)5CO-HN(CH2)2NH-OC(CH2)5NH-OC(CH3)分子量為370.49；CH3(CH2)2OCO-HN(CH2)11CO-HN(CH2)12NH-OC(CH2)11NH-OC(CH2)20CH3分子量為 1240.10
CH3(CH2)20CO-[HN(CH2)11CO]10-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]10-OC(CH2)20CH3分子量為8738.04CH3(CH2)4CO-[HN(CH2)11CO]3-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]3-OC(CH2)4CH3分子量為1580.53CH3(CH2)4CO-[HN(CH2)5CO]7-HN(CH2)6NH-[OC(CH2)5NH]7-OC(CH2)4CH3分子量為1980.86CH3(CH2)20CO-[HN(CH2)5CO]7-HN(CH2)6NH-[OC(CH2)5NH]7-OC(CH2)20CH3分子量為2429.69和CH3(CH2)16NH-[OC(CH2)11NH]4-CO(CH2)10CO-[HN(CH2)11CO]4-HN(CH2)16CH3分子量為2283.73新型潤滑劑和US 5744433中公開的潤滑劑之間的化學(xué)差異是，新分子有中心二胺或二酸部分，而在兩端有相同的端基。新型潤滑劑和US 5154881中公開的潤滑劑之間的化學(xué)差異是，新的潤滑劑分子包含單元-NH(CH)nCO-。與US 5154881中已知的潤滑劑相比，當(dāng)制備本發(fā)明的潤滑劑時，不生成EBS。EBS有化學(xué)分子式CH3(CH2)16CO-HN(CH2)2NH-OC(CH2)16CH3)，與本發(fā)明的潤滑劑相比，為沒有內(nèi)酰胺單元的分子。
關(guān)于新型潤滑劑分子的分子量，已發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的潤滑劑的分子量為1000-5000、最優(yōu)選1500-3000。
潤滑劑分子可按標(biāo)準(zhǔn)的酰胺低聚物制備步驟來制備，例如在“聚合原理”第三版，George Odian編輯(John Wiley & Sons，Inc.)中描述的。根據(jù)本發(fā)明，潤滑劑優(yōu)選由至少80％上述分子式的酰胺組成。因此，可加入最多20％其它類型的潤滑劑，只要對新型潤滑劑的有利性能沒有不好的影響。
加到鐵基粉末中的潤滑劑優(yōu)選為固體粉末形式；按金屬粉末組合物的總重計，可占金屬粉末組合物的0.1％-1％(重量)、優(yōu)選0.2％-0.8％(重量)。使用少量本發(fā)明潤滑劑的可能性是本發(fā)明特別有利的特點，因為它能達到高的密度。
正如在描述中和附后的權(quán)利要求書中使用的，術(shù)語鐵基粉末”指主要由純鐵組成的粉末；預(yù)先與其它物質(zhì)成合金的鐵粉末可提高最終產(chǎn)物的強度、硬化性能、電磁性能或其它所需的性能；以及鐵的顆粒物與這樣的合金元素(擴散退火混合物或純機械混合物)。合金元素的例子為銅、鉬、鉻、錳、磷、石墨形式碳和鎢，它們可單獨使用或組合使用，例如以化合物形式(Fe3P和FeMo)使用。當(dāng)本發(fā)明的潤滑劑與有高壓縮性的鐵基粉末組合使用時，得到意想不到的好結(jié)果。通常，這樣的粉末有低的碳含量，優(yōu)選低于0.04％(重量)。這樣的粉末例如包括Distaloy AE、Astaloy Mo和ASC 100.29，所有這些都由HoganasAB，Sweden商業(yè)提供。
除了鐵基粉末和潤滑劑外，新型的粉末組合物還可含有一種或多種添加劑，例如粘合劑、流動改進劑、加工助劑和硬物相。
粘合劑可按US 5368630中公開的方法加到粉末組合物中(因此將該方法引入作為參考)，并可為有機化合物，例如纖維素酯樹脂、烷基中有1-4個碳原子的羥烷基纖維素樹脂或熱塑性酚醛樹脂。
可用于本發(fā)明的一種流動改進劑在US 5782954中公開(因此將該方法引入作為參考)。按冶金組合物的總重計，優(yōu)選為二氧化硅的流動改進劑的用量為約0.005％-2％(重量)、優(yōu)選約0.01％-1％(重量)、更優(yōu)選約0.025％-0.5％(重量)。此外，流動改進劑的平均粒度應(yīng)低于約40nm。優(yōu)選的二氧化硅為商業(yè)上以Aerosil產(chǎn)品線提供的親水形式和憎水形式的二氧化硅材料，例如由Degussa Corporation提供的Aerosil200和R812產(chǎn)品。
用于金屬粉末組合物的加工助劑可由滑石、鎂橄欖石、硫化錳、硫、二硫化鉬、氮化硼、碲、硒、二氟化鉍和二氟化鈣組成，它們可單獨使用或組合使用。
用于金屬粉末組合物的硬物相可由鎢、釩、鈦、鈮、鉻、鉬、鉭和鋯的碳化物，鋁、鈦、釩、鉬和鉻的氮化物，Al2O3和各種陶瓷材料組成。
用以下實施例進一步說明本發(fā)明，這些實施例僅作為例子，而不是對專利保護范圍的限制。
實施例1下面的表給出含有本發(fā)明的潤滑劑與US 5744433中公開的酰胺類潤滑劑的粉末混合物制備的組件之間性能的比較。
表1

表2

粉末/模頭溫度120℃/120℃*US 5744433優(yōu)選的潤滑劑鐵基粉末為由Hgans AB，Sweden提供的Distaloy AE。將這一粉末與0.3％(重量)超細石墨和0.6％(重量)本發(fā)明的潤滑劑混合。然后加入0.06％(重量)流動促進劑Aerosil200。
正如可看出的，本發(fā)明新型的酰胺類低聚物潤滑劑不僅有更好的頂出力、頂出能和回彈率，而且還有更好的壓制組件的外觀。此外，潤滑劑不沉積在模頭壁上。
實施例2下表給出含有本發(fā)明的潤滑劑與US 5154881中公開的酰胺類潤滑劑的粉末混合物制備的組件之間性能的比較。
正如可以看出的，本發(fā)明的潤滑劑有更好的頂出力、頂出能和回彈率。
表3

壓模壓力700MPa粉末/模頭溫度130℃/150℃鐵基粉末為由Hgans AB，Sweden提供的Distaloy AE。
將這一粉末與0.3％(重量)超細石墨和0.6％(重量)本發(fā)明的潤滑劑混合。然后加入0.06％(重量)Aerosil流動促進劑。
實施例3以下實施例給出得到的生坯的密度與用于本發(fā)明的有不同分子量的酰胺類低聚物潤滑劑的比較。
鐵基粉末為由Hgans AB，Sweden提供的Distaloy AE。
將這一粉末與0.3％(重量)超細石墨和0.6％(重量)本發(fā)明的潤滑劑混合。然后加入0.06％(重量)Aerosil流動促進劑。
將粉末加熱到130℃，而模頭的溫度為150℃。壓模壓力為700MPa。
潤滑劑的分子量GD(g/cm3)2000 7.443000 7.414000 7.31如果酰胺低聚物潤滑劑的分子量小于(約)2000，那么就流動性來說，潤滑劑組合物的性能變差，而潤滑劑有粘附模頭壁和頂出壓制的表面的傾向。由于粉末可在頂出壓塊上聚集，這樣的表面粘附性質(zhì)使得在最終的部件上形成粗糙表面的危險增加。
權(quán)利要求
1.一種用于溫壓的粉末組合物，包括鐵基粉末和潤滑劑粉末，所述的潤滑劑主要由以下分子式表示的酰胺組成D-Cma-B-A-B-Cmb-D式中，D為-H、COR、CNHR，其中R為C2-C21直鏈的或支鏈的脂族或芳族基團C為基團-NH(CH)nCO-B為氨基或羰基A為C4-C16鏈烯基，任選含有最多4個氧原子ma為1-10的整數(shù)mb為1-10的整數(shù)n為5-11的整數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1的粉末組合物，其中D為COR，其中R為C16-C20脂族基團；C為-NH(CH)nCO-，其中n為5或11；B為氨基；A為C6-C14鏈烯基，任選含有最多3個氧原子；ma和mb分別為2-5的整數(shù)，因此ma和mb可為相同的或不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項的粉末組合物，其中潤滑劑由選自以下的化合物組成CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]2-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]2-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]2-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]3-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]3-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]3-OCCH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]3-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]4-OCOH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]4-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]4-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]4-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]5-OC(CH2)16CH3CH3(CH2)16CO-[HN(CH2)11CO]5-HN(CH2)12NH-[OC(CH2)11NH]5-OC(CH2)16CH3
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的粉末組合物，其中所述酰胺的分子量為1500-3000，在所述組合物中存在的酰胺數(shù)量小于1％(重量)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的粉末組合物，其中潤滑劑粉末的濃度為組合物的0.2-0.8％(重量)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的粉末組合物，其中還含有一種或多種選自粘合劑、加工助劑和硬物相的添加劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的粉末組合物，其中所述的鐵基粉末可壓制，以及至少80％(重量)所述的潤滑劑粉末由所述的酰胺低聚物組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的粉末組合物，其中所述的組合物基本上不含亞乙基二硬脂酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的粉末組合物，其特征在于，所述的鐵基粉末的碳含量至多0.04％(重量)。
10.一種制備燒結(jié)產(chǎn)物的方法，所述的方法包括(a)將鐵基粉末與上述權(quán)利要求中定義的潤滑劑粉末混合；(b)預(yù)熱金屬粉末組合物；(c)在預(yù)熱工具中壓制金屬粉末組合物；以及任選(d)在1050℃以上的溫度下燒結(jié)壓制的金屬粉末組合物，生成燒結(jié)的產(chǎn)物。
全文摘要
用于溫壓的粉末組合物含有鐵基粉末和主要由以下分子式D－C
文檔編號B22F1/00GK1503706SQ02808354
公開日2004年6月9日 申請日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月17日
發(fā)明者H·維達森, P·克努森, H 維達森 申請人:赫加奈斯公司