包含炭黑作为流动增强剂的粉末冶金组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种包含铁粉或铁基粉末和少量即０．００１－０．２ｗｔ％的炭黑的粉末冶金组合物。炭黑用作流动增强剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁基粉末冶金组合物。更具体地，本专利技术涉及包含流动剂以提高流动 性而且提高松装密度的组合物。
技术介绍
用于生产粉末冶金零件的粉末冶金组合物为人们所熟知。生产粉末冶金零件包括 将粉末装填在压制模具中、压实粉末以及随后对压实体进行烧结。装填粉末的先决条件是 粉末可自由流动并且具有充分的流动性。要获得能使生产成本更低并且使每个所生产零件 的经济性更高的高生产率，高粉末流速是必要的。生产效率和经济性的另一个必要要素是松装密度。松装密度对于模具设计来说很 重要。松装密度低的粉末需要更高的装填高度，这会导致压制模具不必要地变高，这进而又 会导致更长的压制行程和更低的压制性能。先前已知提高流动性能的作用剂。例如US专利3357818公开了硅酸可用于此目 的。US 5782954公开了金属、金属氧化物或二氧化硅可用作流动剂。本专利技术的目的是提供一种具有提高的粉末性能例如流动性和松装密度的粉末冶 金组合物。
技术实现思路
已经意外地发现，通过将少量的炭黑添加到铁基粉末组合物中，可提高粉末组合 物的性能。此外，添加受控量的炭黑不会使从新型铁基组合物制备的生坯和烧结零件的性 能恶化，反而甚至会提高这些性能。具体实施例方式粉末冶金组合物一般包含铁粉或铁基粉末和润滑剂。所述组合物还可包含粘结 剂、石墨和其它合金元素。还可包含硬质相材料、液相成形材料和机械加工性能增强剂。所述铁基粉末可以是任意类型的铁基粉末，例如水雾化铁粉、还原铁粉、预合金化 铁基粉末或扩散合金化铁基粉末。这些粉末例如为铁粉ASC100. 29、包含Cu、Ni和Mo的 扩散合金化铁基粉末Distaloy AB、与Cr和Mo进行预合金化的铁基粉末Astaloy CrM和 Astaloy CrL，所有这些粉末都可从瑞典的HiiganSs AB获得。根据本专利技术的铁基粉末组合物中炭黑的量按重量计在0.001%至0.2%之间，优 选在0. 01%至0. 之间。炭黑的主要粒度优选在200nm以下，更优选在lOOnm以下并且最 优选在50nm以下。在一优选实施例中，通过BET-方法测得的比表面积在150m2/g至1000m2/ g之间。然而，也可使用具有其它的表面积和主要粒度的其它类型的炭黑。炭黑通常用作橡胶材料中的填料以及用作彩色颜料。它还由于其导电性而用在产 品中以减少静电。在US专利6602315中公开了炭黑与铁粉或铁基粉末的结合。该专利公 开了这样一种组合物，其中合金粉末通过粘结剂与铁基粉末相粘结，在所述粘结剂中可加 入炭黑。US 6602315没有公开炭黑的任何含量、粒度或作用并且只与粘结材料相关。在专 利申请JP7-157838中也公开了一种包含炭黑的粉末组合物。此处炭黑的用途是使基体材 料脱氧。根据本专利技术的组合物还可包含选自石墨、Cu、Ni、Cr、Mn、Si、V、Mo、P、W、S和Nb的合金兀素。为了提高粉末的可压缩性并利于生坯部件的顶出，可向粉末冶金组合物中加入润 滑剂或不同润滑剂的组合。润滑剂可作为颗粒状粉末存在或粘结在铁基粉末的表面。通过 加入溶解在溶剂中的粘结剂并随后使溶剂蒸发，可使润滑剂粘结到铁基粉末的表面上。粘 结剂也可以其能够形成包围铁基粉末的薄膜的自然的液态形式加入。另一种可选方案是通 过将组合物加热到润滑剂的熔点以上或加热到润滑剂组分中的至少一种的熔点以上，然后 使组合物冷却到所述熔点以下，而将润滑剂用作粘结剂。润滑剂可选自脂肪酸，酰胺蜡例如乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)，或脂肪酸的其它衍生 物例如金属硬脂酸盐，聚烷撑(polyalkylene)例如聚乙烯、聚乙二醇，氨基聚合物，或氨基 低聚物。优选地，润滑剂选自聚烷撑、酰胺蜡、氨基聚合物或氨基低聚物。粘结剂选自纤维素酯树脂、高分子量弹塑性酚醛树脂、羟烷基纤维素树脂以及它 们的混合物。优选地，粘结剂选自纤维素酯树脂和羟烷基纤维素树脂。其它可能的添加剂为机械加工性能改进剂、硬质相材料和液相成形剂。根据一优选实施例，炭黑在粘结混合物——即，其中细粉例如合金元素颗粒通过 粘结剂粘结在铁粉颗粒或铁基粉末颗粒表面上的混合物——中用作流动剂，这是因为这些 混合物的流动性能通常较差。当用在粘结混合物中时，炭黑优选在粘结操作已经完成后加 入。可通过在混合期间将混合物加热到粘结剂熔点以上的温度并冷却混合物直到粘结剂凝 固来完成粘结操作。粘结剂也可通过溶解在溶剂中而加入。在这种情况下，通过采用加热 使溶剂蒸发或通过真空来完成粘结操作。压实并烧结组合物以获得最终的粉末金属零件。通过下面的非限制性示例对本专利技术作进一步的说明。示例 1选择具有根据表1的不同的比表面积和粒度的三种类型的炭黑。比表面积通过 BET-方法确定。粒度通过电子显微镜检查法测得并且是指炭黑的主要粒度。表1 *可从德国的Degussa AG获得将可从瑞典的HiiganSs AB获得的铁基粉末ASC100. 29与按重量计为0. 77%的 石墨、0.8%的粘结剂/润滑剂体系(包括0.2%的聚乙烯(PolyWax650)和0.6%的乙撑双 硬脂酸酰胺(EBS))相混合。在混合期间将混合物加热到合成蜡熔点以上的温度并随后冷 却。在低于合成蜡熔点的温度下加入0. 03%的炭黑。对根据表1的三种不同类型的炭黑进 行了测试。制备两种混合物作为参照混合物。除了加入0.8%的石墨以及未加入流动剂之 外，根据测试混合物制备参照混合物C。在参照混合物R中加入了 0. 8%的石墨和0. 06%的 可从 Degussa AG 获得的Aerosil A-200。对粉末性能进行了测量。使用根据ISO 4490的标准方法——霍尔流量计 (Hall-flow cup)测量流动性，使用标准方法ISO 3923测量松装密度AD。在表2中给出粉末性能的结果。表2 测试表明，与没有任何流动剂的混合物相比，向粉末冶金混合物中添加炭黑提高 了流速和AD。与添加已知的流动剂相比，添加CB1提高了流动性和AD，而与添加流动剂 A-200相比，添加CB2和CB3对流动性的提高程度大致相同但是获得了更高的AD。示例 2选择炭黑类型CB1来确定对铁基粉末混合物的最佳添加量。根据示例1的说明来 制备混合物。合金元素、粘结剂/润滑剂、流动剂和石墨的添加量如表3所示。制备没有流动剂的参照混合物R1和含有可商购的流动剂——可从Degussa AG获 得的Aerosil A-200的参照混合物R2。表 3 将根据ISO 2740的试件在环境温度下在600MPa的压力下压实并且在90/10N2/H2 的气氛中在1120°C下烧结。在表4中示出根据表3的粉末组合物的机械性能。表4 从表4可以看到，0. 06%的炭黑添加量会影响抗拉强度TS、屈服强度YS和伸长率 A。当添加按重量计为0. 04%或更低的炭黑量时，对机械性能的影响可以忽略。示例 3示例3表明新型流动剂可以用在温压组合物中。如下分别制备3000克的一种测 试混合物B5和一种参照混合物R3。作为参照混合物，将60克的铜粉、24克的石墨、13. 5克的可从美国俄亥俄州辛辛 那提的Morton International获得的高温润滑剂Promold 以及剩余为铁粉ASC 100. 29 在加热到45°C期间完全混合。此外，添加4. 5克溶解在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高粉末冶金组合物的流动性的方法，该粉末冶金组合物包含铁粉或铁基金属粉末、润滑剂和／或粘结剂以及炭黑，其中炭黑的量按重量计在０．００１％至０．２％之间，炭黑的粒度在１００ｎｍ以下，并且炭黑的比表面积在１００ｍ↑［２］／ｇ以上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N索利姆亚德，
申请(专利权)人：霍加纳斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]