使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法技术

本发明专利技术提供一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，所述方法包含：粒化工艺，其将金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷雾到真空喷雾干燥腔室中，从而制备铁类金属粒状粉末；模制工艺，其将所述粒状粉末进料到模具中，以及将所述粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品；烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将所述烧结的模制物品冷却，从而制造经烧结的产品；以及精加工工艺，其加工所述经烧结的产品，从而调节尺寸。本发明专利技术的方法能够制造出具有优异机械特性的铁类金属零件，并且生产率高、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，且更确切地说，涉及一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中机械特性通过金属注射模制(metal injection molding)的改进以及生产率通过粉末冶金的改进可通过以这样的方式粉末冶金而同时获得：将其中90％或大于90％的粉末具有3μm到50μm的粒度分布(particle size distribution)同时具有5μm到30μm的平均粒径(average particle diameter)的金属粉末粒化成粒径为100μm到200μm的粒状粉末，与常规粉末冶金相比，其能够相对增加烧结驱动力，以及经由对平均粒径和粒度分布的控制来改进烧结性。
技术介绍

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将参照如下随附图描述。图1为示出根据
技术介绍
的粉末冶金方法的框图，且图2为示出根据
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的金属注射模制方法的框图。相关技术的粉末冶金方法和其局限性将参看如下图1描述。首先，表述“粉末冶金”是指其中将金属粉末压缩模制且接着烧结的方法，其中粉末冶金如下进行。进行模制工艺，其中将金属粉末与粘合剂混合且压缩以形成铸锭(ingot)，且接着通过按压加工制得呈所设计形状的产品。进行烧结工艺，其中将经历模制工艺的产品在烧结炉中加热。进行精加工工艺，其中根据设计尺寸研磨或切割经历烧结工艺的产品。根据上述粉末冶金方法，存在以下局限性：由于使用粒径为50μm到200μm的粗粉末，故可能无法获得适用于汽车动力转向系统的移动零件(转子和凸轮环)的产品的机械特性(如密度、强度和硬度)。机械特性可通过当铁类金属粉末在模制工艺中在模具中压缩时增加压缩强度来改进，但在此情形下，由于可能损坏模具，故在增加压缩强度方面可能存在局限性。因此，存在需要后加工(如锻造或热处理)的局限性。此外，在粉末冶金方法中，具有大粒径(50到200μm)的粉末必须用于确保可成形性且制造均一的产品。粗粉末可能在模制期间形成大孔隙，且所述大孔隙可能充当降低致密化的因素。因此，曾致力于使用金属注射模制中使用的细金属粉末，但由于金属注射模制中使用的粉末为平均粒径为大约5μm到大约10μm的细粒子，故模具因粒子之间的内聚力而无法经粒子致密地填充，且因此，也存在在模制期间密度不均一的局限性。此外，由于所进料的粉末的量不恒定，故产品的均一性降低。换句话说，例如，在市场中，当将豆子放在1加仑盒子中时，每次在所述盒子中可放相同量的豆子，但当将面粉放在1加仑盒子中时，由于每次将面粉放在盒子中面粉的量可能改变，故面粉不会在1加仑盒子中销售。此外，由于因粉末的粒径降低而难以出现塑性变形，故粉末可能接收更多应力且此可为在热处理期间产生裂纹的原因。由于粒径小于模具容限的细粉末可能引起模具的损坏，故在粉末冶金中使用细粉末存在许多局限性。使用细金属粉末的金属注射模制方法将参看如下图2描述。进行混合工艺，其中将金属粉末和粘合剂在混合器中混合，且通过将经历混合工艺的混合物注射到注射模制机中且压缩模制来进行用于制造具有所设计形状的产品的注射模制工艺。必须包含脱脂工艺，其中粘合剂通过在脱脂炉中加热经历注射模制工艺的产品来移除。进行烧结工艺，其中在烧结炉中加热经历脱脂工艺的产品。进行精加工工艺，其中根据设计尺寸研磨或切割经历烧结工艺的产品。需要脱脂工艺的原因为将蜡和聚合物用作粘合剂以便改进金属粉末在注射模制机中的流动性，其中由于蜡和聚合物在惰性气氛中在热处理期间可如碳般残留，故有必要经由脱脂工艺移除蜡和聚合物。根据金属注射模制方法，不方便处在于产品必须在脱脂工艺中在室温到1,000℃的温度范围内加热12小时到60小时。因此，由于生产率可能降低且燃料成本可能显著增加，故制造成本可能增加。一种包含脱脂工艺的制造耐热钢零件的方法揭示于韩国专利第10-1202462号中。然而，不应用其中常规铁类金属粉末通过聚结和球化来粒化的金属注射模制方法。此原因为，由于铁类金属粉末在粒化工艺期间经氧化，故氧化的铁类金属粉末必须在模制工艺期间还原，但因在还原工艺期间生成的气体可能难以平滑模制。此外，相对于粉末冶金方法，获得1％到5％的收缩率，但，相对于金属注射模制方法，获得12％到22％的高收缩率，且难以三维地控制收缩率。现有技术文献专利文献(专利文献1)韩国专利第10-1202462号
技术实现思路
技术问题本专利技术提供一种制造铁类金属零件的方法，其中粒状粉末通过聚结铁类细金属粉末来制备。技术解决方案根据一个示例性实施例，一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法包含：粒化工艺，其将铁类金属粉末和浆料材料混合，以及将经混合的铁类金属粉末和浆料材料经由喷嘴喷洒到真空喷雾干燥腔室中，从而制备铁类金属粒状粉末(S1)；模制工艺，其将所述铁类金属粒状粉末进料到模具中，以及将所述粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品(S2)；烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将所述烧结的模制物品冷却，从而制造经烧结的产品(S3)；以及精加工工艺，其研磨或切割所述经烧结的产品，从而调节尺寸(S4)。所述铁类金属粉末可包含96.785重量％到98.065重量％铁(Fe)、0.38重量％到1.1重量％碳(C)、0.15重量％到0.35重量％硅(Si)、0.2重量％到1.0重量％锰(Mn)、0.25重量％或小于0.25重量％的磷(P)、0.04重量％或小于0.04重量％的硫(S)、0.8重量％到1.6重量％铬(Cr)、0.15重量％到0.25重量％钼(Mo)、0.3重量％或小于0.3重量％的铜(Cu)、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍(Ni)。所述铁类金属零件可包含铬钼钢(chrome molybdenum steel)(SCM440)、机器结构钢(machine structural steel)(S45C)以及高碳铬轴承钢(high-carbon chromium bearing steel)(SUJ2)中的任一种。在所述铁类金属粉末与浆料材料的混合中，除了所述铁类金属粉末之外，可添加以及混合C、Cr、Mo以及Mn中的至少一种金属。所述铁类金属粉末与浆料材料的混合可包含：通过向溶剂中添加以及混合粘合剂、增塑剂以及消泡剂来使所述浆料液化；以及向所述液化的浆料中添加所述铁类金属粉末以及搅拌。当因所添加的所述铁类金属粉末的大粒径而需要额外研磨时，所述方法可进一步包含在添加所述铁类金属粉末到所述液化的浆料中以及搅拌之后，通过向具有金属球或陶瓷球的储备溶液雾化器中供应所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末来研磨以及分散所述液化的浆料以及所述铁类金属粉末。所述粒状粉末可具有100μm到200μm的平均粒径。所述铁类金属粉末可具有5μm到30μm的平均粒径以及3μm到50μm的粒度分布。所述喷雾干燥腔室可为真空密封的(0到20mmH2O)，且在100℃到300℃的温度下的热空气可以5m3/min到30m3/min的流速供应到所述腔室中。所述浆料材料可包含挥发性液体溶剂、粘合剂、增塑剂以及消泡剂。所述液体溶剂可包含选自由以下组成的群组中的至少一种：乙醇、甲醇、水、己烷以及丙酮。所述粘合剂可包含选自由以下组成的群组中的至少一种：聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl bu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其特征在于所述方法包括：粒化工艺，其将铁类金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷洒到真空密封的喷雾干燥腔室中，向所述真空密封的喷雾干燥腔室中以5m3/min到30m3/min的流速供应在100℃到300℃的温度下的热空气，从而制备铁类金属粒状粉末；模制工艺，其将所述铁类金属粒状粉末进料到模具中，以及将所述铁类金属粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品；烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将经烧结的所述模制物品冷却，从而制造经烧结的产品；以及精加工工艺，其加工所述经烧结的产品，从而调节尺寸，其中，在所述粒化工艺中，所述铁类金属粉末包括96.785重量％到98.065重量％铁、0.38重量％到1.1重量％碳、0.15重量％到0.35重量％硅、0.2重量％到1.0重量％锰、0.25重量％或小于0.25重量％的磷、0.04重量％或小于0.04重量％的硫、0.8重量％到1.6重量％铬、0.15重量％到0.25重量％钼、0.3重量％或小于0.3重量％的铜、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍。...

【技术特征摘要】
2016.02.12 KR 10-2016-00162381.一种使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其特征在于所述方法包括：粒化工艺，其将铁类金属粉末以及浆料材料混合，以及将包含所述铁类金属粉末的浆料经由喷嘴喷洒到真空密封的喷雾干燥腔室中，向所述真空密封的喷雾干燥腔室中以5m3/min到30m3/min的流速供应在100℃到300℃的温度下的热空气，从而制备铁类金属粒状粉末；模制工艺，其将所述铁类金属粒状粉末进料到模具中，以及将所述铁类金属粒状粉末压缩模制，从而制备模制物品；烧结工艺，其在烧结炉中在1,100℃到1,400℃的温度下烧结所述模制物品，以及将经烧结的所述模制物品冷却，从而制造经烧结的产品；以及精加工工艺，其加工所述经烧结的产品，从而调节尺寸，其中，在所述粒化工艺中，所述铁类金属粉末包括96.785重量％到98.065重量％铁、0.38重量％到1.1重量％碳、0.15重量％到0.35重量％硅、0.2重量％到1.0重量％锰、0.25重量％或小于0.25重量％的磷、0.04重量％或小于0.04重量％的硫、0.8重量％到1.6重量％铬、0.15重量％到0.25重量％钼、0.3重量％或小于0.3重量％的铜、以及0.2重量％或小于0.2重量％的镍。2.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中所述铁类金属零件包括铬钼钢SCM440、机器结构钢S45C以及高碳铬轴承钢SUJ2中的任一种。3.根据权利要求1所述的使用铁类金属粒状粉末制造铁类金属零件的方法，其中在所述铁类金属粉末与所述浆料材料的混合中，除了所述铁类金属粉末之外，添加...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩明湜，
申请(专利权)人：NEP有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR