CN103773982A - 高尔夫球头的配重块合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高尔夫球头的配重块合金及其制造方法，其制造方法包括先准备一金属混合粉末，包含钨粉、铬-铁粉及镍粉；接着，将上述金属混合粉末按一预定重量比例与一黏结剂混合成一胚料；随后，将所述胚料射出至一模具中成型为一初胚；之后，卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏结剂；以及最后，对上述去除所述黏结剂后的初胚进行高温烧结，以在冷却后形成一配重块合金。通过上述金属粉末射出成型制造方法可制得高比重的配重块合金，并能通过使用铬-铁粉来避免在配重块合金的表面形成金属氧化物，以提高配重块的可焊接性。
Description
技术领域
本发明是有关于一种高尔夫球头合金及其制造方法，特别是关于一种使用金属粉末射出成型(MIM)制造方法制作的高尔夫球头的配重块合金及其制造方法。
背景技术
近年来，高尔夫球运动的风气逐渐盛行，因此连带提高了运动爱好者对于高尔夫球杆等相关商品的需求，一般来说，一套高尔夫球具包含数种不同用途的球杆，而各球杆则分别具有由各种合金材质制成的杆头，其中球杆通常可分为下列数种：木杆(wood)3至5支、铁杆(iron)7至8支、劈起杆(PW)1支、砂坑杆(SW)1支、推杆(putter)1支。上述木杆的杆头一般呈中空壳形，主要包含主壳体、击球面板、底面与顶盖等构件，各构件通常由不同的合金或碳纤维材料分别制成后，再加以组装成木杆杆头。上述铁杆、劈起杆及砂坑杆的杆头皆属于铁杆类杆头，此类杆头一般呈上薄下厚的实心板块状，主要包含杆头本体、击球面板及配重块等构件，各构件可选择由相同的合金材料一体成型制成；或由不同的合金材料分别制成后，再加以组装成铁杆杆头。此外，为了使铁杆杆头兼具传统木杆的长距离打击及铁杆的准确性打击等优点，亦有将铁杆杆头制成空心者。
再者，目前高尔夫铁杆头的制造方式主要分为精密脱蜡铸造工艺(lost-wax precision casting process)、锻造加工工艺(forging process)及粉末冶金工艺(powder metallurgical process)等，整体而言，精密脱蜡铸造工艺的成本相对较低，但其杆头构件在铸造后尚需进行较多的功能性及外观修饰性加工；而锻造加工工艺具有较多方面的优点，如控球性佳、甜蜜区大、击球距离远、重心可调性大、增加扭转惯性，以及准确性与稳定性高等。粉末治金工艺则多用于制造配重块，但因粉末颗粒大(粒径约50～100μm)，导致其烧结后的成品通常较难获得符合标准的尺寸公差(±0.7%)与致密度(<92%)。
此外，用以制作铁杆头的合金材料除了必须兼具适当强度及高延展特性，同时另需具备耐蚀性或其他性能需求。例如，目前工业用的不锈钢合金材料虽具有适当强度及高延展特性，但并不能完全合乎铁杆头各种构件的所有性能要求，特别是针对由杆头本体与配重块结合而成的两件式铁杆头构造而言，其中的配重块必需另外选用含钨的高比重合金来制作。通常，配重块是以铸造方式来制造，然而配重块铸件成品表面常沾附杂质(如金属氧化物)，因此当配重块与杆头本体进行焊接结合时，这些配重块表面的杂质将容易造成配重块与杆头本体的焊接位置产生裂缝，因而大幅降低焊接可靠度。
故，有必要提供一种高尔夫球头的配重块合金及其制造方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高尔夫球头的配重块合金及其制造方法，其首先准备一金属混合粉末，包含10wt%至95wt%的钨(W)粉，及其余重量百分比为重量比1：1～5的铬-铁(Cr-Fe)粉及镍(Ni)粉，接着再使上述金属混合粉末与一黏结剂(binder)混合成胚料，并进行金属粉末射出成型(metal injection molding，MIM)制造方法，藉此即可制得高比重的配重块合金，并能通过使用铬-铁粉来避免在配重块合金的表面形成金属氧化物，因此不但可降低配重块的制造成本，且亦可提高配重块的可焊接性，以及增加配重块与杆头本体的间的焊接可靠性。
为达上述的目的，本发明一实施例提供一种高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其包含步骤：
准备一金属混合粉末，包含10wt%至95wt%的钨(W)粉，及其余重量则为重量比1：1～5的铬-铁(Cr-Fe)粉及镍(Ni)粉，所述铬-铁粉中的铬所占重量比例介于15%至70%；
将上述金属混合粉末按99：1至90：10的重量比例与一黏结剂(binder)混合成一胚料；
将所述胚料射出至一模具中成型为一初胚；
卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏结剂；以及
对上述去除所述黏结剂后的初胚进行高温烧结，以在冷却后形成一配重块合金，其具有8至17克/立方公分(g/cm3)的比重。
在本发明的一实施例中，上述钨粉、铬-铁粉及镍粉的粒径分别介于0.1微米(μm)至45微米之间。
在本发明的一实施例中，所述金属混合粉末包含10wt%至95wt%的钨粉、1wt%或以下的铌(Nb)粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
在本发明的一实施例中，所述金属混合粉末包含10wt%至95wt%的钨粉、1wt%或以下的钼(Mo)粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
在本发明的一实施例中，所述金属混合粉末包含10wt%至95wt%的钨粉、1wt%或以下的铌(Nb)粉、1wt%或以下的钼(Mo)粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
在本发明的一实施例中，所述金属混合粉末另包含0.01wt%至1.0wt%的碳。
在本发明的一实施例中，所述黏结剂选自琼脂(agar)、热塑性塑料、橡胶、蜡(wax)或甲醛(formaldehyde)。
在本发明的一实施例中，在去除所述初胚中的黏结剂的步骤中，选择利用水、强酸或有机溶剂(如烷类溶剂)在20至600℃下处理0.5至48小时，以去除所述初胚中的黏结剂。
在本发明的一实施例中，所述高温烧结的温度介于800至1500℃之间，所述高温烧结的时间介于0.5至10小时之间，所述高温烧结后的冷却的速率为1至20℃/分。
在本发明的一实施例中，所述高温烧结的步骤是在一真空炉或连结炉中进行。
在本发明的一实施例中，在形成所述配重块合金之后，将所述配重块合金焊接结合在一杆头本体上。
在本发明的一实施例中，上述焊接方式为激光焊接、离子焊接或氩弧焊接。
再者，本发明另一实施例提供一种高尔夫球头的配重块合金，其包含10wt%至95wt%的钨粉，及其余重量则为重量比1：1～5的铬-铁粉及镍粉，所述铬-铁粉中的铬所占重量比例介于15%至70%，所述配重块合金是由金属粉末射出成型制造方法制成，并具有8至17克/立方公分的比重。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1是本发明较佳实施例的高尔夫球头的配重块合金的制造方法的流程图。
图2A至2F是本发明较佳实施例的高尔夫球头的配重块合金的制造方法各步骤的示意图。
图3是本发明较佳实施例的另一型式的高尔夫球头及配重块合金的示意图。
图4是本发明较佳实施例的另一型式的高尔夫球头及配重块合金的示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
本发明主要提供一种高尔夫球头的配重块合金及其制造方法，所述配重块合金可以提供较高的可焊接性，以便增加配重块与杆头本体的间的焊接可靠性。
请参照图1所示，在本发明的一较佳实施例中，一高尔夫球头的配重块合金的制造方法主要包含下述步骤：(S01)、准备一金属混合粉末，包含钨(W)粉、铬-铁(Cr-Fe)粉及镍(Ni)粉；(S02)、将上述金属混合粉末按一预定重量比例与一黏结剂(binder)混合成一胚料；(S03)、将所述胚料射出至一模具中成型为一初胚；(S04)、卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏结剂；以及(S05)、对上述去除所述黏结剂后的初胚进行高温烧结，以在冷却后形成一配重块合金。本发明将于下文配合图1及图2A至2F逐一详细说明上述各步骤的实施细节及其原理。
首先，请参照图1及图2A所示，本发明较佳实施例的配重块合金制造方法的步骤(S01)：准备一金属混合粉末10，包含钨粉11、铬-铁粉12及镍粉13。在本步骤中，所述金属混合粉末10包含10wt%至95wt%的钨粉11，例如可为10、15、20、25、30、50、60、70、80、90或95wt%等，但并不限于此；以及其余重量(即90wt%至5wt%)则为重量比1：1～5的铬-铁粉12及镍粉13，所述铬-铁粉12及镍粉13的重量比例如为1：1、1：1.5、1：2、1：2.5、1：3、1：4或1：5等，但并不限于此。再者，所述铬-铁粉12中的铬所占重量比例介于15%至70%，例如为15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%或70%等，但并不限于此。上述钨粉11、铬-铁粉12及镍粉13的粒径优选的分别介于0.1微米(μm)至45微米之间，例如可为0.1、0.5、1.0、5、10、15、20、25、30、35、40或45微米等，但并不限于此。上述铬-铁粉12是指铬与铁的合金粉末，本发明使用所述铬-铁粉12相较于单独使用铬粉及铁粉的优点在于可以防止铁粉在与钨粉及镍粉混合之前发生氧化的问题，以减少最终产品上出现氧化物杂质。
在本发明的其他可行实施例中，本步骤(S01)除了钨粉11、铬-铁粉12及镍粉13之外，所述金属混合粉末10亦可选择性包含1wt%或以下的铌(Nb)粉及/或1wt%或以下的钼(Mo)粉，以及所述金属混合粉末10另亦可包含0.01wt%至1.0wt%的碳(C)元素。添加铌粉可进一步细化晶粒和降低合金的过热敏感性及回火脆性，并具有抵抗大气腐蚀的性能，铌粉添加量可占所述金属混合粉末10的总重的1wt%、0.8wt%、0.5wt%、0.25wt%、0.1wt%或0.01wt%等，但并不限于此。添加钼则可以延长材料产生敏化的时间，且亦可调整材料的密度用，并防止回火脆性，提升合金材料的高温强度、潜变强度及高温硬度、增加合金材料的抗孔蚀性，并形成耐磨耗的碳化钼粒子，钼粉添加量可占所述金属混合粉末10的总重的1wt%、0.8wt%、0.5wt%、0.25wt%、0.1wt%或0.01wt%等，但并不限于此。
接着，请参照图1及图2B所示，本发明较佳实施例的配重块合金制造方法的步骤(S02)：将上述金属混合粉末10按一预定重量比例与一黏结剂14混合成一胚料10’。在本步骤中，所述金属混合粉末10与黏结剂14的预定重量比例介于99：1至90：10，例如为99：1、98：2、97：3、96：4、95：5、94：6、93：7、92：8、91：9或90：10，但并不限于此。所述黏结剂14例如可选自琼脂(agar)、热塑性塑料、橡胶、蜡(wax)或甲醛(formaldehyde)，其可选择利用水、强酸或有机溶剂(如烷类溶剂)在常温或高温下加以去除。在一实施例中，所述黏结剂14例如选自琼脂。
随后，请参照图1及图2C所示，本发明较佳实施例的配重块合金制造方法的步骤(S03)：将所述胚料10’射出至一模具30中成型为一初胚。在本步骤中，上述金属混合粉末10与黏结剂14混合后得到的胚料10’用于进行金属粉末射出成型(metal injection molding，MIM)制造方法，首先所述胚料10’被置入一射出成型机(extruder)20中，并由所述射出成型机20挤出至一模具30的一模穴31中成型为一初胚40，此时的初胚40中仍含有所述黏结剂14。上述模具30的模穴31的形状依最终配重块形状需求加以设计。
之后，请参照图1及图2D所示，本发明较佳实施例的配重块合金制造方法的步骤(S04)：卸除所述模具30以及去除所述初胚10’中的黏结剂14。在本步骤中，本发明可以依照所述黏结剂14的种类与特性，选择利用一溶剂50(或一脱脂炉)在20至600℃下处理0.5至48小时，以去除所述初胚10’中的黏结剂14。所述溶剂50例如为水、强酸或有机溶剂(如烷类溶剂)。在一实施例中，若所述黏结剂14选自琼脂或蜡，所述溶剂50即为纯水。
最后，请参照图1及图2E所示，本发明较佳实施例的配重块合金制造方法的步骤(S05)：对上述去除所述黏结剂14后的初胚40进行高温烧结，以在冷却后形成一配重块合金70。在本步骤中，所述高温烧结处理是在一加热炉60中进行，所述加热炉60例如为真空炉或连结炉，其内进行抽真空或填充氮气及/或氩气等惰性气体。所述高温烧结的温度介于800至1500℃之间，例如800、900、950、1000、1200、1300或1500℃，但并不限于此。所述高温烧结的时间介于0.5至10小时之间，例如0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0或10小时，但并不限于此。所述高温烧结后的冷却的速率为1至20℃/分，例如1、2、5、8、10、12、15、18或20℃/分，但并不限于此。冷却至常温(25℃)后，所述配重块合金70具有8至17克/立方公分(g/cm3)的比重以及肥粒铁系的金相，上述比重例如为8、8.5、9、9.5、10、11、12、15、16或17g/cm3，但并不限于此。
如上所述，在金属粉末射出成型(MIM)后，所述配重块合金70相较于所述初胚40会有轻微程度的体积缩减，其尺寸公差约在±0.5%之间，且由于使用比传统粉末冶金更细的粉体粒径(0.1至45μm)，故本发明粉体烧结后可得95%以上的高致密度，其表现皆明显优于传统粉末冶金(粉体粒径约50～100μm)的尺寸公差(±0.7%)及致密度(<92%)的表现。相较于传统金属加工(如铸造、锻造或传统粉末冶金)的繁复程序与成本费用，金属粉末射出成型(MIM)因具有加工程序少、无切削或少切削、可以批次量产等优点，故不但可大幅提高生产效率及有效降低量产成本，且亦适用大量生产高精密尺寸、形状复杂的小型高尔夫杆头构件(如配重块)，并可顺利克服传统粉末冶金工艺制品的材质不均匀、机械性能低、不易成型薄壁或复杂结构的缺点。
再者，请参照图2F所示，本发明较佳实施例在利用上述配重块合金制造方法的步骤(S01)至(S05)制得所述配重块合金70之后，另可选择性实施一步骤：将所述配重块合金70焊接结合在一杆头本体80上，以便共同组装成一高尔夫球头。在本步骤中，所述高尔夫球头特别是指两件式(two-piece)的铁杆头，所述配重块合金70优选的是焊接结合在所述杆头本体80的底部，以降低铁杆头的整体重心位置。
请参照图3及图4所示，在本步骤中，所述高尔夫球头亦可以选自球道木杆的杆头本体80’或混血杆的杆头本体80”，此时，所述配重块合金70’、70”优选的是以焊接方式结合在所述杆头本体80’、80”的后底部或其他适合用于调整重心的位置，以降低球道木杆或混血杆的整体重心位置。
请参照下表1所示，其揭示本发明数种不同实施例(MIM D9～D17)利用上述步骤(S01)至(S05)的金属粉末射出成型(MIM)加以制作成配重块合金70后的最终金属组成比例，所述配重块合金70的比重为9-17g/cm3。再者，将上述配重块合金70与一铁系材质的杆头本体80进行焊接，接着对其进行拉伸试验，可得到所述配重块合金70与杆头本体80之间的焊接处的抗拉强度介于15至90ksi之间。上述焊接结合方式可为激光(laser)焊接、离子焊接或氩弧焊接；焊接使用的焊条可为329、312、630、308焊条；及所述杆头本体80的铁系材质可为不锈钢系材料(如17-4、431等)或软铁类材质(如8620、S25C等)，但并不限于此。
表1、
如上所述，相较于传统金属加工(如铸造、锻造或传统粉末冶金)的可焊接性不足等缺点，图1及图2A至2F的本发明首先准备一金属混合粉末10，包含10wt%至95wt%的钨粉11，及其余重量百分比为重量比1：1～5的铬-铁粉12及镍粉13，接着再使上述金属混合粉末10与一黏结剂14混合成胚料，并进行金属粉末射出成型(MIM)制造方法，藉此即可制得高比重的配重块合金70，并能通过使用所述铬-铁粉12来避免在配重块合金70的表面形成金属氧化物，因此不但可降低配重块的制造成本，且亦可提高配重块的可焊接性，以及增加配重块与杆头本体之间的焊接可靠性。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。
Claims (12)
1.一种高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述制造方法包含步骤：
准备一金属混合粉末，包含以重量百分比計10%至95%的钨粉，及其余重量则为重量比1：1～5的铬-铁粉及镍粉，所述铬-铁粉中的铬所占重量比例介于15%至70%；
将所述金属混合粉末按99：1至90：10的重量比例与一黏结剂混合成一胚料；
将所述胚料射出至一模具中成型为一初胚；
卸除所述模具以及去除所述初胚中的所述黏结剂；以及
对去除所述黏结剂后的所述初胚进行高温烧结，以在冷却后形成一配重块合金，其具有8至17克/立方公分的比重。
2.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述钨粉、铬-铁粉及镍粉的粒径分别介于0.1微米至45微米之间。
3.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述金属混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的钨粉、1%或以下的铌粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
4.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述金属混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的钨粉、1%或以下的钼粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
5.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述金属混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的钨粉、1%或以下的铌粉、1%或以下的钼粉，及其余重量为铬-铁粉及镍粉。
6.如权利要求1、3、4或5所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述金属混合粉末另包含以重量百分比計0.01%至1.0%的碳。
7.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述黏结剂选自琼脂、热塑性塑料、橡胶、蜡或甲醛。
8.如权利要求1或7所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：在去除所述初胚中的黏结剂的步骤中，选择利用水、强酸或有机溶剂在20至600℃下处理0.5至48小时，以去除所述初胚中的所述黏结剂。
9.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述高温烧结的温度介于800至1500℃之间，所述高温烧结的时间介于0.5至10小时之间，高温烧结后的冷却的速率为1至20℃/分。
10.如权利要求1所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：在形成所述配重块合金后，将所述配重块合金焊接结合在一杆头本体上。
11.如权利要求10所述的高尔夫球头的配重块合金的制造方法，其特征在于：所述焊接方式为激光焊接、离子焊接或氩弧焊接。
12.一种高尔夫球头的配重块合金，其特征在于，其包含以重量百分比計10%至95%的钨粉，及其余重量则为重量比1：1～5的铬-铁粉及镍粉，所述铬-铁粉中的铬所占重量比例介于15%至70%，所述配重块合金是由金属粉末射出成型制造方法制成，并具有8至17克/立方公分的比重。
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