CN105228774A - 冶金组合物的无溶剂粘结方法 - Google Patents

冶金组合物的无溶剂粘结方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105228774A
CN105228774A CN201480015542.4A CN201480015542A CN105228774A CN 105228774 A CN105228774 A CN 105228774A CN 201480015542 A CN201480015542 A CN 201480015542A CN 105228774 A CN105228774 A CN 105228774A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
binding agent
weight
solvent
metallurgical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201480015542.4A
Other languages
English (en)
Inventor
凯勒瑟·S·纳拉辛汉
克里斯托弗·T·谢德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoeganaes Corp
Original Assignee
Hoeganaes Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoeganaes Corp filed Critical Hoeganaes Corp
Publication of CN105228774A publication Critical patent/CN105228774A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/103—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing an organic binding agent comprising a mixture of, or obtained by reaction of, two or more components other than a solvent or a lubricating agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/108—Mixtures obtained by warm mixing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0207—Using a mixture of prealloyed powders or a master alloy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及制备粘结的冶金粉末组合物的方法，该方法包括熔融粘结剂并在基本无溶剂条件下将该熔融的粘结剂与冶金粉末混合物混合，历时足以形成粘结的冶金粉末组合物的时间。还描述了使用这些方法制备的粘结的冶金粉末组合物，以及使用这些组合物制备的压实粉末冶金部件。

Description

冶金组合物的无溶剂粘结方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月14日提出的美国临时申请No.61/781,331的优先权，该申请在此全部引入作为参考。
技术领域
本申请提出了一种用于粘结的冶金粉末组合物的无溶剂方法。
金属粉末的涂覆或者粘结对于提高粉末性能以及用于在粉末混合物的处理过程中减少污染是很重要的。粉末材料的涂覆和粘结方法之前已经被公开。参看美国专利US2,648,609、US3,117,027、US4,731,195、US6,280,683和US6,602,315。
一些粘结方法使用高剪切力和高外加压力的组合来用聚合物或者蜡涂覆粉末颗粒。这些方法引起粉末结块，产生料片样结构。在其他方法中，粉末被流体化，之后用溶解在溶剂中的粘结材料来进行涂覆。通常，这些粘结材料处于包含重量百分比为75％-95％溶剂的溶液中。在粉末颗粒被涂覆后，溶剂必须被除去-因为许多溶剂是可燃液体，该过程是非常耗时、昂贵并且危险的。
在美国专利US6,602,315和US6,280,683中描述的涂覆工艺使用了无溶剂“干粘结”。这些方法在低于聚合物熔点的温度，利用具有小粒度范围的聚合物粘结剂将金属粉末与添加剂混合。该方法尽管具有优点，但其范围受到限制，因为要求粘结剂小粒度。
仍然需要新的制备粘结的冶金粉末组合物的方法。
发明概要
本发明涉及用于制备粘结的冶金粉末组合物的方法，该方法包括在基本无溶剂条件下将粘结剂加热到高于粘结剂的熔点的温度，历时足以熔融该粘结剂的时间；在基本无溶剂条件下混合该熔融的粘结剂与冶金粉末混合物，历时足以形成粘结的冶金粉末组合物的时间。本发明还包括使用这些方法制备的粘结的冶金粉末组合物，以及使用其制备的压实粉末冶金部件。
示例性实施方案的详细描述
本发明提出了用于粘结、即颗粒涂覆来制造非聚集的覆层颗粒的改进的方法。这些方法基本上不使用溶剂来制造粘结的冶金粉末组合物。
根据本发明，粘结的冶金粉末组合物可以如下制备：在基本无溶剂条件下通过加热粘结剂至粘结剂的熔点温度或者高于粘结剂的熔点的温度，历时足以熔融该粘结剂的时间。
本文所述的“溶剂”是指任何有机溶剂，例如丙酮、二氯甲烷、甲苯、苯、乙醇、己烷等。
本文所述的“基本无溶剂”是指粘结剂中溶剂的重量百分比为0％到小于5％。优选实施方案包括粘结剂中溶剂的重量百分比小于5％。更优选的实施方案包括粘结剂中溶剂的重量百分比小于2％。更加优选的实施方案包括粘结剂中溶剂的重量百分比小于1％。在示例性实施方案中，粘结剂不包括被添加的溶剂。溶剂的存在量可以通过现有技术中任何常规方法来确定。
在本发明的方法中，涂覆材料，也被称为“粘结剂”，可以是任何具有明确熔点的固体聚合物或蜡。处在本发明说明书范围下的粘结剂的例子包括但不限于：硬脂酰胺、山嵛酸、油酰胺、聚乙烯、石蜡、亚乙基双硬脂酰胺和棉籽蜡。在本发明的一些实施例中，当粘结剂被加热到约50℃到约150℃之间的温度时熔融。在其他实施例中，当粘结剂加热到约50℃到约110℃之间的温度时熔融。在本发明的优选实施例中，粘结剂是聚乙烯。
本发明使用的其他粘结剂包括，例如，聚二醇，例如聚乙二醇或聚丙二醇；甘油；聚乙烯醇；乙酸乙烯脂的均聚物或共聚物；纤维素酯或醚树脂；甲基丙烯酸酯聚合物或共聚物；烷基树脂；聚氨酯树脂；聚酯树脂；或其组合。其他一些有用的粘结剂的例子，是US5,298,055中描述的相对高分子量的聚氧化烯烃基组合物。有用的粘结剂还包括二元有机酸，例如壬二酸，以及一种或多种极性组分，例如US5,290,336中公开的聚醚(液体或固体)和丙烯酸系树脂，所述文献在此全部引入作为参考。US5,290,336中的粘结剂还可以有利的地作为粘结剂和润滑剂的组合。其他有用的粘结剂包括US5,368,630中公开的纤维素酯树脂、羟烷基纤维素树脂和热塑性酚醛树脂。
粘结剂还可以是固体聚合物或蜡，例如聚酯、聚乙烯、环氧化合物、聚氨酯、石蜡、亚乙基双硬脂酰胺和棉籽蜡，还可以是平均分子量低于3000的聚烯烃。
在本发明的示例性实施方案中，粘结剂的重量为粘结的冶金粉末组合物的重量的约10重量％。在其他实施方案中，本发明的粘结的冶金粉末组合物基于粘结的冶金粉末组合物的重量包括约0.1重量％到约5.0重量％的粘结剂。在其他实施方案中，本发明的粘结的冶金粉末组合物基于粘结的冶金粉末组合物的重量包括约0.1重量％到约3.0重量％的粘结剂。在其他实施方案中，本发明的粘结的冶金粉末组合物基于粘结的冶金粉末组合物的重量包括约0.1重量％到约2.0重量％的粘结剂。在其他实施方案中，本发明的粘结的冶金粉末组合物基于粘结的冶金粉末组合物的重量包括约0.1重量％到约1.0重量％的粘结剂。
根据本发明，熔融的粘结剂在基本无溶剂的件下被施加到冶金粉末混合物。
本文中使用的“冶金粉末混合物”是指包含金属基粉末的冶金粉末。本发明的冶金粉末组合物优选包括至少80重量％的金属基冶金粉末。优选的，本发明的冶金粉末组合物优选包含至少90重量％的金属基冶金粉末。
本发明优选的金属基冶金粉末是铁基粉末。
基本上纯的铁粉末是杂质重量百分比不超过1.0％、优选不超过0.5％的铁粉。如此高压缩性、冶金级的铁粉的例子是可从新泽西里弗顿的Hoeganaes公司购买的ANCORSTEEL1000系列的纯铁粉，例如1000、1000B、1000C。例如，ANCORSTEEL1000铁粉具有重量百分比为约22％的小于No.325筛(US系列)的颗粒和重量百分比为约10％的大于No.100筛的颗粒以及其余是位于两种尺寸之间的(大于No.60筛的痕量)的颗粒的典型的筛特性。ANCORSTEEL1000粉末的表观密度约为2.85-3.00g/cm3，典型的是2.94g/cm3。其他可以在本发明中使用的基本上纯的铁粉是典型的海绵铁粉，例如Hoeganaes的ANCORMH-100粉末。
本发明的冶金粉末混合物可以是预合金化铁基粉末，是不锈钢粉末。这些不锈钢粉末是在市场上可买到的Hoeganaes系列中的各种等级，例如303L、304L、316L、410L、430L、434L、和409Cb粉末。同时，铁基粉末包括由粉末冶金方法制得的工具钢。
本发明的冶金粉末混合物还可以是由合金元素诸如例如钼(Mo)进行预合金化的基本上纯的铁粉末。用钼预合金化的铁粉通过将含有重量百分比为约0.5到2.5的Mo的基本上纯的铁熔体进行雾化而制得的。该粉末的例子是Hoeganaes的ANCORSTEEL85HP钢粉，其含有约0.85重量百分比的Mo，总共小于0.4重量百分比的其他材料，例如锰、铬、硅、铜、镍、钼或铝，以及小于0.02重量百分比的碳。含钼铁基粉末的其他例子是Hoeganaes的ANCORSTEEL737粉末(含有约1.4重量％的Ni，约1.25重量％的Mo，约0.4重量％的Mn，余量为铁)，ANCORSTEEL2000粉末(含有约0.46重量％的Ni，约0.61重量％的Mo，约0.25重量％的Mn，余量为铁)，ANCORSTEEL4300粉末(约1.0重量％的Cr，约1.0重量％的Ni，约0.8重量％的Mo，约0.6重量％的Si，约0.1重量％的Mn，余量为铁)和ANCORSTEEL4600V粉末(约1.83重量％的Ni，约0.56重量％的Mo，约0.15重量％的Mn，余量为铁)。US7,153,339中公开了其他示例性的铁基粉末，该文献在此全部引入作为参考。
在US5,108,493中公开了其他预合金化的铁基粉末，该文献在此全部引入作为参考。这些钢粉组合物是两种不同的预合金化的铁基粉末的混合物，一种是含0.5-2.5重量％的Mo的铁的预合金，另一种是含有碳以及至少25重量％的过渡元素组分的铁的预合金，其中该组分包括至少一种选自铬、锰、钒和铌的元素。该混合物所处的比例是向钢粉组合物提供至少约0.05重量％的过渡元素组分。此类粉末的例子是市场可买到的例如Hoeganaes的ANCORSTEEL41AB钢粉，其含有约0.85重量％的钼、约1重量％的镍、约0.9重量％的锰、约0.75重量％的铬，和约0.5重量％的碳。
本发明的冶金粉末混合物也可以是扩散粘结的铁基粉末，其为基本上纯的铁的颗粒，所述基本上纯的铁的颗粒具有一种或多种扩散到其外表面中的其他合金元素或金属例如产钢元素的层或涂层。制造此粉末的典型方法是雾化铁的熔体并将该雾化的退火粉末与合金粉末组合，之后在炉中对该粉末混合物进行再退火。此类市场上可买到的粉末包括从Hoeganaes公司买到的DISTALOY4600A扩散粘结粉末，其含有约1.8％的镍、约0.55％的钼、和约1.6％的铜，以及包括从Hoeganaes公司买到的DISTALY4800A扩散粘结粉末，其含有约4.05％的镍、约0.55％的钼、和约1.6％的铜。
在此使用的铁基粉末的颗粒，例如基本上纯的铁、扩散粘结铁和预合金化铁，具有粒度分布。典型的，这些粉末是至少90重量％的粉末样本能够通过No.45筛(US系列)，更优选的，至少约90重量％的粉末样本能够通过No.60筛。这些粉末典型地具有至少50重量％的通过No.70筛的粉末并留下超过或大于No.400筛的粉末，更优选的，具有至少50重量％的通过No.70筛的粉末并留下超过或大于No.325筛的粉末。另外，这些粉末典型地具有至少5重量％，更常见的至少约10重量％和通常至少15重量％的通过No.325筛的颗粒。筛度分析参见MPIF标准05。
因此，冶金粉末混合物能够重均具有小达一个微米或更低的重均粒度，或高达850-1000微米的重均粒度，但是通常该颗粒的重均粒度在10-500微米范围内。优选具有高达350微米的最大重均粒度的铁或预合金化的铁颗粒，更优选的是重均粒度在约25-150范围内的颗粒。在优选实施方案中，冶金粉末组合物具有的典型粒度是小于150微米(-100目)，包括，例如，具有38％到48％的粒度小于45微米(-325目)的颗粒的粉末。
所述的铁基粉末优选是水雾化粉末。这些铁基粉末的表观密度是至少2.75g/cm3，优选在2.75到4.6g/cm3之间，更优选在2.8到4.0g/cm3之间，并且在一些情况下，更优选在2.8到3.5g/cm3之间。
耐腐蚀冶金粉末混合物包含一种或多种合金添加剂、其增强了最终压实部件的机械性质或其他性质。合金添加剂通过本领域技术人员已知的传统的粉末冶金技术与铁粉组合，所述技术为例如，混合技术、预合金化技术或扩散粘结技术。优选的，合金添加剂通过预合金化技术与铁基粉末组合，例如，制备铁和所需的合金元素的熔体，然后雾化该熔体，其中雾化的小滴凝固后形成粉末。
合金添加剂是那些在粉末冶金工业中已知增强压实部件的耐腐蚀性、强度、淬透性或其他所需的性能的合金添加剂。产钢元素是这些材料中最有名的。合金元素的例子包括但不限于铬、硅、石墨、铜、钼、镍等，或其组合。被包含的一种或多种合金元素的量根据最终金属部件所需的性能的不同而异。包含这些合金元素的预合金化铁粉是可从Hoeganaes公司得到的，例如其ANCORSTEEL系列粉末。当使用时，冶金粉末混合物包含冶金粉末混合物重量的0.10％到约10％的合金粉末。优选的，冶金粉末混合物包含冶金粉末混合物重量的0.20％到约5％的合金粉末。
熔融的粘结剂可以通过任何现有技术中的已知方法被施加到冶金粉末混合物。一个示例性的例子是喷射施加。
在本发明的一些实施例中，可以在施加熔融的粘结剂之前或期间来加热该冶金粉末混合物。例如，可以在施加熔融的粘结剂之前或期间，将该冶金粉末混合物加热到60℃到85℃。
一旦熔融的粘结剂被施加到冶金粉末混合物后，该熔融的粘结剂和冶金粉末混合物在基本无溶剂条件下相混合，历时足以形成本发明的粘结的冶金粉末组合物的时间。例如，该混合可以进行1到5分钟，根据粘结剂的量的不同而异。可以使用任何现有技术中已知的混合方法。优选的，混合方法允许加热和混合同时发生。该混合可以在混合器中以低剪切力发生，即约20到约30rpm之间，或者以高剪切力发生，即大于30rpm。本发明的方法中可以使用的混合装置包括例如滚筒混合机，和埃尔利奇混合器(ElrichMixer)，桨式混合机，以及S.How混合机，Nauta搅拌机和Littleford搅拌机。其他混合方法，例如Wurster涂布机，也可以使用。
与美国专利US6,602,315和US6,280,683公开的干粘结方法相比，本发明的一个优点是，不需要粘结剂为任何特定粒度，因为该粘结剂在被添加到冶金粉末之前将被熔融。因此，粘结剂开始时可以是尺寸为几英尺的粗块或者球丸。
在本发明的方法中，聚合物优选地在与含有冶金粉末的搅拌机相分开的容器中熔融。结果，在搅拌机中的金属粉末不需要被加热到被喷射的聚合物的软化点或熔融点。与其他现有技术中的干粘结法相比，该方法节约了大量能量。与溶剂粘结工艺相比，本发明的方法是低能耗的，因为溶剂蒸发、回收、和处理不是必需的。因此本发明的方法更加节能并且对环境更友好。
任何熔融方法都可以使用，但是直接加热含有聚合物材料的容器也是可接受的。
本发明的冶金粉末组合物可以被形成为本领域技术人员已知的各种产品形状，诸如例如，使用常规实践形成的坯锭、棒、杆、线、带、板或片。
然后，该粘结的组合物通过本领域技术人员已知的传统技术进行压实。通常，该粘结的冶金粉末组合物在约5吨/平方英寸(tsi)进行压实。优选的，该粘结的冶金粉末组合物在约5tsi到约200tsi进行压实，更优选地，在约30tsi到约60tsi进行压力。得到的生坯可以被烧结。优选的，烧结温度至少为2000°F，优选的，使用至少2200°F(1200℃)、更优选至少约2250°F(1230℃)、甚至更优选至少2300°F(1260℃)的温度。烧结操作还可以在低温下进行，例如至少2100°F。
烧结部件通常具有的密度为至少约6.6g/cm3，优选至少6.68g/cm3，更优选至少7.0g/cm3，更优选从约7.15g/cm3到约7.38g/cm3。仍然更加优选的，烧结部件的密度至少为约7.4g/cm3。使用本发明的冶金粉末组合物还可以达到7.50g/cm3的密度。
本领域技术人员可知可以对本发明的优选实施例进行很多改变和修改，并且这些改变和修改没有脱离本发明的实质。以下的实施例将进一步描述冶金粉末组合物。
具体实施方式
实施例1
使用两种方法将聚乙烯(Polywax655)粘结剂与铁基合金粉末相混合。方法A是US6,602,315中描述的方法。方法B是根据本发明的方法。试验组合物含有0.80％的石墨作为合金粉末，98.45％的ANCORSTEELA1000铁基粉末，和0.75％的聚乙烯。
对于方法1A，聚乙烯被磨碎至平均粒度为20微米，然后被加入到含有试验组合物的搅拌机中。该搅拌机内的内容物被加热到约180°F(82℃)。
对于方法1B，聚乙烯被加热到高于其熔点的温度并被喷射到含有试验组合物的搅拌机中。该搅拌机中的内容物被加热到约180°F(82℃)。
表1显示了采用两种粘结技术的石墨的防尘或粘结效率。根据方法1B制备的组合物具有改善的粘结效率。
表1
粘结方法 粘结的石墨(％)
方法1A 84
方法1B 95
实施例2
试验组合物包括2.9％的磷铁(Fe3P)(平均粒度＝10微米)作为合金粉末，98.45％的ANCORSTEELA1000B的铁基粉末，0.20％的聚乙烯，0.50％的亚乙基双硬脂酰胺(平均粒度-20微米)。
用于方法2A的试验组合物包括2.9％的磷铁(Fe3P)(平均粒度＝10微米)作为合金粉末，98.45％的ANCORSTEELA1000B的铁基粉末，和0.20％的聚乙烯。对于方法2A，将聚乙烯溶解在丙酮中，并根据现有技术中的基于溶剂的粘结方法，与其他组分结合。将粘结剂溶解在溶剂中的一个缺点是，粘结剂的溶解度是有限的。此外，受到限制的溶解的粘结剂的量，不足以为压实过程提供合适的润滑，所以必须添加额外的润滑剂到溶剂粘结混合物中，这样压实过程才能发生。对于方法2A，额外的润滑剂是0.50％的亚乙基双硬脂酰胺(“EBS”)(平均粒度-20微米)。
对于方法2B，使用本发明的方法将聚乙烯熔融并喷射施加到其他组分。在方法2B中试验组合物不需要EBS，因为粘结剂的量不会受到溶解度限制。
表2显示了采用两种粘结技术的Fe3P的粘结效率。根据方法2B制备的组合物具有改善的粘结效率。
表2
粘结方法 粘结的石墨(％)
方法2A 80
方法2B 97
实施例3
在现有技术的溶剂粘结方法中，额外的润滑剂以粉末形式添加，这容易造成粉尘。如果在粘结过程中加入额外润滑剂，一些粘结剂会粘结于这些额外的润滑剂并因此不能粘结合金粉末，例如Fe3P。这与本发明的方法形成对比，因为所述聚合物既可以作为粘结剂也可以作为润滑剂。
对于预混合料，试验组合物包括作为合金粉末的0.8％的石墨(平均粒度＝6微米)，98.45％的ANCORSTEELA1000铁基粉末，和0.75％的EBS(平均粒度＝20微米)。该试验组合物使用传统的混合技术进行混合。
对于方法3B，试验组合物包括作为合金粉末的0.8％的石墨(平均粒度＝6微米)，98.45％的ANCORSTEELA1000铁基粉末，和0.75％的聚乙烯。使用本发明的方法，聚乙烯被熔融并喷射施加到其他成分。
本发明的粘结方法的优点是粘结剂在铁基粉末的外侧形成薄涂层，该涂层然后用来“粘住”任何添加剂颗粒；在本实施例中，是石墨。由于粘结剂起到润滑剂的作用，因此以粉末形式被加入的润滑剂的量被消除或大大减少。由于在铁基粉末上用于待粘结颗粒的表面积是有限的，因此要被粘附到基体粉末上的颗粒的数目越小，则粘结效率就越好。可以参看表3，其中使用方法3B的粘结效率是95％(通过全部的碳来测量)，相对于方法3A，其粘结效率仅为55％。
表3
粘结的石墨(％)
预混合料 55
方法3B 95
实施例4
粘结剂或润滑剂对于表观密度和流动的影响是很重要的。表观密度是在固定体积中可以填充多少粉末的度量，较高的值表示填充模具制造部件的能力较好。粉末流动是用来填充模具型腔(固定体积)所必要的时间。由于制造PM部件涉及重复填充模具，因此流动越好(较低的时间)，则在固定时间内可以生产更多的部件，因此提高了部件制造过程的生产率。粉末颗粒或者粘结的颗粒的形状能够影响粉末混合物的流动和表观密度。更圆的形状会通过提高颗粒堆积来提高表观密度，并通过减少颗粒摩擦来提高流动性。
在粉末的粘结混合物中，粉末的形状可被认为是基体粉末、合金粉末、润滑剂和粘结剂的组合。在本发明的方法中，由于粘结剂可以在基体粉末周围均匀施加，因此与使用现有技术中的“干粘结”法制造的粘结粉末相比，本发明的粘结颗粒更接近球形。
在本实施例中使用的混合物的组成是：
预混合料：2.0％的8081铜粉(平均粒度＝20微米)，作为合金粉末的0.80％的石墨(平均粒度＝8微米)，96.45％的ANCORSTEELA1000B铁基粉末和0.75％的EBS(亚乙基双硬脂酰胺)(平均粒度＝20微米)。
用于方法4A的混合料：2.0％的8081铜粉(平均粒度＝20微米)，作为合金粉末的0.80％的石墨(平均粒度＝8微米)，96.45％的ANCORSTEELA1000B铁基粉末，0.75％的聚乙烯，聚乙烯根据本发明被熔融并喷射。
用于方法4B的混合料：0.20％的EBS，2.0％的8081铜粉(平均粒度＝20微米)，作为合金粉末的0.80％的石墨(平均粒度＝8微米)，96.45％的ANCORSTEELA1000B铁基粉末，0.55％的聚乙烯，聚乙烯根据本发明被熔融并喷射，外加额外的0.20％的EBS(平均粒度＝20微米)。
用于方法4C的混合料：2.0％的8081铜粉(平均粒度＝20微米)，作为合金粉末的0.80％的石墨(平均粒度＝8微米)，96.45％的ANCORSTEELA1000B铁基粉末，0.20％的聚乙烯，溶解在丙酮中。此外，还有0.50％的EBS，平均粒度为20微米。聚乙烯使用现有技术中的基于溶剂的方法来进行施加。
表4显示了根据本发明(方法4A和4B)的粘结粉末的流动性和表观密度，与标准预混合料和基于溶剂的混合料(方法4C)的对比。
表4
样本 表观密度 流动性
预混合料 2.99 40.0
方法4A 3.68 28.7
方法4B 3.57 30.8
方法4C 3.29 31.4
方法4A，具有0.75％的被喷射的聚乙烯，比类似组成的预混合料在表观密度(更高)和流动性(更低)方面有所改善。方法4A和4B比预混合料或者标准溶剂粘结混合料(方法4C)的性能更好。
通常，在预混合料或溶剂粘结的混合料中获得大于3.40g/cc的表观密度是很困难的。使用预混合料，未粘结的聚合物的静电力和添加剂的摩擦作用倾向于对表观密度和流动性具有不利影响。采用溶剂粘结混合物，由于溶解度限制了粘结剂的量，粘结颗粒倾向于比根据本发明制备的粘结颗粒具有更不规则的形状。使用本发明的方法观察到的提高的表观密度和流动性能够导致压实部件的改善的尺寸控制和重量一致性。
实施例5
粘结剂应当具有润滑剂的功能。需要润滑剂来辅助模具中部件的压实和脱模并减少开始时和脱模过程中的摩擦力。如果粘结剂能够作为润滑剂，则可以减少对部件进行压实所必需的力并获得较高的密度。
根据本发明粘结的材料在表观密度和流动性方面显示出如图4所示的结果的相似改善。
图5显示了脱模和滑动，其是粉末混合物脱模特征的量度。脱模压力是使被压实部件在脱模周期中从模具开始移动所必需的压力。脱模压力越低，则部件就越容易从模具中移除并且压实机需要的力就越小。滑动压力是保持部件移出模具直到其完全脱离模具束缚所必需的力。在多数情况下，滑动压力越低，则部件越容易从模具中移除并且表面光洁度越好。
图5显示了对于三种不同的压实压力下(30、40和50tsi)的脱模压力(脱模和滑动)。与传统的预混合料和溶剂粘结混合料相比，根据本发明粘结的材料显示了较低的脱模和滑动。根据本发明制备的材料的压坯密度可与预混合料相比，并高于溶剂粘结混合料。
表5显示了各种混合料的压实性能的结果。本试验中使用的混合料是A1000+0.80％石墨+0.75％有机材料。“预混合料”是指未粘结材料。MB#1和MB#2是根据本发明制备的粘结材料，即，粘结剂在基本无溶剂条件下溶解并与其他材料混合。在MB#1和MB#2中使用的粘结剂是山嵛酸和亚乙基双硬脂酰胺。MB#1从粘结剂具有0.40％的总润滑剂。MB#2具有还作为润滑剂使用的粘结剂。AB1(Ancorbond1)使用溶剂粘结法进行粘结，并且用作比较。AB1包括有机粘结剂，其包括聚乙烯、聚二醇、和亚乙基双硬脂酰胺。在试验混合物中，粘结剂和亚乙基双硬脂酰胺的组合是混合物重量的0.75％。
表5
实施例6
本发明的示例性方法包括在混合装置中加热金属粉末和合金粉末混合物至预选温度。粘结剂在单独的容器中被熔融并被喷射到混合装置中，同时该混合物被混合。得到的粘结粉末被冷却到室温。这时可以添加额外的添加剂。

Claims (19)

1.一种制备粘结的冶金粉末组合物的方法，该方法包括：
在基本无溶剂条件下熔融粘结剂；
和
在基本无溶剂条件下将熔融的粘结剂与冶金粉末混合物相混合，历时足以形成粘结的冶金粉末组合物的时间。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基于粘结剂重量，粘结剂包括小于5重量％的溶剂。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，基于粘结剂重量，粘结剂包括小于2重量％的溶剂。
4.如以上权利要求任一项所述的方法，其中粘结剂不包括被添加的溶剂。
5.如以上权利要求任一项所述的方法，其中粘结剂是硬脂酰胺、山嵛酸、油酰胺、聚乙烯、石蜡、亚乙基双硬脂酰胺、棉籽蜡，或其组合。
6.如以上权利要求任一项所述的方法，其中熔融步骤包括将粘结剂加热到高于该粘结剂熔点的温度，历时足以熔融该粘结剂的时间。
7.如权利要求6所述的方法，其中粘结剂被加热到约50℃～约110℃之间的温度。
8.如以上权利要求任一项所述的方法，其中粘结剂是聚乙烯。
9.如以上权利要求任一项所述的方法，其中冶金粉末混合物包括：
基于混合物的重量，至少约80重量％的金属基粉末，和
至少一种合金粉末。
10.如权利要求9所述的方法，其中冶金粉末混合物包括至少90重量％的金属基粉末。
11.如权利要求9所述的方法，其中金属基粉末是铁基粉末。
12.如权利要求9所述的方法，其中冶金粉末混合物还包括组合物重量的0.20重量％到约5.0重量％的合金粉末。
13.如以上权利要求任一项所述的方法，其中粘结的冶金粉末组合物包括组合物重量的约0.15重量％到约2.0重量％的粘结剂。
14.如权利要求6所述的方法，其中冶金粉末混合物被加热到约60℃～约85℃之间的温度。
15.如以上权利要求任一项所述的方法，其中，在混合步骤之前，在基本无溶剂条件下，通过用熔融的粘结剂喷射冶金粉末，将熔融的粘结剂施加到该粉末。
16.如权利要求1或权利要求6所述的方法，其中在混合步骤之前，在基本无溶剂条件下，通过用熔融的粘结剂喷射冶金粉末，将熔融的粘结剂施加到该粉末。
17.如权利要求16所述的方法，其中，基于粘结剂的重量，粘结剂含有小于2重量％的溶剂。
18.根据以上权利要求任一项所制备的粘结的冶金粉末组合物。
19.使用权利要求6的粘结的冶金粉末组合物制备的压实粉末冶金部件。
CN201480015542.4A 2013-03-14 2014-03-11 冶金组合物的无溶剂粘结方法 Pending CN105228774A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361781331P 2013-03-14 2013-03-14
US61/781,331 2013-03-14
PCT/US2014/023002 WO2014159318A1 (en) 2013-03-14 2014-03-11 Methods for solventless bonding of metallurgical compositions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105228774A true CN105228774A (zh) 2016-01-06

Family

ID=50382751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480015542.4A Pending CN105228774A (zh) 2013-03-14 2014-03-11 冶金组合物的无溶剂粘结方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140271329A1 (zh)
EP (1) EP2969316A1 (zh)
JP (1) JP2016517475A (zh)
KR (1) KR20150127214A (zh)
CN (1) CN105228774A (zh)
BR (1) BR112015023225A2 (zh)
CA (1) CA2906347A1 (zh)
WO (1) WO2014159318A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111609172A (zh) * 2020-04-28 2020-09-01 福建盛辉科技发展有限公司 一种内阀芯管及其制造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106001540B (zh) * 2016-05-17 2018-11-27 厦门金鹭特种合金有限公司 一种能够快速烘干硬质合金成型剂及其拌料工艺

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580681B1 (en) * 1991-04-18 1997-05-07 Höganäs Ab Powder mixture and method for the production thereof
JP2003514107A (ja) * 1999-10-22 2003-04-15 ヘガネス・コーポレーシヨン 結合剤／滑剤含有改良金属加工用組成物およびそれの製造方法
CN1898050A (zh) * 2003-12-22 2007-01-17 霍加纳斯股份有限公司 包括粘合剂－润滑剂组合的铁基粉末组合物及其制备
JP2007211275A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Jfe Steel Kk 鉄基粉末混合物の製造方法
CN101890496A (zh) * 2004-07-02 2010-11-24 霍加纳斯股份有限公司 包含炭黑作为流动增强剂的粉末冶金组合物

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2648609A (en) 1949-01-21 1953-08-11 Wisconsin Alumni Res Found Method of applying coatings to edible tablets or the like
US3117027A (en) 1960-01-08 1964-01-07 Wisconsin Alumni Res Found Apparatus for coating particles in a fluidized bed
US4657784A (en) 1986-03-10 1987-04-14 Ecolab Inc. Process for encapsulating particles with at least two coating layers having different melting points
US5108493A (en) 1991-05-03 1992-04-28 Hoeganaes Corporation Steel powder admixture having distinct prealloyed powder of iron alloys
US5298055A (en) 1992-03-09 1994-03-29 Hoeganaes Corporation Iron-based powder mixtures containing binder-lubricant
US5290336A (en) 1992-05-04 1994-03-01 Hoeganaes Corporation Iron-based powder compositions containing novel binder/lubricants
US5368630A (en) 1993-04-13 1994-11-29 Hoeganaes Corporation Metal powder compositions containing binding agents for elevated temperature compaction
US7153339B2 (en) 2004-04-06 2006-12-26 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical compositions and methods for making the same
US7390345B2 (en) * 2004-07-02 2008-06-24 Höganäs Ab Powder additive

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0580681B1 (en) * 1991-04-18 1997-05-07 Höganäs Ab Powder mixture and method for the production thereof
JP2003514107A (ja) * 1999-10-22 2003-04-15 ヘガネス・コーポレーシヨン 結合剤／滑剤含有改良金属加工用組成物およびそれの製造方法
CN1898050A (zh) * 2003-12-22 2007-01-17 霍加纳斯股份有限公司 包括粘合剂－润滑剂组合的铁基粉末组合物及其制备
CN101890496A (zh) * 2004-07-02 2010-11-24 霍加纳斯股份有限公司 包含炭黑作为流动增强剂的粉末冶金组合物
JP2007211275A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Jfe Steel Kk 鉄基粉末混合物の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111609172A (zh) * 2020-04-28 2020-09-01 福建盛辉科技发展有限公司 一种内阀芯管及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
BR112015023225A2 (pt) 2017-07-18
WO2014159318A1 (en) 2014-10-02
CA2906347A1 (en) 2014-10-02
EP2969316A1 (en) 2016-01-20
JP2016517475A (ja) 2016-06-16
US20140271329A1 (en) 2014-09-18
KR20150127214A (ko) 2015-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5271958B2 (ja) 結合剤−潤滑剤の組合せを含有する鉄基粉末組成物及びその粉末組成物の製造
JP3964135B2 (ja) 流動剤含有冶金用鉄基組成物及びその使用方法
CN102227274B (zh) 粉末冶金组合物的润滑剂
JP2009523907A (ja) 冶金粉末組成物及びこれから製造される固化製品の製造法
KR20070027758A (ko) 유동 강화제로서 탄소 블랙을 포함하는 분말 야금학적조성물
CN1950161B (zh) 粉末冶金组合物及其制备方法
JP4769806B2 (ja) 冶金粉末組成物及びこれから製造される部品
KR100861988B1 (ko) 개선된 분말 야금 윤활제 조성물 및 이를 이용한 방법
KR20020082829A (ko) 결합제/윤활제를 함유하는 향상된 야금 조성물 및 그 제조방법
JP4964126B2 (ja) 成形生成物を製造する方法
JP4629102B2 (ja) 粉末組成物、及び軟磁性部品の製造方法
CN105228774A (zh) 冶金组合物的无溶剂粘结方法
CA2447806C (en) Improved powder metallurgy lubricant compositions and methods for using the same
KR100845392B1 (ko) 절연된 연자성 철계 분말 조성물용 윤활제
KR101202371B1 (ko) 유동 강화제로서 탄소 블랙을 포함하는 분말 야금학적 조성물
US20230128986A1 (en) Iron-Based Mixed Powder and Method for Manufacturing the Same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160106

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication