DE69712094T2

DE69712094T2 - Schmierpulver für die pulvermetallurgie

Info

Publication number: DE69712094T2
Application number: DE69712094T
Authority: DE
Inventors: Hifoyaso Saitoh; Toshio Serita; Masaaki Suzuki; Norio Ukai
Original assignee: Hoganas AB
Current assignee: Hoganas AB
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2017-08-06
Also published as: AU3872097A; US6231635B1; CA2262508C; DE69712094D1; EP0946322A1; ES2171982T3; BR9711621A; EP0946322B1; KR20000029799A; WO1998005453A1; CA2262508A1; KR100388335B1; JPH1046202A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmiermittel für metallurgische Pulverzusammensetzungen sowie eine Metallpulverzusammensetzung, welche das Schmiermittel enthält. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen von gesinterten Produkten unter Verwendung des Schmiermittels.
Die Pulvermetallurgieindustrie hat Pulverzusammensetzungen auf Eisenbasis entwickelt, welche zu integralen Metallteilen mit verschiedenen Gestalten und Größen zur Verwendung in der Automobil- und Elektronikindustrie verarbeitet werden können. Eine Verarbeitungsmethode zum Herstellen der Teile aus den Ausgangspulvern besteht darin, das Pulver in den Pressformhohlraum einzufüllen und das Pulver unter hohen Drücken zu verdichten. Das resultierende grüne Teil wird dann aus dem Pressformhohlraum entnommen und gesintert.
Um einen übermäßigen Verschleiß an dem Pressformhohlraum zu vermeiden, werden gewöhnlich Schmiermittel während des Verdichtungsvorgangs verwendet. Die Schmierung wird allgemein entweder durch Vermischen eines festen Schmiermittelpulvers mit dem Pulver auf Eisenbasis (Innenschmierung) oder durch Sprühen einer flüssigen Dispersion oder Lösung des Schmiermittels auf die Oberfläche des Pressformhohlraums (Aussenschmierung) ausgeführt. In einigen Fällen werden beide Methoden verwendet. Nahezu alle derzeit verwendeten Schmiermittel sind von in der Natur vorkommenden langkettigen Fettsäuren abgeleitet.
Die häufigste Fettsäure ist Stearinsäure (C&sub1;&sub7;H&sub3;&sub5;COOH), die aus einer aliphatischen Kette CH&sub3;-(CH&sub2;)&sub1;&sub6; besteht, die mit einer Carbonsäuregruppe -COOH verbunden ist. Wenn sie mit Metallpulvern vermischt wird, ergibt sie ein schnelles Fließen, eine hohe scheinbare Dichte und eine gute Lubrizität. Ihr niedriger Schmelzpunkt (64ºC) kann zu einem Erweichen während des Vermischens mit dem Pulver führen, was Probleme verursacht. Deshalb sind Salze von Stearinsäure, d. h. Metallseifen, beliebter. Der Hauptnachteil der Seifen ist ihr Metallgehalt. Beim Abbrennen verflüchtigt sich die Fettsäurekette leicht, das Metall bleibt jedoch als Oxid oder Carbonat zurück, wenngleich dies in einer reduzierenden Atmosphäre zu dem Metall reduziert werden kann.
Die am häufigsten verwendete Metallseife ist Zinkstearat aufgrund seiner guten Fließeigenschaften. In reduzierenden Atmosphären wird das nach der anfänglichen Zersetzung zurückbleibende Zinkoxid zu Zink reduziert, welches sich aufgrund seines niedrigen Siedepunktes (907ºC) leicht verflüchtigt. Leider neigt das Zink beim Kontakt mit den kühleren Teilen des Ofens oder der äußeren Atmosphäre dazu, zu kondensieren, wobei auch etwas Zinkoxid gebildet wird. Eine Folge dieser Kondensation ist, dass die Produktion unterbrochen werden muss, da der Ofen regelmäßig gereinigt werden muss.
JP-A-54117873 offenbart ein Schmiermittel, umfassend 10-75% eines Fettsäurezinksalzes, wie etwa Zinkstearat, und restliches erstklassiges Fettsäurebisamid.
EP-A-0853994, welche zum Stand der Technik nach Artikel 54 (3) EPÜ gehört, offenbart ein Schmiermittel, umfassend eine Metallseife und ein Fettsäureamid.
Die mit Metallseifen verbundenen Probleme können durch die Verwendung von vollständig organischen Materialien wie Wachsen vermieden werden. Das am häufigsten in der Pulvermetallurgie verwendete Wachs ist Ethylenbisstearamid (z. B. Acrawax C). Dieses Material hat einen hohen Schmelzpunkt (140ºC), es brennt aber bei relativ niedrigen Temperaturen ab und hinterlässt keinen Metallrückstand. Der schwerwiegendste Nachteil ist sein schlechtes Fließverhalten in Metallpulvern.
Außerdem sind Mischungen aus Zinksalzen von Fettsäuren und Fettsäurebisamiden aufgrund der schlechten Leistung solcher Mischungen in der Pulvermetallurgieindustrie nicht akzeptiert worden.
Es wurde nun unerwarteterweise festgestellt, dass ein Schmiermittel, welches die Herstellung von verdichteten Produkten mit hoher Grünfestigkeit und hoher Gründichte in Kombination mit einer geringen Ausstoßkraft ermöglicht, mit einem Schmiermittel erhalten werden kann, das ein Lithium- und gegebenenfalls ein Zinksalz von einer oder mehreren Fettsäuren und ein Fettsäurebisamidprodukt umfasst. Genauer gesagt sollte die Menge der Metallsalze von den Fettsäuren ungefähr 10-60 Gew.-% des erfindungsgemäßen Schmiermittels ausmachen. Die Menge des Lithiumsalzes beträgt 10-60 Gew.-% und die Menge des Zinksalzes beträgt 0-40 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt die Menge des Zinksalzes mindestens 10 und am meisten bevorzugt mindestens 15 Gew.-% des · Schmiermittels. Die Menge des Bisamidprodukts beträgt 40-60 Gew.-%.
Typische Beispiele für Lithiumsalze von Fettsäuren sind Lithiumlaurat, Lithiummyristat, Lithiumpalmitat, Lithiumstearat, Lithiumbehenat, Lithiummontanat, und Lithiumoleat, welches Lithiumsalze von Fettsäuren mit 12-28 Kohlenstoffatomen sind.
Typische Beispiele für Zinksalze von einer Fettsäure sind Zinklaurat, Zinkmyristat, Zinkpalmitat, Zinkstearat, Zinkbehenat, Zinkmontanat und Zinkoleat, welches Zinksalze von Fettsäuren mit 12-28 Kohlenstoffatomen sind.
Typische Beispiele für Fettsäurebisamide sind Methylenbislauramid, Methylenbismyristamid, Methylenbispalmitamid, Methylenbisstearamid, Ethylenbisbehenamid, Methylenbisoleamid, Ethylenbislauramid, Ethylenbismyristamid, Ethylenbispalmitamid, Ethylenbisstearamid, Ethylenbisbehenamid, Ethylenbismontanamid und Ethylenbisoleamid.
Das Schmiermittel wird vorzugsweise durch Vermischen und Schmelzen der Komponenten hergestellt und das erhaltene Gemisch wird anschließend gekühlt und bis zu einer geeigneten Teilchengröße mikronisiert.
Die Erfindung wird außerdem durch die folgenden nicht beschränkenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiele 1 bis 5

Es wurden 5 verschiedene Schmiermittelproben mit der Zusammensetzung, die in der folgenden Tabelle 1 gezeigt ist, hergestellt. Tabelle 1
Zerstäubte Stahlpulver (10 kg) wurden mit den Probenschmiermitteln 1-5 (80 g) vermischt und jedes Pulvergemisch wurde im Hinblick auf die scheinbare Dichte, die Gründichte (bei 5 und 7 ton/cm²), die Ausstoßkraft, die Grünfestigkeit und die gesinterte Dichte untersucht. Das Sintern erfolgte bei 1120ºC · 30 min mit Basis(?)-Atmosphäre. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 offenbart. Tabelle 2
Anschließend wurden 5 verschiedene Schmiermittelproben (Vergleichsbeispiele 1-5) mit den Zusammensetzungen, die in der folgenden Tabelle 3 gezeigt sind, zum Vergleich hergestellt. Tabelle 3
Diese Proben wurden auf die gleiche Weise wie oben getestet und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Beispiel 6

Das bei der Herstellung von Grünlingen durch Sintern in einem großen Sinterofen (Herstellungsmenge ungefähr 200 ton/Monat) und einem Sinterofen mittlerer Größe (Herstellungsmenge ungefähr 100 ton/Monat) verwendete Schmiermittel, nämlich Zinkstearat, welches seit vielen Jahren verwendet worden war (Vergleichsbeispiel 6), wurde durch ein Pulverschmiermittel ersetzt, das mit den in Tabelle 5 (Beispiel 6) gezeigten Gewichtsanteilen hergestellt wurde. Das Ergebnis war, dass die Öfen nicht zum Reinigen von angesammeltem Material angehalten worden waren, selbst nachdem 1,5 Jahre nach dem Wechsel des Schmiermittels vergangen waren, und selbst danach kein nennenswertes angesammeltes Material festgestellt wurde, während das Innere des Ofens mit einer Häufigkeit von dreimal pro Jahr regelmäßig gereinigt worden war, als Zinkstearat verwendet wurde. Tabelle 5

Wirkung der Erfindung

Wie aus den Beispielen 1-6 hervorgeht, kann diese Erfindung ein Pulverschmiermittel für die Pulvermetallurgie bereitstellen, welches eine hohe Schüttdichte erzielen kann, wenn ein Metallpulver in eine Metallform gefüllt wird, sowie einen niedrigen Ausstoßdruck aus der Metallform, eine verbesserte Dichte und Festigkeit des geformten Presskörpers, eine verbesserte Dichte des gesinterten Presskörpers ohne Verunreinigung des Sinterofens erzielen kann.

Claims

(für die Vertragsstaaten DE, Es, FR, GB, IT)

1. Schmiermittel für pulvermetallurgische Zusammensetzungen, bestehend aus

10-60 Gew.-% eines Lithiumsalzes von einer Fettsäure;

0-40 Gew.-% eines Zinksalzes von einer Fettsäure und

40-90 Gew.-% eines Fettsäurebisamids, worin sich 10-60 Gew.-% des Schmiermittels aus dem Lithium- und dem Zinksalz zusammensetzen.

2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäuren von dem Lithiumsalz und dem Zinksalz ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren mit 12-28 Kohlenstoffatomen.

3. Schmiermittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fettsäurebisamid Ethylenbisstearamid ist.

4. Schmiermittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Zinksalzes mindestens 10, am meisten bevorzugt mindestens 15 Gew.-% des Schmiermittels beträgt.

5. Schmiermittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Form eines geschmolzenen, mikronisierten Pulvers vorliegt.

6. Metallpulverzusammensetzung, enthaltend ein Pulver auf Eisenbasis und ein Schmiermittel nach einem der vorangehenden Ansprüche.