本发明涉及用于粉末冶金工业的新金属粉末组合物。特别地，本发明涉及海绵铁基粉末组合物，其包括润滑剂，用于改进粉末性质、压缩和加工。
背景技术：
：在工业中，通过压缩和烧结铁基粉末组合物生产的金属产品的使用正变得越来越普遍。对这些金属产品的质量要求正在连续上升，并且由此需要开发新的具有改善的性质的粉末组合物。因此存在改善粉末性质、压缩方法和烧结方法的需要。可以改善的参数是例如金属粉末本身的性质或各种添加剂的类型或性质。添加剂可以包括合金化元素(alloyingelement)、流动试剂(flowagent)、润滑剂、可机加工性增强试剂或硬相材料。作为用于低密度PM应用的润滑剂，由于其总体上良好的性能，经常使用硬脂酸锌或酰胺蜡。关于金属粉末本身的性质，人们的兴趣集中在雾化(atomised)金属粉末上和特别地在其和某些类型的润滑剂一起的使用上。雾化金属粉末可以通过将熔融金属的细流(thinstream)与流体(例如水)的高能喷射流撞击制备。如果在粉末冶金结构部件中寻求高生坯密度(greendensity)，雾化金属粉末可能是有利的。雾化金属粉末和特定润滑剂一起使用的第一个实例在US2012/0187611中，其报道了雾化金属粉末和三个成分即物质A、B和C的润滑组合一起的使用。聚乙烯蜡是优选的物质A。物质B的选项包括脂肪酸酰胺、脂肪酸双酰胺、饱和脂肪醇和饱和脂肪酸甘油。物质C是酰胺低聚物，其可以具有500和30,000之间的分子量。物质C通常用作润滑剂的主要成分。物质A被报道为对于推出(ejection)行为具有负面影响。为了补偿这一在例举的都基于雾化金属粉末的金属粉末组合物中看到的负面影响，物质B使用的量至少是物质A的量的一半。第二个实例在US2001/0027170中，其报道了雾化金属粉末和具有第一润滑剂(优选亚乙基双硬脂酰胺(EBS))的核、核的表面被第二润滑剂(优选硬脂酸锌)涂覆的聚集颗粒(aggregateparticle)的润滑剂组合的使用。该实例报道了这一特定聚集体(即具有位于第一润滑剂的核颗粒的表面上的第二润滑剂的颗粒)使得可以改善得到的基于雾化金属粉末的组合物与第一和第二润滑剂的其他组合的方法相比的流动。第三个实例在US7,993,429中，其报道了雾化金属粉末和具有包含固体有机润滑剂的核、粘附在该表面上的细微碳颗粒的复合润滑剂颗粒一起的使用。用于核的优选的固体有机润滑剂包括脂肪酸、脂肪酸单酰胺和脂肪酸双酰胺。该例子报道了粘附在固体有机核的表面上的碳颗粒有助于对于得到的基于雾化金属粉末的组合物的避免聚集和改善流动。另一类型的金属粉末是所谓海绵铁粉末。由海绵铁粉末压缩制备的部件具有与当压缩例如雾化粉末时得到的生坯强度(greenstrength)相比很高的生坯强度。为了改善压缩和压缩部件从工具推出期间的性能，通常将润滑剂加入粉末混合物。这具有例如可能导致更长的填充时间的粉末流动速率降低的缺点。特别地，海绵粉末显示与雾化粉末相比较低的流动速率。这进一步使得润滑剂在海绵铁基粉末组合物中的使用复杂化。向金属粉末添加常用的润滑剂、例如金属硬脂酸盐可能导致残留润滑剂沉积在用于烧结的炉中，并且还导致最终产品的表面缺陷，导致更高的废品率(scraprate)和更昂贵的维护。关于润滑剂和海绵金属粉末的使用的例子，可以参考例如GB391,155，其中脂肪酸例如硬脂酸、棕榈酸或油酸可以用于润滑海绵铁。一个更新近的例子是US2010/0116240，其中描述了将合成蜡例如亚乙基双硬脂酰胺蜡和海绵铁粉末一起使用。发明概述本发明特别基于这样的出人意料的发现，即对于海绵铁颗粒(或海绵铁基颗粒)，两种或更多种不同的脂肪酸酰胺的组合的使用有助于解决上述可流动性问题。特别地，这样的组合的使用使得可以提供在提供合适的表观密度的同时具有优异的可流动性的金属粉末组合物。这样的组合的使用也提供了进一步的将从以下给出的对本发明的描述变得明显起来的优点。由此，本发明涉及包含海绵铁颗粒(或海绵铁基颗粒)和润滑剂的金属粉末组合物。特别地，本发明涉及新的粉末组合物，其包含(i)海绵铁粉末或海绵铁基粉末，和(ii)特定的润滑剂。由此，任选地，海绵铁粉末可以包括至少至少一种合金化试剂，在此情况下其被称为海绵铁基粉末(或颗粒)。润滑剂带来了在生产压缩部件的方法中较低的推出力，对流动速率具有很小的负面影响。本发明还涉及由粉末组合物制备的部件。发明详述海绵铁由用可由天然气或煤生产的还原气体直接还原铁矿石(其形式为块、丸粒或细粉)生产。这样的铁可以研磨或压碎以生产颗粒。这些颗粒通常具有不规则的形状、高表面积和内部孔隙。多个这样的颗粒形成粉末。金属粉末可以在研磨或压碎后退火。本发明提供了金属粉末组合物，其包含(i)海绵铁颗粒或海绵铁基颗粒，和(ii)包含至少两种不同的脂肪酸酰胺的润滑剂。海绵铁粉末颗粒可以基本由铁组成或可以是所谓铁基的并且包括其他合金化元素，例如C、Cu、Ni或Mo(优选Cu、Ni或Mo；或者，在一个特别优选的实施方案中，使用C和Cu二者)。当C被用作合金化元素时，优选其为石墨形式。因此，在本发明的一个优选的方面，金属粉末组合物的成分(i)是包含海绵铁颗粒和C、Cu、Ni和Mo的一种或多种的海绵铁基颗粒。特别地，海绵铁基颗粒优选包含海绵铁颗粒和C、Cu、Ni和Mo的一种或多种的颗粒。在这些方面中，优选使用C和Cu二者。优选地，在这一方面海绵铁基颗粒包含至少80重量％、更优选至少90重量％、仍更优选至少95重量％的海绵铁颗粒。由此，海绵铁基颗粒优选包含20重量％或更少、更优选10重量％或更少、仍更优选5重量％或更少的合金化元素(其如上所述优选是C、Cu、Ni和Mo的一种或多种，通常是颗粒的形式)。根据本发明的金属粉末组合物含有海绵铁或海绵铁基粉末，例如MH80.23、NC100.24和SC100.26(可由瑞典AB获得)，任选至少一种合金化元素，以及至少一种润滑剂。可以以粉末形式添加到铁粉末的合金化元素可以包括石墨，或者非铁的金属粉末(例如Cu、Ni或Mo)。用于本发明中的润滑剂包含至少两种不同的脂肪酸酰胺。润滑剂可以包括两种、三种、四种、五种或更多种不同的脂肪酸酰胺。但是，优选地，其包含至少三种不同的脂肪酸酰胺，例如三种或四种脂肪酸酰胺。用于本发明中的脂肪酸酰胺的至少一种优选是单酰胺，更优选是式R-C(O)-NH2的单酰胺，其中R为烃基。优选地，用于本发明中的脂肪酸酰胺的至少两种应为单酰胺，更优选是式R-C(O)-NH2的单酰胺，其中R为烃基。如上所述，润滑剂优选包含至少三种不同的脂肪酸酰胺。在此方面，优选地，所述至少三种不同的脂肪酸酰胺应为单酰胺，更优选是式R-C(O)-NH2的单酰胺，其中R为烃基。对于每一种不同的式R-C(O)-NH2的单酰胺，烃基(R)当然应不同。但是，烃基(R)通常可以含有3至27个碳原子，从而使得脂肪酸酰胺本身共含有4至28个碳原子。通常也优选R含有至少7个、优选至少9个、甚至更优选至少11个、甚至更优选至少13个、并且甚至更优选至少15个碳原子。通常也优选R含有25个或更少、更优选23个或更少、甚至更优选21个或更少碳原子。烃基(R)可以是直链或支化的，但优选是直链的。烃基(R)可以是饱和或不饱和的。当不饱和时，其优选含有5个或更少、更优选含有4个或更少、甚至优选含有3个或更少、甚至优选含有2个或更少、通常仅1个烯基基团。优选烃基(R)可以是饱和。用于本发明的脂肪酸酰胺的优选的选项包括饱和脂肪酸酰胺辛酸酰胺、癸酸酰胺、月桂酸酰胺、肉豆蔻酸酰胺、棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺、二十二烷酸酰胺、二十四烷酸酰胺和二十六烷酸酰胺；不饱和脂肪酸酰胺肉豆蔻脑酰胺、棕榈油酸酰胺、sapienicacidamide、油酸酰胺、反油酸酰胺、11-十八碳烯酸酰胺、亚油酸酰胺、linoelaidicacidamide、α-亚麻酸酰胺、花生四烯酸酰胺、二十碳五烯酸酰胺、芥酸酰胺和docosahexaenoicacidamide。特别优选的是饱和和非支化的脂肪酸单酰胺(即其中烃基(R)为正烷基的化合物)，特别是其中烃基(R)含有13至23个碳原子、更优选15至21个碳原子的那些。因此，棕榈酸酰胺(CH3(CH2)14C(O)NH2)、硬脂酸酰胺(CH3-(CH2)16C(O)NH2)、花生酸酰胺(CH3(CH2)18C(O)NH2)和二十二烷酸酰胺(CH3(CH2)20C(O)NH2)是脂肪酸酰胺的优选的选项。润滑剂优选包含这样的特别优选的脂肪酸酰胺的至少三种。优选地，脂肪酸酰胺的至少一种(即所述至少两种不同的脂肪酸酰胺的至少一种)具有具有15个或更少碳原子的烃基。更优选地，脂肪酸酰胺的至少一种具有具有15个或更少但至少13个碳原子的烃基。甚至更优选地，脂肪酸酰胺的至少一种是棕榈酸酰胺。在本发明的一个具体的优选方面，润滑剂是硬脂酰胺和棕榈酰胺的混合物，并且可以进一步包括花生酰胺和/或二十二烷酰胺。更优选地，润滑剂是(i)硬脂酸酰胺，(ii)棕榈酸酰胺和(iii)花生酸酰胺和/或二十二烷酸酰胺的混合物。用于本发明的润滑剂优选包含所述至少两种不同的脂肪酸酰胺作为主要组分。特别地，所述至少两种不同的脂肪酸酰胺优选占润滑剂的至少50重量％，更优选至少80重量％，甚至更优选至少90重量％。典型地，润滑剂基本由所述至少两种不同的脂肪酸酰胺组成。关于所述至少两种不同的脂肪酸酰胺的每一种的相对量，一种这样的脂肪酸酰胺相对于另一种的比例优选为1:1至1:4，更优选1:1至1:3，再更优选1:1至1:2。这当然不排除其他脂肪酸酰胺以次要量的可能的存在。当润滑剂包含至少三种不同的脂肪酸酰胺时，其优选包含至少25重量％的一种脂肪酸酰胺，以及至少10％的其他两种脂肪酸酰胺的每一种。更优选其包含至少40重量％的一种脂肪酸酰胺，以及至少20％的其他两种脂肪酸酰胺的每一种(例如在一个特别优选的实施方案中其包含至少50重量％的一种脂肪酸酰胺，以及至少25％的其他两种脂肪酸酰胺的每一种)。在此方面，如通常在此，除非另外指出，％指的是重量％。在一个优选的实施方案中，用于本发明的润滑剂(并且优选还有本发明的金属粉末组合物)基本不含非脂肪酸酰胺的有机润滑剂。特别地，优选基本不含非优选的如此处所述的用于本发明的脂肪酸单酰胺的有机润滑剂。因此，优选基本不含脂肪酸、脂肪酸双酰胺、脂肪酸醇、脂肪酸甘油和/或相对重的酰胺(例如分子量为500g/mol或更高的酰胺低聚物)。也优选基本不含金属皂，例如硬脂酸锌。避免含金属润滑剂如金属皂是有利的，因为其降低润滑剂已经分解后不希望的“灰”残留的量。在本发明的一个具体优选方面，润滑剂是二十二烷酰胺、硬脂酰胺和棕榈酰胺的混合物。量优选20至50重量％的硬脂酰胺，20至50重量％的棕榈酰胺，并可进一步包括花生酰胺，余量为二十二烷酰胺。更优选地，量为25重量％的硬脂酰胺，25重量％的棕榈酰胺和50重量％的二十二烷酰胺。本发明涉及包含海绵铁颗粒和润滑剂的金属粉末组合物。优选地，润滑剂是二十二烷酰胺、硬脂酰胺和棕榈酰胺的混合物。润滑剂优选为颗粒形式。在这一方面，润滑剂可以包含所述至少两种不同的脂肪酸酰胺的每一种的分开的颗粒。或者，润滑剂可以是颗粒形式的不同的脂肪酸酰胺的混合物(即每一单独的颗粒通常包含不同的脂肪酸酰胺的混合物)。润滑剂的量优选为0.2重量％和1.4重量％之间，优选0.4重量％和1.0重量％之间，或者更0.6重量％和1.0重量％之间。由此，本发明的金属粉末组合物包含这样的量的润滑剂。润滑剂的工作温度从在压缩工具中的RT(室温)到在生产中的较长序列中的标准工作温度，例如～60℃并且直到80℃。在本发明的金属粉末组合物中，海绵铁颗粒优选具有至少5μm的平均颗粒度，优选至少10μm，更优选至少20μm，甚至更优选至少50μm。海绵铁颗粒优选具有500μm或更低的平均颗粒度，更优选300μm或更低，甚至更优选200μm或更低，甚至更优选150μm或更低。当使用时，合金化元素优选为颗粒形式。在这一方面，合金化元素颗粒优选具有至少5μm的平均颗粒度，优选至少10μm，更优选至少20μm，甚至更优选至少50μm。合金化元素颗粒优选具有500μm或更低的平均颗粒度，更优选300μm或更低，甚至更优选200μm或更低，甚至更优选150μm或更低。如上所述，润滑剂可以优选以颗粒形式使用。在这一方面，润滑剂颗粒优选具有至少0.5μm的平均颗粒度，优选至少1μm，更优选至少2μm，甚至更优选至少5μm。润滑剂颗粒优选具有500μm或更低的平均颗粒度，更优选200μm或更低，甚至更优选100μm或更低，甚至更优选50μm或更低。如此处使用的，平均颗粒度优选指由激光衍射散射方法测量的平均颗粒度。粉末组合物具有更好的流动，其增加最终部件的生产率和质量。粉末系统在压缩操作期间显示低摩擦并且降低部件从压缩工具推出期间发生的推出力和推出能。这些能量的降低导致较少的工具磨损和最终产品中更少的表面缺陷。生坯强度也得以改善并且这降低了生坯破裂和烧结操作之前部件上其他“生坯(green)”相关的损坏的风险。较高的生坯强度改善了生产效率和降低了生产中的废品率。通过使用新的混合粉末系统，可降低或避免当在金属粉末混合物中使用常规润滑剂时通常出现的表面缺陷。本发明还提供了这样的方法，其包括(i)压缩如上所述的本发明的金属粉末组合物，和(ii)烧结如此得到的压缩金属粉末组合物以生产金属产品。本发明还提供了可通过或通过这样的方法获得的金属产品。实施例1制备根据表1的不同的铁基粉末冶金混合物。作为铁基粉末，使用海绵铁粉末MH80.23、NC100.24和SC100.26(可由瑞典AB获得)。还使用ABC100.30(雾化铁粉末)、2％Cu-100目(来自意大利Poemton的铜粉末)、DACu(可由瑞典AB获得的DistaloyACu)和0.5％C-UF4(来自德国AG的石墨)。表1标记化学特性供应商X50％二十二烷酰胺/25％硬脂酰胺/25％棕榈酰胺AbrilindustrialwaxesZnst硬脂酸锌Faci,UK酰胺蜡PM亚乙基双硬脂酰胺Faci,ItalyPS50％棕榈酰胺/50％硬脂酰胺Croda,UKB17％二十二烷酰胺/46％花生酰胺/37％硬脂酰胺表2、制备的铁基粉末冶金混合物1(本发明)NCx0.4NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.4％X2(本发明)NCx0.6NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.6％X3(本发明)NCx0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％X4(本发明)NCx1.0NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+1.0％X5(对比)NCZ0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％ZnSt6(对比)NCA0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蜡PM7(本发明)MHx0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％X8(对比)MHZ0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％ZnSt9(对比)MHA0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蜡PM10(本发明)NCB0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％B11(对比)ABCx0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％X12(对比)ABCA0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蜡PM13(对比)ABCPS0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％PS根据ISO4490测量Hall流动(FH)速率并且根据ISO13517:2013测量FlowGustavsson(FG)并且根据ISO3923测量表观密度。表3、铁基粉末冶金混合物的流速(FH和FG)和表观密度(AD)表3显示新的海绵铁粉末混合物显示出作为具有酰胺蜡的混合物类似的表观密度水平并且对于具有硬脂酸锌的混合物获得了最高的表观密度。所有的具有X的混合物显示出根据两种不同的测量流量的方法的改善的流动性。另外，具有-B的混合物(混合物10)如与不含金属的双酰胺蜡(混合物6)相比改善了流动性。表4、金属粉末的流动速率(FH)和表观AD(AD)，无润滑剂对于所有的混合物，通过记录为了从模具推出压缩样品需要的每包封面积(envelopedarea)的总能量以及每包封面积的峰值推出力，测量润滑剂性质。部件为直径25mm、高度15mm的圆筒状，并且施加的压缩压力为250、400和550MPa。表5、峰值推出力和推出能表5对于混合物1至6显示X的降低的量，其中NC100.24给出了与硬脂酸锌和酰胺蜡混合物在0.8％润滑剂水平类似的性质。使用B(在混合物10中)也给出了相似的结果。总的来说，X的结果比对比例好，除了在550MPa下使用SC100.26作为基础粉末的静态推出力。在所有制备的混合物上测量在6.45g/cm3下的生坯强度。在TRS测试条上测试生坯强度。表6、生坯强度当使用X时对于NC100.24混合物的生坯强度比较显示改善为50至75％，并且改善在使用B时也可以看到。对于使用MH80.23的混合物生坯强度提高了30至50％，比X更好。当前第1页1 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