一种铁基粉末冶金组合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及粉末冶金组合物。具体而言，本发明涉及一种铁基粉末冶金组合物及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在粉末冶金工业（PM工业）中，粉末化的金属（大多数通常是铁基的）被用于制 造部件。制造过程包括将模具中的粉末金属混合物压实以形成生坯，将坯块从模具中脱出， 并在某些温度下烧结生坯，并在这些条件下制造出具有足够强度的烧结坯块。通过利用PM 制造途径，与传统的由固态金属加工部件相比，能够避免高成本的加工和材料损耗，因为能 够形成终形或者接近终形的部件。PM制造途径最适于小的、非常复杂的部件，例如齿轮。
[0003] 为了便于PM零件的制造，可在压制之前向铁基粉末中加入润滑剂。通过使用润滑 剂，在压实阶段中，可以减小各个金属颗粒之间的内部摩擦力。加入润滑剂的另一原因是减 小脱模力和压实后使生坯从模具中脱模的总能量。润滑不足会在生坯块的脱模过程中在模 具上留下磨损和划痕，从而导致工具损坏。
[0004] 润滑不足的问题主要可以通过两种方式解决，或者增加润滑剂的量，或者选择更 有效的润滑剂。但是增加润滑剂的量会产生副作用，因为通过更好的润滑获得的密度增益 由于润滑剂的量增加而抵消。那么更好的选择就是选择更有效的润滑剂。
[0005] 授予Vidarsson的美国专利6395688中描述了制造复合润滑剂的方法，该复合润 滑剂包含第一润滑剂和第二润滑剂的亚稳相，其中第一润滑剂选自饱和或非饱和的脂肪酸 酰胺或双酰胺，第二润滑剂选自脂肪酸双酰胺类。通过使组分熔融、使该熔体快速冷却，得 到亚稳定的润滑相。
[0006] 授予Vidarsson的美国专利6413919公开了制备润滑剂组合物的方法，包括下述 步骤：选择第一润滑剂和第二润滑剂，将这些润滑剂混合，并使该混合物经过下述条件：使 第一润滑剂的表面被第二润滑剂涂覆。
[0007] 日本专利申请2003338526(公开号2005105323)教导了低熔点润滑剂的芯材料的 润滑剂组合物，其表面被高熔点润滑剂颗粒覆盖。
[0008]W02007078228描述了一种铁基粉末组合物，其包含润滑剂，该润滑剂包含芯，芯的 表面被微粒碳材料涂覆。
[0009]CN102227274A公开了一种铁基粉末冶金组合物，该组合物包含铁或铁基粉末以 及复合润滑剂颗粒，该复合润滑剂颗粒包含下述物质的芯：10-60重量％的至少一种具有 多于18个而不多于24个碳原子的伯脂肪酸酰胺和40-90重量％的至少一种脂肪酸双酰 胺，所述芯具有粘附在其上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。该发明还涉及微粒复合润 滑剂和制备该润滑剂的方法。
[0010]CN1302879C公开了一种包含聚乙烯醚和低聚酞胺的新型润滑剂以及包括大量 铁基粉末和少量该新型润滑剂的改良的冶金粉末组合物。此外，本发明涉及需要低排出利 和低排出能的、用于生产高压坏强度的压坏产物的方法，该方法包括将铁基粉末和任选的 添加剂与新型润滑剂混合以及将所得组合物压制的步骤。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的之一在于提供一种粉末冶金组合物，所述粉末冶金混合物具有高密 度但兼具高润滑性（从金属模具脱出的低脱模力）。
[0012] 为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0013] 所述铁基粉末冶金组合物，包含铁或铁基粉末以及润滑剂，其中，所述润滑剂包 括聚乙烯醚、低分子聚酰胺和硬脂酸锌的混合物。
[0014] 聚乙烯醚：由通式为CH2二CH-OR(R是烷基或芳基的）的乙烯基醚类经聚合而 成的高分子化合物的总称。具有工业生产价值的是聚乙烯基烷基醚。其中，R可以是任意 的有机基团，例如甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、异丁基、芳香基团等，典型但非限制性的 聚乙烯醚例如聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚和聚乙烯基异丁醚等。所述聚乙烯醚优选固体、 颗粒状物质。
[0015] 优选地，所述润滑剂按重量份数包括：
[0016] 聚乙烯醚 1~10
[0017] 低分子聚酰胺1~10
[0018] 硬脂酸锌 25~60。
[0019] 优选地，所述润滑剂按重量份数包括：
[0020] 聚乙烯醚 2~8
[0021] 低分子聚酰胺2~8
[0022] 硬脂酸锌 35~50。
[0023] 优选地，所述润滑剂按重量份数包括：
[0024] 聚乙烯醚 3~7
[0025] 低分子聚酰胺3~7
[0026] 硬脂酸锌 40~50。
[0027] 所述聚乙烯醚的重量份数为1~10,例如2、3、4、5、6、7、8或9。
[0028] 所述低分子聚酰胺的重量份数为1~10,例如2、3、4、5、6、7、8或9。
[0029] 所述硬脂酸锌的重量份数25~60,例如30、32、35、38、41、44、47、50、53、56或59。
[0030] 所述润滑剂占粉末冶金组合物的质量的0. 3~2wt%，例如0. 4wt%、0. 5wt%、 0· 6wt%、0· 7wt%、0· 8wt%、0· 9wt%、1.Owt%、1.lwt%、1. 2wt%、1. 3wt%、1. 4wt%、 1. 5wt%、1. 6wt%、1. 7wt%、1. 8wt%、1. 9wt%，优选 0· 5 ~1. 5wt%，进一步优选 0.5 ~ 1.Owt%〇
[0031] 所述低分子聚酰胺的重均分子量为3000~15000g/mol，例如4000g/mol、5000g/ mol、6000g/mol、7000g/mol、8000g/mol、9000g/mol、10000g/mol、11000g/mol、12000g/mol、 13000g/mol、14000g/mol，优选 4000 ~1200g/mol，进一步优选 5000 ~10000g/mol。
[0032]铁基粉末可以是预合金化的铁基粉末，或具有扩散结合在铁粒上的合金元素的铁 基粉末。铁基粉末也可以是基本纯的铁粉或预合金化的铁基粉末和选自由Ni、Cu、Cr、Mo、 Mn、P、Si、V、Nb、Ti、W和石墨组成的组的合金元素的混合物。石墨形式的碳是PM工业中广 泛使用的合金元素，目的是使得最终的烧结部件具有足够的机械性能。通过将碳作为单独 的组分加入铁基合金粉末组合物中，铁基粉末中溶解碳的量会保持在低水平，从而改善压 缩性。铁基粉末可以是雾化粉末，例如水雾化的粉末，或者是海绵铁粉。铁基粉末粒度的选 择取决于材料的最终用途。铁或铁基粉末的颗粒通常具有大于10μπκ优选大于30μπκ直 到500μm的重均粒度。
[0033] 根据本发明的润滑剂组合物优选以固体、微粒化颗粒的形式加入金属粉末组合物 中。润滑剂的平均颗粒度可以是多样的，但优选小于150μm并最优选为3-100μm。如果颗 粒度太大，润滑剂在压制时难于离开金属粉末组合物的孔结构，并且在烧结后可能造成大 孔，从而得到强度降低了的压制物。另一方面，如果颗粒太小，润滑和流动会变差，排出能就 会变得太高。
[0034] 如果需要加工烧结部件，所述粉末冶金组合物可以进一步包含一种或至少两种选 自由粘合剂、加工助剂、硬质相的添加剂组成的。
[0035] 粘合剂可以按照美国专利4, 834, 800 (通过引用结合于此）所述方法加入粉末组 合物中。
[0036] 粉末组合物中所用的粘合剂可以由例如纤维素酯树脂、其烷基具有1-4个碳原子 的羟烷基纤维素树脂或者热塑性酚醛树脂组成。