专利名称：粉末成型模具装置及粉末成型体的成型方法
技术领域：
本发明涉及粉末成型模具装置及粉末成型体的成型方法。
背景技术：
在烧结部件的制造中使用的压制粉末，通过在成型模内将Fe系、Cu系等的原料粉末加压成型而形成，此后经由烧结的工序制作烧结体。并且，在成型工序中，使用成型模经压机来加压，成型成型体。该压制之时，成型体与成型模之间发生摩擦。因此，在混合粉末时添加硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂等的、对水为不溶性的脂肪酸系润滑剂，付与润滑性。
可是，向这样的原料粉末混合润滑剂的方法，在提高成型体的密度上有极限。于是，为了得到高密度的成型体，日本专利第3309970号公报的段落0012、0013等中提出了一种粉末成型体的成型方法，其中，该方法减少添加到原料粉末中的润滑剂，向成型模涂布与添加到原料粉末中的润滑剂相同的润滑剂，能够弥补润滑性的不足。
此现有的成型方法，是包括下述工序的粉末成型体的成型方法在被加热了的模具的内面涂布分散在水中的高级脂肪酸系润滑剂的涂布工序；向上述模具填充金属粉末，以上述高级脂肪酸系润滑剂与该金属粉末化学地结合，生成金属皂的被膜的压力加压成型该金属粉末的加压成型工序，其中当使用被加热、并在内面涂布了硬脂酸锂之类的高级脂肪酸系润滑剂的模具，向该模具填充被加热的金属粉末，在该金属粉末与高级脂肪酸系润滑剂化学地结合，生成金属皂的被膜的压力下加压成型该金属粉末时，金属皂的被膜在模具的内面表面产生，其结果金属粉末的成型体与模具之间的摩擦力减少，拔出成型体的压力小就能实现。
另外，为了在成型用的模具上使用与添加到原料粉末中相同的润滑剂，使用对水为不溶性的润滑剂，涂布在模具上的润滑剂在固体粉末的状态下涂布。为此，也知道静电涂布润滑剂的粉末，或采用表面活性剂使之分散在水中并干燥涂布的方法。
在上述现有技术中，虽是使将润滑剂分散在水中的分散液附着在模具上，但在该附着时，由于表面张力使得分散液从模具表面进开，结果分散液在模具中粉末成型的成型部(即贯通孔的表面)无法均匀地附着，因此在水蒸发之后，不能在成型部(贯通孔)的表面全面地形成润滑层，有这一问题。该问题特别是在超过150℃的高温下热成型的场合显著，妨碍了更高的高密度化。
另一方面，在将润滑剂分散于水中的分散液以浆液状态附着于模具上时，分散液不仅附着在成型部，还附着在模具的上顶面。在该模具的上顶面，被称为送料器等的原料粉末的原料供给体滑动，因此由于附着在上顶面的分散液，原料粉末易结块，担心上述等等的弊端。
另外，关于粉末成型用模，在特开2002-129201号公报的段落0006中公开了下述内容粉末成型用模，是将具有用于形成成型体的外侧形状的内孔、包含硬质材料的模嵌合在模座的内孔中的粉末成型用模，在该粉末成型用模中，具有上述模的内孔向压粉体拔出侧扩大的锥形，且上述模的表面形成TiC、TiN、Al2O3、TiCN、HfN、CrN、W2C及DLC之中至少1种以上的单层或多层的涂布层，同时，上述模座的材质采用通常使用的回火温度比上述涂布处理温度高的温度的钢材构成。
可是，在上述模的表面形成TiC、TiN、Al2O3、TiCN、HfN、CrN、W2C及DLC之中至少1种以上的单层或多层的涂布层时，虽然可谋求模的耐磨性提高、模表面的低摩擦化，但是并不使贯通孔的表面均匀地附着分散液。
于是，本发明的目的在于，提供在成型部全面地形成润滑剂的润滑层，能够稳定地得到高密度的粉末成型体的粉末成型模具装置及粉末成型体的成型方法。另外，本发明的目的在于，提供在成型部形成润滑剂的润滑层，能够稳定地得到高密度的粉末成型体的粉末成型模具装置，在该装置中，能够消除模具上顶面处润滑剂的弊病。
发明内容
本发明的第1项是一种粉末成型模具装置，该装置是具备与上顶面呈纵向地具有形成粉末成型体的侧面的贯通孔的成型模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、使润滑液附着在上述贯通孔上的附着装置，在从上方向嵌合了上述下冲头的贯通孔填充原料粉末之前，使上述润滑液附着在上述贯通孔上，在将上述原料粉末填充至上述贯通孔中后，将上述上冲头嵌合在上述贯通孔中，成型粉末成型体的粉末成型模具装置，其中形成上述贯通孔，使得其具有比上述成型模本体自身与上述润滑液的接触角更小的与上述润滑液的接触角。
根据该第1项的构成，通过能够减小附着在贯通孔上的润滑液的接触角，能够提高润滑液对贯通孔的润湿性，通过在贯通孔中全面地配置润滑液，在粉末成型体的成型时能够提高润滑性能。
本发明的第2项是根据第1项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述润滑液是在水中分散了润滑剂的分散液或在水中溶解了润滑剂的溶液，将上述贯通孔进行表面处理成为亲水性。
根据该第2项的构成，使附着于贯通孔的润滑液的水分蒸发，能够切实地形成润滑层。
另外，本发明的第3项是根据第2项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是将氧化物、氟化物、氮化物、氯化物、硫化物、溴化物、碘化物、碳化物、或者氢氧化物实施涂布的；本发明的第4项是根据第2项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是对氧化钛、或者氧化锌的涂层采用光照射实施了光催化作用的；进一步地，本发明的第5项是根据第2项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是经碱或热水处理而生成氢氧化物、或者经钾或钠离子等的溅射实施了表面处理的；另外，本发明的第6项是根据第2项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是利用了由在表面形成微细的孔隙而产生的溶液表面张力变化的。
本发明的第7项是一种粉末成型模具装置，其特征在于，该装置是具备与上顶面呈纵向地具有形成粉末成型体的侧面的贯通孔的成型模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、使润滑液附着在上述贯通孔上的附着装置，在从上方向嵌合了上述下冲头的贯通孔填充原料粉末之前，使上述润滑液附着在上述贯通孔上，在填充上述原料粉末后，将上述上冲头嵌合在上述贯通孔中，成型粉末成型体的粉末成型模具装置，其中形成上述上顶面，使得其具有比上述成型模本体自身产生的与上述润滑液的接触角更大的与上述润滑液的接触角。
根据该第7项的构成，通过增大附着在成型模本体的上顶面的润滑液的接触角，能够降低润滑液对上顶面的润湿性，通过从上述上顶面排除润滑液，能够防止所填充的原料粉末的品质降低。
本发明的第8项是根据第7项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述润滑液是在水中分散了润滑剂的分散液或在水中溶解了润滑剂的溶液，将上述上顶面进行表面处理成为疏水性。
根据该第8项的构成，使附着于贯通孔的润滑液的水分蒸发，能够切实地形成润滑层。
本发明的第9项是根据第8项所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理利用Si-H或C-H键的物质或者无极性物质等形成。
本发明的第10项是一种粉末成型体的成型方法，其特征在于，该方法是在形成于成型模本体的成型部，使在水中溶解了润滑剂的溶液或在水中分散了润滑剂的分散液附着于上述成型部，使上述分散液的水分或溶液的水分蒸发，在上述成型部形成润滑层之后，填充原料粉末，然后将冲头与上述成型部嵌合，成型粉末成型体的粉末成型体的成型方法，在该成型方法中，上述分散液或溶液中含有提高对上述贯通孔的润湿性的成分。
根据该第10项的构成，通过能够减小附着在成型部的溶液或分散液的接触角，能够提高溶液或分散液对成型部的润湿性，通过在成型部全面地配置溶液或分散液，在粉末成型体的成型时，能够提高润滑性能。
本发明的第11项是根据第10项所述的粉末成型体的成型方法，其特征在于，上述提高润湿性的成分是表面活性剂。
附图的简单说明
图1是表示本发明的第1实施方案的第1工序的模式图。
图1A是第1实施方案的部分P的放大截面图。
图2是表示本发明的第1实施方案的第2工序的模式图。
图2A是第1实施方案的部分Q的放大截面图。
图3是表示本发明的第1实施方案的第3工序的模式图。
图4是表示本发明的第1实施方案的第4工序的模式图。
图5是表示本发明的第2实施方案的第1工序的模式图。
图5A是第1实施方案的部分R的放大截面图。
图6是表示本发明的第2实施方案的第2工序的模式图。
图6A是第1实施方案的部分S的放大截面图。
图7是表示本发明的第3实施方案的第1工序的模式图。
图7A是第3实施方案的部分T的放大截面图。
图8是表示本发明的第3实施方案的第2工序的模式图。
图8A是第3实施方案的部分U的放大截面图。
实施发明的最佳方案以下参照图1-图4说明本发明的第1实施方案。图1表示第1工序，在该图中，1是与作为成型作为后述的压制粉末的粉末成型体A的侧面的成型体模本体的模2的上顶面2A呈纵向地形成的作为成型部的贯通孔，从该贯通孔1的下方嵌合下冲头3，另一方面，从贯通孔2的上方嵌合上冲头4。而且，在模2的上顶面滑动自如地设置着作为供给原料粉末M的原料供给体的送料器5。而且，在贯通孔2的上方设置着作为附着装置的喷雾部6，其将在作为溶剂的水中溶解了润滑剂的溶液L喷雾，使该溶液L附着在贯通孔1上，该喷雾部6面对贯通孔1而设置的同时，通过自动开关阀(未图示出)连接在溶液L的容器(未图示出)上。再者，也可以代替溶液L使用在专利文献1中记载的在作为溶剂的水中分散了润滑剂的分散液。另外，在用贯通孔1和与该贯通孔1嵌合的下冲头3构成的粉末成型体A的成型部1A的周围设置着加热器7和温度检测部8，并且，这些加热器7和温度检测部8与作为温度控制装置的温度控制装置9连接，通过该温度控制装置9将贯通孔2的温度控制得比溶液L的蒸发温度高，且比润滑剂的熔融温度低。
而且，在上述贯通孔1的表面10，实施旨在提高上述溶液L对上述表面10的润湿性的亲水性处理，或配置亲水性材料，从而设置表面处理层11。通过使上述表面处理层11处与上述溶液L的接触角X，小于采用上述模2自身的材质形成的表面10或材质直接表露的上顶面2A处的与上述溶液L的接触角Y(X＜Y)，能够提高上述润湿性。再者，上述接触角X、Y的测定，并不是在为说明而显示的图1的状态下，而是分别将表面10、上顶面2A保持为水平的等等相同条件下测定的。并且，作为上述表面处理层11有，将具有表1所示键的氧化物、氟化物、氮化物、氯化物、硫化物、溴化物、碘化物、碳化物、氢氧化物等经喷镀、PVD、CVD、喷丸硬化等实施了亲水涂布的；对氧化钛、氧化锌等涂层采用光照射实施了光催化作用的；经碱或热水处理等而生成氢氧化物、经钾或钠离子等溅射的表面处理，以及，利用喷镀被膜或采用粉末冶金模具等在表面形成微细的孔隙从而使溶液L的表面张力变化等，利用这些手段，通过表面处理层减小贯通孔1表面10处的溶液的接触角，从而提高在该部位处的润湿性的。再者，也可以将表面10进行酸或火焰处理、电解抛光等的油性有机物等的处理，使得接触角X变小，而形成上述贯通孔1的表面。另外，如果强度等没有问题，则模具的基材优选采用表1、2所示的亲水性物质构成。为了提高强度或硬度，可以使表1所示的物质分散于铁或硬质合金等的金属中，使之与Ti、V、Si、Al等易氧化的金属合金化，作为模具的基材也对提高亲水性有效果。涂布的场合，为了提高强度或硬度，将铁或硬质合金等的金属与亲水性物质一起涂布，这在同时保证模具寿命和亲水性上也优选。
表1亲水性物质的例子
表2亲水性物质的例子
而且，在第1工序中，利用预先由温度控制装置9控制的加热器7的热，贯通孔1的表面10设定得比溶液L的蒸发温度高，且比润滑剂的熔融温度低。然后，向贯通孔1嵌合下冲头3，在形成成型部1A的状态下开启自动开关阀，从喷雾部6将润滑剂的溶液L喷吹在由加热器7加热的模2的成型部1A上使之附着。此时，溶液L的接触角X如果没有表面处理层11则为接触角Y，但由于上述表面处理层11而成为小的接触角X，结果溶液L进开的情况少，在贯通孔1上溶液L全面地附着、浸润。然后，溶液L蒸发、干燥，在贯通孔1的表面处理层11上晶体全面地成长，均匀地形成作为上述润滑剂的润滑层的结晶层B。
接着，如图2的第2工序所示，送料器5前进，使原料粉末M落下并填充至成型部1A中。然后，如图3的第3工序所示，在使模2向下方移动的同时，从上方向贯通孔1的成型部1A插入上冲头4，用上冲头4和下冲头3夹住，从而压缩原料粉末M。此时，下冲头3的下端被固定，不移动。而且，在该第3工序中，原料粉末M在润滑状态下被采用润滑剂形成的结晶层B压缩。
这样加压成型的粉末成型体A，在模2进一步向下方下降，如图4的第4工序所示，下冲头3的上顶面达到与模2的上顶面大致相同的高度时能够取出。在该取出时，粉末成型体A也在润滑状态下与采用润滑剂形成的结晶层L接触。这样，粉末成型体A被取出后，再返回到第1工序，再向成型部1A喷雾溶液L，形成结晶层L后，向成型部1A填充原料粉末M。
如以上那样，在上述实施方案中，通过在上述贯通孔1的表面10形成表面处理层11，使得其具有比上述模2自身与上述溶液L的接触角Y更小的与上述溶液L的接触角X，在附着溶液L时提高贯通孔10处溶液L的润湿性，使该溶液L遍及表面处理层11、进而使溶液遍及贯通孔1的整个面，通过使水蒸发，能够全面地形成结晶层B，结果能够稳定地得到高密度的粉末成型体A。
另外，在填充上述原料粉末M之前，将润滑剂溶解在溶剂中，使之成为均匀的相，使这样得到的溶液L附着在上述成型部1A上，使该溶液L蒸发，使上述成型部1A上形成结晶从而形成结晶层B，由此在成型部1A的周面形成致密的润滑用层B，在能够减少粉末成型体A从成型部1A拔出的压力的同时，也能够提高粉末成型体A的密度。
然后，参照图5-6、图7-8说明第2、3实施方案。与上述第1实施方案相同的部分附加相同符号，省略其详细的说明。
在第2实施方案中，在滑动自如地设置了送料器5的模2的上顶面2A，实施用于降低上述溶液L对上述上顶面2A的润湿性、即提高疏水性的疏水处理，或配置疏水材料，从而设置表面处理层21。通过使上述表面处理层21的与上述溶液L的接触角Y’，大于采用上述模2的材质自身形成的表面(在第2实施方案中为贯通孔1的表面10)的与上述溶液L的接触角X’(Y’＞X’)，能够降低上述润湿性。作为上述表面处理层21，采用表3所示的硅氧烷系树脂或氟树脂等可见到Si-H或C-H键等的物质或无极性物质等形成。
表3疏水性物质的例子
因此，在第2实施方案中，开启自动开关阀，从喷雾部6将润滑剂的溶液L喷吹在由加热器7加热的模2的成型部1A上使之附着。此时，发生溶液L的一部分附着在上顶面2A上的情况。可是，该上顶面2A处的接触角Y’由于上述表面处理层21而比直接接触模2的溶液L的接触角X’大，结果溶液L进开，抑制了在上顶面2A积存溶液L。
如以上所述，通过在上述上顶面2A形成表面处理层21，使得具有比模2自身的与溶液L的接触角X’更大的与上述溶液L的接触角Y’，提高上顶面2A处的疏水性，在上顶面2A(表面处理层21)难积存溶液L，溶液L难以接触到被送料器5收纳的原料粉末M，能够防止原料粉末M因溶液L而结块的积粉。
在第3实施方案中，在贯通孔2的上方设置作为附着装置的喷雾部6，其喷雾在作为溶剂的水中溶解了润滑剂的溶液L，使该溶液L附着在成型部1A上，该喷雾部6面对贯通孔2而设置。而且，上述溶液L中含有提高对贯通孔1的表面10的润湿性的成分。上述提高润湿性的成分是减小溶液L与表面10的接触角X”的成分，例如使用表面活性剂。再者，也可以代替溶液L使用在水中分散了润滑剂的分散液，在该场合在分散液中也含有提高润湿性的成分。
因此，向贯通孔1嵌合下冲头3，在形成成型部1A的状态下开启自动开关阀，从喷雾部6将润滑剂的溶液L喷吹在由加热器7加热的模2的成型部1A上使之附着。此时，溶液L的接触角X”如果没有提高润湿性的成分就变大，但由于上述提高润湿性的成分而使得接触角X”变小，结果溶液L进开的情况少，在贯通孔1的表面10的整个面上使溶液L附着、浸润。然后，溶液L蒸发、干燥，在贯通孔1的周面上晶体全面地成长，均匀地形成上述润滑剂的结晶层B。
如以上所述，在上述实施方案中，通过在上述溶液L中设有提高润湿性的成分使得减小上述溶液L与表面10的接触角X”，在附着溶液L时提高贯通孔1处溶液L的润湿性，使该溶液L遍及贯通孔1的整个面，通过使水蒸发，能够全面地形成结晶层B，结果能够稳定地得到高密度的粉末成型体。
以下通过表4说明实施例和比较例。表4中的实施例和比较例均使用铁粉(平均粒径90μm)作为原料粉末，向成型加压面积1cm2的圆柱的成型模填充上述混合的原料粉末7g，此后，以8t/cm2的成型压力成型粉末成型体。而且，在实施例中，涂布亲水性物质，即作为水溶性润滑剂的磷酸氢二钾的1％水溶液，使之附着于被加热至250℃的成型模的成型部之后，使之蒸发、干燥，形成结晶层，此后，填充原料粉末。比较例1中，使将通常的模具加热至250℃的成型模的成型部附着润滑液之后，使之干燥，此后填充原料粉末。比较例2中，使润滑液附着于将通常的模具加热至150℃的成型模的成型部之后，干燥之，之后填充原料粉末。比较例3中，将通常的模具加热至150℃，不附着润滑液就直接填充原料粉末。通常的模具的成型部均使用了作为工具钢而通常使用的SKH-51。
表4
作为表4的比较结果知道，当用不附有亲水性被膜的模具在250℃成型时，由于在成型部未顺利地附着润滑剂，因此不能成型，与之相比，用附有亲水性被膜的模具形成的实施例1-6，均能够在超过150℃的高温下成型，得到高于在150℃下成型的成型体密度的密度。
权利要求
1.一种粉末成型模具装置，其特征在于，该装置是具备与上顶面呈纵向地具有形成粉末成型体的侧面的贯通孔的成型模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、使润滑液附着在上述贯通孔上的附着装置，在从上方向嵌合了上述下冲头的贯通孔填充原料粉末之前，使上述润滑液附着在上述贯通孔上，在将上述原料粉末填充至上述贯通孔中后，将上述上冲头嵌合在上述贯通孔中，成型粉末成型体的粉末成型模具装置，其中形成上述贯通孔，使得其具有比上述成型模本体自身与上述润滑液的接触角更小的与上述润滑液的接触角。
2.根据权利要求1所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述润滑液是在水中分散了润滑剂的分散液或在水中溶解了润滑剂的溶液，将上述贯通孔进行表面处理成为亲水性。
3.根据权利要求2所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是将氧化物、氟化物、氮化物、氯化物、硫化物、溴化物、碘化物、碳化物、或者氢氧化物实施涂布而得到的。
4.根据权利要求2所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是对氧化钛、或者氧化锌的涂层采用光照射实施了光催化作用而得到的。
5.根据权利要求2所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是经碱或热水处理而生成氢氧化物、或者经钾或钠离子等的溅射实施了表面处理的。
6.根据权利要求2所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理层是利用了由在表面形成微细的孔隙而导致的溶液表面张力变化的。
7.一种粉末成型模具装置，其特征在于，该装置是具备与上顶面呈纵向地具有形成粉末成型体的侧面的贯通孔的成型模本体、从下方与上述贯通孔嵌合的下冲头、从上方与上述贯通孔嵌合的上冲头、使润滑液附着在上述贯通孔上的附着装置，在从上方向嵌合了上述下冲头的贯通孔填充原料粉末之前，使上述润滑液附着在上述贯通孔上，在填充上述原料粉末后，将上述上冲头嵌合在上述贯通孔中，成型粉末成型体的粉末成型模具装置，其中形成上述上顶面，使得其具有比上述成型模本体自身与上述润滑液的接触角更大的与上述润滑液的接触角。
8.根据权利要求7所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述润滑液是在水中分散了润滑剂的分散液或在水中溶解了润滑剂的溶液，将上述上顶面进行表面处理成为疏水性。
9.根据权利要求8所述的粉末成型模具装置，其特征在于，上述表面处理利用Si-H或C-H键的物质或者无极性物质等形成。
10.一种粉末成型体的成型方法，其特征在于，该方法是在形成于成型模本体的成型部，使在水中溶解了润滑剂的溶液或在水中分散了润滑剂的分散液附着于上述成型部，使上述分散液的水分或溶液的水分蒸发，在上述成型部形成润滑层之后，填充原料粉末，然后将冲头与上述成型部嵌合，成型粉末成型体的粉末成型体的成型方法，在该成型方法中，上述分散液或溶液中含有提高对上述贯通孔的润湿性的成分。
11.根据权利要求10所述的粉末成型体的成型方法，其特征在于，上述提高润湿性的成分是表面活性剂。
全文摘要
在贯通孔1的表面10形成表面处理层11，使得其具有比模2自身与溶液L的接触角Y更小的与溶液L的接触角X。在附着溶液L之际，提高与贯通孔10处溶液L的润湿性，使该溶液L遍及表面处理层11、进而使溶液遍及贯通孔1的整个面，通过使水蒸发，能够全面地形成结晶层。据此，在更高温下成型成为可能，而且能够稳定地得到高密度的粉末成型体。另外，将润滑剂溶解在溶剂中而使之成为均匀的相，使这样得到的溶液L附着在成型部，使该溶液L蒸发，在成型部形成晶体从而形成结晶层。
文档编号B22F3/035GK1753778SQ200480005480
公开日2006年3月29日 申请日期2004年3月26日 优先权日2003年3月28日
发明者中井崇, 川濑欣也 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社