专利名称：温成形用原料粉末及温成形方法
技术领域：
本发明涉及一种在粉末冶金的原料粉末中混合润滑剂的温成形用原料粉末及使用其的温成形方法。
背景技术：
以往，在将粉末冶金的原料粉末充填在成形模具中以加温而加压成形成形体时，为了提高将原料粉末充填在成形模具时的原料粉末的流动性，并且，提高加压成形成形体时的原料粉末之间及原料粉末和成形模具之间的润滑性，而提高成形体的压缩性，通常，作为粉末冶金用的原料使用了将硬脂酸锂作为润滑剂混合在原料粉末的温成形用原料粉末。但是，混合硬脂酸锂时，尽管硬脂酸锂的熔点大约为220℃，但实际上，只要将原料粉末加热到150℃以上就会出现原料粉末的流动性恶化的问题。而且，用硬脂酸锂不能得到充分的润滑性和压缩性。
而且，如专利文献1所示，通过微量添加平均粒径为4μm以下的粒径细小的脂肪酸金属盐，而提高原料粉末的流动性的事实已被熟知。但是，以微量添加不能得到加压成形时的润滑性，另外，若添加一般可以得到润滑性的程度的量，相反会有流动性会降低的缺点。另外，粒径细小的脂肪酸金属盐，比通常的脂肪酸金属盐制造成本高，存在经济上的问题。
此外，如专利文献2所示，使用包含具有加压成形的温度以下的低熔点的成分的润滑剂已被熟知。但是，若将包含低熔点润滑成分的润滑剂加热至温成形温度以上，则不能得到原料粉末的流动性。
专利文献1日本专利公开2000-273502号公报专利文献2日本专利公开2001-294902号公报发明内容因此本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种高温中流动性优异，在加压成形中具有很高的润滑性及压缩性，并且经济性也很高的温成形用原料粉末及使用该原料粉末的温成形方法。
鉴于上述目的，本发明人们经努力检讨得到了以下结果，从而完成本发明通过在粉末冶金的原料粉末中，作为润滑剂含有平均粒径为5μm以上100μm以下的12-羟基硬脂酸锂0.3质量％以上2质量％以下，在加热为150℃以上时，不但原料粉末的流动性未恶化，而且在加压成形时也可以得到比使用硬脂酸锂更高的润滑性及压缩性。并且，12-羟基硬脂酸锂，以往作为润滑脂的增稠剂而被周知，但是，在粉末冶金中仅仅作为与温成形温度以下的熔点的润滑成分的混合物而被使用，而单独使用12-羟基硬脂酸锂的例还未被知晓。
本发明的第一项所述的温成形用原料粉末，在粉末冶金的原料粉末中含有平均粒径为5μm以上100μm以下的羟基脂肪酸盐0.3质量％以上2质量％以下。
另外，第二项所述的温成形用原料粉末，在粉末冶金的原料粉末中含有平均粒径为5μm以上100μm以下的羟基脂肪酸盐0.5质量％以上2质量％以下。
另外，第三项所述的温成形用原料粉末，在第一项或第二项中，不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂。
另外，第四项所述的温成形用原料粉末，在第一项至第三项中的任一项中，上述羟基脂肪酸盐为羟基硬脂酸盐。
另外，第五项所述的温成形用原料粉末，在第四项中，上述羟基硬脂酸盐为羟基硬脂酸锂。
另外，第六项所述的温成形用原料粉末，在第五项中，上述羟基硬脂酸锂为12-羟基硬脂酸锂。
另外，第七项所述的温成形方法，使用第一项至第六项中的任一项所述的温成形用原料粉末进行温成形。
另外，第八项所述的温成形方法，在第七项中，在粉末冶金的成形模具事先粘着平均粒径为50μm以下的羟基脂肪酸盐之后，进行温成形。
另外，第九项所述的温成形方法，在第八项8中，上述羟基脂肪酸盐为羟基脂肪酸锂。
另外，第十项所述的温成形方法，在第九项中，上述羟基脂肪酸锂为羟基硬脂酸锂。
而且，第十一项所述的温成形用原料粉末，在第十项中，上述羟基硬脂酸锂为12-羟基硬脂酸锂。
根据本发明的温成形用原料粉末及温成形方法，在加热为150℃以上时，不但原料粉末的流动性不恶化，而且在加压成形时也可以得到比使用硬脂酸锂的现有的方法更高的润滑性及压缩性。而且，平均粒径为5μm以上100μm以下的12-羟基硬脂酸锂，可以从廉价的来自蓖麻油的12-羟基硬脂酸，通过与锂化合物的直接反应法简单地进行制造，且经济性很高，因此，可以抑制制造成本。
图1为表示硬脂酸锂的热分析结果的图表。
图2为表示12-羟基硬脂酸锂的热分析结果的图表。
具体实施例方式
以下，对本发明的优选实施例进行说明。
本发明的温成形用原料粉末，含有平均粒径为5μm以上100μm以下的羟基脂肪酸盐。在此，所谓平均粒径为，以显微镜法，沉淀法，激光衍射散射法，激光多普勒方式等周知的方法测定的粒度。
还有，羟基脂肪酸盐的平均粒径小于5μm时，若添加一般可以得到原料粉末的润滑性的程度的量，原料粉末的流动性会降低。从而，羟基脂肪酸盐的平均粒径小于5μm不为优选。
另外，考虑流动性制造平均粒径小于5μm的粒度小的羟基脂肪酸盐，最为普遍的方法为，以湿式使羟基脂肪酸的碱金属盐与无机金属盐进行反应的方法，但是，因水溶性的原始材料为羟基脂肪酸的钠盐或钾盐，所以使用该方法不能制造比钠或钾电离倾向更高的锂的羟基脂肪酸盐。如后述，在本发明适合使用锂的羟基脂肪酸盐，由此羟基脂肪酸盐的平均粒径小于5μm不为优选。
而且，若羟基脂肪酸盐的平均粒径超过100μm，烧结时由加热分解或蒸发，在羟基脂肪酸盐消失之后会留大孔，因此，最终得到的粉末冶金产品的外观及机械强度会恶化。从而，羟基脂肪酸盐的平均粒径超过100μm不为优选。
另外，本发明的温成形用原料粉末，含有0.3质量％以上2质量％以下的羟基脂肪酸盐。当羟基脂肪酸盐的含量小于0.3质量％时，不能得到充分的原料粉末的润滑性。从而，羟基脂肪酸盐的含量小于0.3质量％不为优选。而且，当羟基脂肪酸盐的含量超过2质量％时，压缩性会降低，温成形则没有任何意义。从而，羟基脂肪酸盐的含量超过2质量％不为优选。并且，在0.3质量％以上、小于0.5质量％的范围，根据产品的大小或模具的表面状态，存在不能得到润滑性的场合，所以，优选含有0.5质量％以上2质量％以下。
另外，本发明的温成形用原料粉末，不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂。在此，所谓温成形温度为，加压成形时的原料粉末的温度。温成形温度小于70℃时，成形体的密度降低而温成形的效果几乎不存在，且温成形温度超过190℃时，因为存在本发明的润滑剂流动性恶化、且原料粉末氧化的可能性，所以，优选温成形温度在70℃以上190℃以下。从而，所谓在本发明不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂为，除不可避免的不纯物之外，不包含在温成形温度以下的温度下熔化、或由结晶结构的变化粘着性增大的润滑剂。而且，通过不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂，即使加热至温成形温度以上也不会发生润滑剂溶解而妨碍原料粉末的流动性的现象。
作为本发明的羟基脂肪酸盐，有在硬脂酸(C17H35COOH)，油酸(C17H33COOH)，亚油酸(C17H31COOH)，亚麻酸(C17H29COOH)，棕榈酸(C15H31COOH)，肉豆蔻酸(C13H27COOH)，月桂酸(C11H23COOH)，发酸(C9H19COOH)，辛酸(C7H15COOH)，己酸(C5H11COOH)等附加羟基的羟基脂肪酸的金属盐，其外，还可以使用各种碳数或结构的酸。若考虑羟基脂肪酸盐的熔点、润滑性或经济性等，适合使用羟基硬脂酸盐。
另外，作为构成羟基硬脂酸盐的金属有锂，钙，锌，镁，钡，钠，钾等，但是考虑羟基硬脂酸盐的熔点或吸湿性等，适合使用锂。从而，作为本发明的羟基硬脂酸盐，适合使用羟基硬脂酸锂。
另外，作为羟基硬脂酸锂，可以使用羟基的位置或数目为任意，但是，考虑经济性，适合使用12的位置上具有一个羟基的12-羟基硬脂酸锂(CH3(CH2)5CH(OH)(CH2)10COOLi)。还有，平均粒径为5μm以上100μm以下的12-羟基硬脂酸锂，可以从廉价的来自蓖麻油的主成分的蓖麻醇酸(CH3(CH2)5CH(OH)CH2CH＝CH(CH2)7COOH)的12-羟基硬脂酸(CH3(CH2)5CH(OH)(CH2)10COOH)，通过与锂化合物的直接反应法简单地进行制造，且经济性也很高。从而，通过使用12-羟基硬脂酸锂，可以抑制粉末冶金的制造成本。尚且，作为来自蓖麻油的不可避免的不纯物，混入10％左右的硬脂酸锂等，但是，因纯度低会发生流动性的恶化，尽量使用纯度高的为佳。
其次，对使用如上述含有羟基脂肪酸盐的温成形用粉末的温成形方法进行说明。
在该温成形方法，通过将本发明的温成形用粉末加热至温成形温度，并充填在成形模具之后进行压缩，成形比常温成形实现更高的压缩性的成形体的温成形压粉体。接着，通过对该温成形压粉体施加烧结处理形成烧结成形体，利用矫正模具冲压矫正该烧结成形体。之后，根据需要进行切削加工，而可以得到粉末冶金产品。
进一步具体而言，首先，例如在以铁等金属为主成分的粉末冶金的原料粉末添加作为润滑剂的羟基脂肪酸盐，用旋转搅拌机等进行混合，而得到温成形用粉末。
在此，如上述，为了得到原料粉末的润滑性和流动性，将温成形用粉末中的羟基脂肪酸盐的含量设为0.3质量％以上2质量％以下，优选为0.5质量％以上2质量％以下，且不添加温成形温度以下的熔点的润滑剂。但是，可以添加超过温成形温度的熔点的润滑剂。而且，作为羟基脂肪酸盐，羟基硬脂酸盐为佳，且羟基硬脂酸锂为更佳。并且，在羟基硬脂酸锂中，优选为12-羟基硬脂酸锂。
接着，将上述温成形用粉末用干燥机等加热至温成形温度之后，充填到加热至温成形温度的成形模具中。
而且，为了提高成形模具和原料粉末的润滑性，也可以在充填温成形用粉末之前，在成形模具的成形面事先粘着羟基脂肪酸盐的粉末。在成形模具粘着羟基脂肪酸盐的粉末时，若使粉末带电而利用静电，则可以简单地进行粘着。而且，此时的羟基脂肪酸盐，与上述温成形用粉末同样，优选羟基硬脂酸盐、更优选为羟基硬脂酸锂，其中最优选为12-羟基硬脂酸锂。
另外，粘着在成形模具的羟基脂肪酸盐，使用平均粒径为50μm以下的。若该羟基脂肪酸盐的平均粒径超过50μm，粘着在成形模具的羟基脂肪酸盐的量过多，会降低成形体表面的密度，所以不为优选。
将温成形用粉末充填在成形模具之后，以规定的成形压力加压，形成温成形压粉体。然后，将该温成形压粉体从成形模具拔出，施加烧结处理，形成烧结成形体。并且，利用矫正模具冲压矫正该烧结成形体。
而且，为了提高矫正模具的烧结成形体的润滑性，也可以在矫正模具的矫正面，事先粘着羟基脂肪酸盐的粉末。此时，与在成形模具粘着羟基脂肪酸盐的粉末时同样，使粉末带电而利用静电，可以简单地进行粘着。
此时的羟基脂肪酸盐，与成形模具时同样，优选为羟基硬脂酸盐、更优选为羟基硬脂酸锂，其中，最优选为12-羟基硬脂酸锂。并且，其平均粒径优选为50μm以下。
然后，根据需要进行切削加工，则可以得到粉末冶金产品。
如以上所述，本发明的温成形用原料粉末，在粉末冶金的原料粉末含有平均粒径为5μm以上100μm以下的羟基脂肪酸盐0.3质量％以上2质量％以下，更优选为0.5质量％以上2质量％以下，所以加热至150℃～190℃时，不但原料粉末的流动性不恶化，在加压成形中也可以得到比使用硬脂酸锂的现有的方法更高的润滑性及压缩性。而且，由于不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂，因此，可以可靠地防止原料粉末的流动性的恶化。
而且，在本发明的温成形方法，也可以事先在粉末冶金的成形模具粘着平均粒径为50μm以下的羟基脂肪酸盐之后，进行温成形，所以，可以提高成形模具与原料粉末的润滑性。
平均粒径为5μm以上100μm以下的12-羟基硬脂酸锂，可以从廉价的来自蓖麻油的12-羟基硬脂酸，通过与锂化合物的直接反应法简单地进行制造，而且经济性很高，所以，抑制制造成本，因此，作为羟基脂肪酸盐适合使用12-羟基硬脂酸锂。
本发明，不限于上述实施方式，可以使用各种变形实施方式。
实施例根据以下的具体实施例，对本发明进一步进行详细说明。
作为原料粉末使用平均粒径为90μm的铁粉，在该铁粉添加平均粒径为30μm的12-羟基硬脂酸锂0.3～2质量％，并用旋转搅拌机混合30分钟，得到温成形用粉末。接着，将该温成形用粉末在干燥机内加热为140～200℃，并用加热为140～200℃的流动度测定器测定该温成形用粉末的流动度。而且，该流动度的测定，是以在孔径为2.7mm的漏斗管放入50g的温成形用粉末，而测定流动时间的方式来进行。
而且，在用加热器加热为140～200℃的成形加压面积为1cm2的圆柱的成形模具里，充填在干燥机内加热为140～200℃的上述温成形用粉末7g，以8t/cm2的成形压力在模具壁面不粘着润滑剂的方式，成形温成形压粉体，测定以便从成形模具拔出该温成形压粉体的所需的拔出压力、和温成形压粉体的密度。
上述流动度、拔出压力、密度的测定结果，如表1～表3。
比较例作为比较例1，代替实施例的12-羟基硬脂酸锂使用平均粒径为30μm的硬脂酸锂，与实施例同样，测定了流动度、拔出压力、密度。而且，硬脂酸锂使用，从来自牛脂的硬脂酸，通过与锂化合物的直接反应法制造出的原料。
而且，作为比较例2，添加12-羟基硬脂酸锂0.2质量％，作为比较例3，添加12-羟基硬脂酸锂30质量％，测定了流动度、拔出压力、密度。测定结果，如表1～表3。
流动性的比较
×不流动[表2]润滑性的比较
×发生擦伤(成形不良) 压缩性的比较
×发生擦伤(成形不良)表1～表3中，关于流动性，在使用现有的润滑剂的硬脂酸锂的比较例1中，在150℃以上的温度不流动，而不能进行测定，但是，在使用12-羟基硬脂酸锂的实施例1，到190℃为止可以进行测定，并证实了使用12-羟基硬脂酸锂则提高流动性的事实。
而且，与比较例1相比，添加量相同的实施例3的拔出压力更小，证实了使用12-羟基硬脂酸锂则提高润滑性的事实。
并且，与比较例1相比，添加量相同的实施例3的密度更大，证实了使用12-羟基硬脂酸锂则提高压缩性的事实。
而且，比较例2，因润滑剂过少导致的润滑性的不足，而不能成形，比较例3，因润滑剂过多，因此，即使将温度提升到190℃，压缩性也没有提高。
并且，使用12-羟基硬脂酸锂时流动性、润滑性、压缩性提高的理由推测为，硬脂酸锂到达熔点之前，由温度的上升在结晶结构上发生变化(被称为多形现象)，但是，由于硬脂酸锂粘有羟基，而在温成形温度下结晶结构很难发生变化，所以，在流动性、润滑性及压缩性的特性出现差异。而且，图1、图2为硬脂酸锂和12-羟基硬脂酸锂的热分析结果，根据图1的硬脂酸锂的热分析结果，在右端的熔点的峰值以外的低温下出现2～3次峰值，对此，根据图2的12-羟基硬脂酸锂的热分析结果，在右端的熔点的峰值以外的低温下没有出现峰值，所以，推测在高温下结晶结构难以发生变化。
而且，通过控制硬脂酸锂的制造条件，并控制结晶结构或粒度分布、粒形等，可以改善在高温下的流动性，但是，存在难以控制结晶结构、压缩性降低等问题，要想以通常的方法安定地制造，使用12-羟基硬脂酸锂为最佳。
权利要求
1.一种温成形用原料粉末，其特征在于，在粉末冶金的原料粉末中含有0.3质量％以上但在2质量％以下的平均粒径为5μm以上但在100μm以下的羟基脂肪酸盐。
2.一种温成形用原料粉末，其特征在于，在粉末冶金的原料粉末中含有0.5质量％以上但在2质量％以下的平均粒径为5μm以上但在100μm以下的羟基脂肪酸盐。
3.根据权利要求1或2所述的温成形用原料粉末，其特征在于，不包含温成形温度以下的熔点的润滑剂。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的温成形用原料粉末，其特征在于，上述羟基脂肪酸盐为羟基硬脂酸盐。
5.根据权利要求4所述的温成形用原料粉末，其特征在于，上述羟基硬脂酸盐为羟基硬脂酸锂。
6.根据权利要求5所述的温成形用原料粉末，其特征在于，上述羟基硬脂酸锂为12-羟基硬脂酸锂。
7.一种温成形方法，其特征在于，使用权利要求1～6中的任一项所述的温成形用原料粉末进行温成形。
8.根据权利要求7所述的温成形方法，其特征在于，使粉末冶金的成形模具预先粘着平均粒径为50μm以下的羟基脂肪酸盐之后，进行温成形。
9.根据权利要求8所述的温成形方法，其特征在于，上述羟基脂肪酸盐为羟基脂肪酸锂。
10.根据权利要求9所述的温成形方法，其特征在于，上述羟基脂肪酸锂为羟基硬脂酸锂。
11.根据权利要求10所述的温成形用原料粉末，其特征在于，上述羟基硬脂酸锂为12-羟基硬脂酸锂。
全文摘要
提供一种在高温下流动性优异，在加压成形中具有很高的润滑性及压缩性，同时经济性也很高的温成形用原料粉末及使用该原料粉末的温成形方法，使粉末冶金的原料粉末只含有平均粒径为5μm以上100μm以下的羟基脂肪酸盐0.3质量％以上2质量％以下、优选为0.5质量％以上2质量％以下，而进行了温成形。或者，使成形模具上事先粘着平均粒径为50μm以下的羟基脂肪酸盐之后，进行了温成形。作为羟基脂肪酸盐，适合使用12－羟基硬脂酸锂。
文档编号B22F1/00GK1886220SQ20048003468
公开日2006年12月27日 申请日期2004年11月24日 优先权日2003年11月25日
发明者中井崇, 川濑欣也 申请人:三菱综合材料Pmg株式会社