专利名称：粉末冶金组合物的润滑剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金组合物。具体而言，本发明涉及包含新型微粒复合润滑剂的粉末金属组合物。本发明还涉及该新型微粒复合润滑剂以及制备该润滑剂的方法。
背景技术：
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。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。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。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。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。日本专利申请2003-338526(公开号2005-105323)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。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。
发明概要本发明的目的是获得改进的微粒润滑剂。本发明的其它目的和优点根据下文的描述将是明显的。根据本发明的一个方面，提供了铁基粉末冶金组合物，其包含铁或者铁基粉末以及复合润滑剂颗粒，所述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M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，所述润滑剂颗粒还包含粘附在所述芯上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。
根据本发明的另一方面，提供了微粒复合润滑剂颗粒，其包含下述物质的芯 10-60重量％的至少一种具有多于18个而不多于M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，所述润滑剂颗粒还包含粘附在所述芯上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。根据本发明的另一方面，提供了制造复合润滑剂颗粒的方法，包括将10-60重量％的至少一种具有多于18个而不多于M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混合；使该混合物熔融；将该混合物粉碎，形成复合润滑剂颗粒的芯； 将至少一种金属氧化物的纳米颗粒粘附在所述芯上。附图简述
图1是显示对于不同的润滑剂组合物在不同的工具模具温度获得的生坯密度的图。图2是显示对于不同的润滑剂组合物在不同的工具模具温度获得的脱模能量的图。图3是显示对于不同的润滑剂组合物在不同的工具模具温度的静态脱模峰值力的图。图4是显示对于不同的润滑剂组合物在不同的工具模具温度获得的生坯强度的图。图5是显示不同的润滑剂复合物的整体性能的图。发明详述本发明的润滑剂复合物包含至少一种伯脂肪酸酰胺。所述伯脂肪酸酰胺应当包含多于18个碳原子并且不多于M个、例如少于M个碳原子。如果碳原子数是18个或更少， 复合润滑剂在存储期间可能形成团块，压制的部件将具有发粘的表面。所述至少一种伯脂肪酸酰胺可以选自由花生酸酰胺、芥酸酰胺和山嵛酸酰胺组成的组。在复合润滑剂颗粒的芯中，所述至少一种伯脂肪酸酰胺的浓度为复合润滑剂重量的5-60%，通常为10-60%，优选13-60%，更优选15-60 %，或者为10-40重量％，例如 10-30重量％。如果伯脂肪酸酰胺的浓度低于10%，会损害微粒复合润滑剂的组分的润滑性质，致使在被压实的粉末冶金部件以及压制模具的表面产生刮痕，而高于60%的浓度则会使得复合润滑剂具有发粘的“质地”，导致包含该复合润滑剂颗粒的铁基粉末冶金组合物的流动性、以及复合润滑剂颗粒本身的流动性变差，从而增大了存储期间形成团块的可能性。伯脂肪酸酰胺的浓度高于60%还会使被压实的部件表面发粘，导致污染性颗粒粘在被压实的部件的表面上。所述复合物还包含至少一种脂肪酸双酰胺。脂肪酸双酰胺可以选自由亚甲基双油酰胺、亚甲基双硬脂酰胺、亚乙基双油酰胺、亚己基双硬脂酰胺和亚乙基双硬脂酰胺(EBS) 组成的组。在复合润滑剂颗粒的芯中，所述至少一种脂肪酸双酰胺的浓度可以为复合润滑剂重量的40-95重量％，例如40-90重量％，或60-95重量％，例如60-90重量％，或70-90重量％，或60-87重量%，例如60-85重量%。复合润滑剂颗粒的芯可以仅由所述至少一种伯脂肪酸酰胺和所述至少一种脂肪酸双酰胺构成，或者，该芯可以包含所述至少一种伯脂肪酸酰胺和所述至少一种脂肪酸双酰胺之外的一种或多种添加剂。润滑剂芯可以进一步具有粘附其上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。所述金属氧化物可选自由Ti02、Al203、Sn02，Si02，CeA和氧化钛铟组成的组。所述至少一种金属氧化物的纳米颗粒可具有小于500nm、例如小于200nm的初级粒度。本发明复合润滑剂的浓度可为铁基粉末冶金组合物重量的0.01-2%，通常为 0. 05-2 %，优选 0. 2-2 %，更优选 0. 2-1 %，例如 0. 4-0. 7 %。润滑剂复合颗粒可以如下制备将组分(例如脂肪酸酰胺和脂肪酸双酰胺)熔融在一起，然后进行粉碎步骤，产生可以形成所述润滑剂复合颗粒的芯的离散颗粒。粉碎可以例如使用气体或者液体介质通过熔体的雾化进行，或者通过固化混合物的微粒化(例如研磨)进行。所获润滑剂芯粒可以具有1-50 μ m、优选5-40 μ m的平均粒度。粉碎步骤后，可以将润滑剂复合物的芯粒与至少一种金属氧化物的纳米颗粒结合，例如轻轻地混合，使得该纳米颗粒粘附在复合润滑剂颗粒的芯上。金属氧化物在复合润滑剂中的浓度可以为复合润滑剂重量的0. 001-10%，优选为0. 01-5%，更优选为0. 01-2%。混合步骤可以包括将复合润滑剂加热直到低于低熔点组分的熔点的温度。制造复合润滑剂的另一可选方法是在不加热的情况下将脂肪酸酰胺和双酰胺物理混合。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10 μ m、优选大于30 μ m、直到500 μ m的重均粒度。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多种选自由粘合剂、加工助剂、硬相、机械性能增强剂组成的组的添加剂。铁基粉末冶金组合物包含铁或者铁基粉末以及复合润滑剂颗粒。铁或铁基粉末可以与复合润滑剂颗粒混合。复合润滑剂颗粒可以与铁或者铁基粉末的颗粒结合在一起，例如，借助粘合剂或不使用附加的粘合剂；但可能优选的是，不使复合润滑剂颗粒与铁或者铁基粉末颗粒结合在一起，即，其中复合润滑剂是游离微粒形式的非结合的组合物。可以按照传统的PM技术将该新型铁或铁基粉末冶金组合物压实和任选地烧结。下述实施例用于说明本发明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例材料使用下述材料通过将表1所示的物质以表2所示的比例混合而制备各种复合润滑剂。然后将这些物质熔融，然后固化并微粒化为15-30 μ m的平均粒度。用0. 3重量％的、初级粒度小于 200nm的二氧化硅细粉处理所述微粒化的材料。使用可获自H5ganaSAB的 Kenolube Pl I 和可获自HoganaS AB 的 Amide WaxPM已知润滑剂作为对比材料。Ken0lube Pll是含锌的有机润滑剂，Amide Wax PM是基于亚乙基双硬脂酰胺EBS的有机润滑剂。为了测量所述复合润滑剂和传统润滑剂形成团块的倾向，在50°C的温度、90%的相对湿度存储观天后，将润滑剂在标准315 μ m的筛子上过筛。测量筛子上残留的材料的量，结果公开在表3中。表1.用于形成复合润滑剂的材料
权利要求
1.铁基粉末冶金组合物，包含铁或铁基粉末以及复合润滑剂颗粒，所述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M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，所述润滑剂颗粒还包含粘附在所述芯上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。
2.根据权利要求1的组合物，其中所述芯包含10-40重量％的至少一种伯脂肪酸酰胺以及60-90重量％的至少一种脂肪酸双酰胺。
3.根据权利要求1的组合物，其中所述芯包含10-30重量％的至少一种伯脂肪酸酰胺以及70-90重量％的至少一种脂肪酸双酰胺。
4.根据权利要求1-3任一项的组合物，其中所述至少一种脂肪酸双酰胺选自由亚甲基双油酰胺、亚甲基双硬脂酰胺、亚乙基双油酰胺、亚己基双硬脂酰胺以及亚乙基双硬脂酰胺组成的组。
5.根据权利要求1-4任一项的组合物，其中所述至少一种金属氧化物的纳米颗粒选自由Ti02、A1203、SnO2, SiO2, CeO2以及氧化钛铟组成的组。
6.根据权利要求1-5任一项的组合物，其中金属氧化物在所述复合润滑剂中的浓度为 0. 001-10重量％，优选0. 01-5重量％，更优选为0. 01-2重量％。
7.根据权利要求1-6任一项的组合物，其中所述纳米颗粒具有小于500nm、优选小于 200nm的初级粒度。
8.根据权利要求1-7任一项的组合物，其中所述复合润滑剂颗粒在组合物中的存在浓度为组合物的0. 01-2重量％，优选0. 4-0. 7重量％。
9.微粒复合润滑剂颗粒，其包含下述物质的芯10-60重量％的至少一种具有多于18 个而不多于M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，所述润滑剂颗粒还包含粘附在所述芯上的至少一种金属氧化物的纳米颗粒。
10.制造复合润滑剂颗粒的方法，包括将10-60重量％的至少一种具有多于18个而不多于M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混合；将该混合物熔融；将该混合物粉碎，形成复合润滑剂颗粒的芯；将至少一种金属氧化物的纳米颗粒粘附在所述芯上。
全文摘要
本发明涉及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。本发明还涉及微粒复合润滑剂和制备该润滑剂的方法。
文档编号B22F1/02GK102227274SQ200980147559
公开日2011年10月26日 申请日期2009年11月25日 优先权日2008年11月26日
发明者A·阿尔奎斯特, A·阿赫林, K·奥尔森 申请人:霍加纳斯股份有限公司