专利名称：造粒粉末以及造粒粉末的制造方法
技术领域：
本发明涉及造粒粉末及造粒粉末的制造方法。
背景技术：
作为成型金属粉末的方法，众所周知有压缩成型法，即将金属粉末与有机粘合剂的混合物填充至预定的成型模具中，进行压缩，从而得到预定形状的成型体。对得到的成型体进行脱脂处理，除去其中的有机粘合剂，经过烧结金属粉末的烧结处理，变成金属烧结体。这种技术是粉末冶金技术中的一种，由于能够根据成型模具的形状大量制造出复杂形状的金属烧结体，近年已在许多行业领域中普及。在压缩成型方法中，首先需要在成型模具中无空隙地尽量填充金属粉末。一旦成型模具内有空隙，这个空隙会变成空穴残留在成型体中，最终会损害金属烧结体的致密性。此外，作为金属粉末，一般有使用平均粒径在10 μ m以下的细微粉末的情况。这样的细微粉末由于其流动性低，在成型模具中的填充性比较差。因此，通过将金属粉末与有机粘合剂的混合物造粒成更大的粒子，可以改善流动性。在混合物造粒时，通过有机粘合剂， 金属粉末中的多个粒子粘结，形成更大的造粒粉末。造粒粉末与金属粉末相比，由于流动性更高，因此，在成型模具中的填充性良好，并可以制造致密的成型体和烧结体。例如，在特许文献1中，公开了将金属粉末的造粒粉末压缩成型并将得到的成型体在1200°C以上的高温中烧结得到烧结体的方法。但是，能够在1200°C以上温度下使用的烧成炉，需要特殊的耐热结构，因此不仅价格高昂，其运转资金也很高。另一方面，在降低烧结温度的情况下，会出现烧结体的密度降低，机械特性差等问题。现有技术文献专利文献专利文献1特开2005-1M847号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种即使在较低的温度下也能良好地烧结且可制造高密度烧结体的造粒粉末以及能够容易地制造该造粒粉末的造粒粉末制造方法。上述目的通过下述的本发明实现。本发明的造粒粉末是通过有机粘合剂粘合多个金属粒子而形成的造粒粉末，其特征在于，上述有机粘合剂含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇类；上述造粒粉末的表观密度是上述金属粒子的真密度的20%以上50%以下。由此，可以得到即使在比较低的温度下也能良好地烧结且能够制造高密度的烧结体的造粒粉末。
在本发明的造粒粉末中，上述多元醇类优选是甘油。由于甘油在多元醇类中分子量相对较小，且羟基存在比例较高，因此容易进入聚乙烯醇的分子之间，此外甘油还含有许多有利于氢键的位置，有助于造粒粉末的致密化。此外，由于甘油具有适度的粘性，能够更加提高造粒时金属粉末的粘结性、成型体的保形性。在本发明的造粒粉末中，优选相对于100重量份上述金属粒子，上述多元醇类的添加量为0. 01重量份以上、0. 2重量份以下。由此，在能够使造粒粉末特别致密化、得到高密度的烧结体的同时，也能够防止压缩成型时的应力在成型体中蓄积并在成型后随着变形而释放的回弹的发生。 在本发明的造粒粉末中，优选上述有机粘合剂还含有有机胺类或其衍生物。由此，有机胺自发地吸附在金属粉末的粒子表面，降低粒子间的摩擦，促进造粒粉末的致密化。此外，由于吸附在粒子表面的有机胺能够减少粒子与外界空气的接触机会，从而能够提高粒子的耐候性。在本发明的造粒粉末中，优选上述有机胺类是烷基胺、环烷基胺、烷醇胺及它们的衍生物中的至少1种。由此，将进一步促进造粒粉末的致密化。在本发明的造粒粉末中，优选相对于100重量份上述金属粒子，上述有机胺类的添加量为0. 001重量份以上、5重量份以下。由此，将促进造粒粉末进一步致密化，进一步提高耐候性。在本发明的造粒粉末中，优选上述造粒粉末中的上述有机粘合剂的含量为0. 1重量％以上、20重量％以下。由此，能够提高成型时的崩解性及其后的成型体的保形性。其结果能够得到密度和尺寸精度优异的烧结体。本发明的造粒粉末的制造方法的特征在于，通过边供给含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇类的有机粘合剂的溶液、边使金属粉末翻滚及/或流动，从而形成上述金属粉末的颗粒。由此，能够很容易地制造即使在比较低的温度下也能良好地烧结且能够制造高密度的烧结体的造粒粉末。在本发明的造粒粉末的制造方法中，优选上述有机粘合剂的溶液通过喷雾提供。由此，由于能够给造粒粉末提供无过量和不足的粘合剂溶液，因此可以实现造粒粉末的形状和大小的均勻化。其结果，能够得到粒度分布整齐的造粒粉末。
图1是示出本发明的造粒粉末的制造方法中使用的转动造粒装置的结构的模式图。图2是示出以横轴表示甘油的添加量，纵轴表示成型密度时的在各实施例中得到的成型体的分布图表。
具体实施例方式下面，参照附图根据优选实施方式，对本发明的造粒粉末以及造粒粉末的制造方法进行详细的说明。本发明的造粒粉末是含有金属粉末和有机粘合剂的混合物，是通过有机粘合剂粘结金属粉末中的多个金属粒子而成的物质。此外，本发明中使用的有机粘合剂含有聚乙烯醇或其衍生物与多元醇类。而且，本发明的造粒粉末具有表观密度是金属粉末(构成金属粉末的金属材料)的真实密度的20% 以上50%以下的特征。这样的造粒粉末即使在比较低的温度烧结的情况下，也能良好地烧结，制得高密度的烧结体。因此，具有可以使用不具特殊耐热结构、便宜而无运行成本的烧成炉的优点。下面，对本发明的造粒粉末进行详细说明。(金属粉末)作为金属粉末没有特别限定，可列举例如Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、 Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、In、Sn、Ta、W 或它们的合金。其中，金属粉末优选使用不锈钢、模具钢、高速工具钢、低碳钢、 ^-Μ合金、 !^e-Ni-Co合金等他各种铁基合金的粉末。这样的铁基合金机械特性优异，因此使用该狗基合金粉末制得的烧结体机械特性也优异，可以使用于广泛的用途。此外，作为不锈钢，可列举例如SUS304、SUS316、SUS317、SUS329、SUS410、SUS430、 SUS440.SUS630 等。此外，金属粉末的平均粒径优选为1 μ m 30 μ m，更加优选3 μ m 20 μ m，进一步优选3 μ m 10 μ m。具有这种粒径的金属粉末能够避免成型时的压缩性降低，并且，最终能够得到充分致密的烧结体。还有，平均粒径不满上述下限值的情况下，金属粉末变得容易凝集，恐怕有成型时的压缩性显著降低的可能。另一方面，平均粒径超过上述上限值的情况下，粉末粒子间的间隙变得过大，恐怕有最终得到的烧结体的致密化不充分的可能。此外，本发明使用的金属粉末的振实密度，例如铁基合金粉末的情况下，优选在 3. 5g/cm3以上，更加优选3. 8g/cm3以上。如果是这种振实密度大的金属粉末，在得到造粒粉末时，粒子间的填充性会特别好。因此，最终能够得到特别致密的烧结体。此外，本发明使用的金属粉末的比表面积没有特别限定，但是优选在0. 15m2/g以上，更加优选0. 2m2/g以上，进一步优选0. 3m2/g以上。如果是这种比表面积大的金属粉末， 则由于表面的活性(表面能量)高，即使在提供更少能量时也能容易地进行烧结。而且，烧结成型体时，能够用更短时间烧结。其结果，即使是低温条件下的烧成也能够实现烧结体的致密化。这样的金属粉末可以使用任何方法制造，例如，可以使用雾化法(水雾化法、气物化法、高速旋转水流雾化法等)、还原法、羧酸法、粉碎法等方法制造。其中，对于金属粉末，优选使用通过雾化法制造得到的物质。通过雾化法能够有效地制造具有上述极微小的平均粒径的金属粉末。此外，粒径偏差小，能够得到粒径整齐的金属粉末。因此，通过使用这样的金属粉末，能够确实地防止烧结体中产生气孔，从而能够提尚笛、度。此外，通过雾化法制造的金属粉末是比较接近真球形的球体形状，因此对粘合剂的分散性和流动性优异。因此，在将造粒粉末填充到成型模具中成型时，能够提高其填充性，最终得到更为致密的烧结体。(有机粘合剂)在本发明中，作为有机粘合剂，含有上述聚乙烯醇(PVA)或其衍生物以及多元醇类。在此，利用现有的造粒粉末不能实现高表观密度。一般认为这是因为不能充分缩短金属粉末的粒子间距。特别在金属粉末的粒径小的情况下，金属粉末体积变大，上述趋势更加显著。与此相反，通过使用上述有机粘合剂，混合金属粉末与有机粘合剂，造粒，制造了造粒粉末时，提高了金属粉末的集合性，从而得到高表观密度的造粒粉末。这种增进了致密化的造粒粉末由于金属粒子间的距离变得充分小，因此在脱脂、 烧成时，能在更低温且更短时间内开始烧结。因此，能够使用不具有特殊耐热结构、比较廉价且不需要运转资金的烧成炉，并能够有效地制造高密度的烧结体。本发明的造粒粉末能够达到上述效果的理由可列举如下。首先，聚乙烯醇或其衍生物与多元醇类无论以何种比例都均勻混合。这是由于两者的分子所具有的羟基通过氢键相互吸引(拉拽)，分子间距离变小。特别是一般认为，多元醇类分子进入聚乙烯醇分子间，有助于缩短聚乙烯醇分子间的距离。而且，上述有机粘合剂由于在较低温度下快速分解，难以成为烧结的阻碍因素。因此，可以认为，成型本发明的造粒粉末而得到的成型体在更低温度且更短时间下到达烧结状态。此外，可以认为，这些有机粘合剂的分子通过氢键对金属粉末的粒子进行拉拽。这是由于羟基暴露在金属粉末的粒子表面，使在该羟基与有机粘合剂分子所具有的羟基之间形成氢键。其结果，可以认为金属粉末的粒子彼此之间的间距缩短，从而促进造粒粉末的致密化，进而促进烧结体的致密化。基于以上的理由，本发明的造粒粉末变得致密，其表观密度也变高。具体来说，本发明的造粒粉末的表观密度(g/cm3)为金属粉末的真实密度(g/cm3)的20%以上、50%以下。这样的造粒粉末即使在较低温度下烧成也能良好烧结，能够制造出高密度的烧结体。因此，具有能够使用不具特殊耐热结构、廉价且不需要运转资金的烧成炉的优点。此外，可以消减现有的为了提高烧结密度而使用的可塑剂和润滑剂的使用量，甚至可以停止使用。因此，能够防止这些添加剂造成的烧结密度的下降，并在进一步提高烧结密度的同时降低成本。此外，如果将造粒粉末的表观密度致密化到上述范围，可以相应地降低烧结时的收缩率。其结果，烧结体的尺寸不易偏离目标值，从而能够提高烧结体的尺寸精度。也就是说，通过本发明，能够得到高尺寸精度的烧结体。作为聚乙烯醇或其衍生物，优选重均分子量为2000 200000左右，更加优选为 5000 150000作为。具有这样重均分子量的聚乙烯醇，粘度和热分解性作为有机粘合剂最佳。也就是说，上述聚乙烯醇高度兼顾了造粒时的金属粉末的粘结性及成型时的崩解性和其后的成型体的保形性。其结果，通过使用本发明的造粒粉末，得到密度和尺寸精度优异的烧结体。此外，聚乙烯醇的衍生物可以是与碳原子结合的氢原子被各种官能团取代后的物质，作为官能团可以列举烷基、硅烷基、丙烯酸酯基(acrylategroup)等。
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另一方面，作为多元醇类，可以列举例如乙二醇、丙二醇、丁二醇、2-甲基-2，4_戊 ^II (hexylene glycol)、戊二醇、己二醇(hexane diol)、庚二醇、二乙二醇、二丙二醇、甘油等，可以使用这些中的1种或者2种以上组合使用。其中，作为本发明使用的多元醇类优选是甘油。由于甘油在多元醇类中分子量比较小，且羟基存在比例大。因此，容易进入聚乙二醇的分子之间，而且，有助于形成上述氢键的位置相应地增加，以实现造粒粉末的进一步致密化。此外，由于甘油具有适度的粘性，能够更加提高造粒时金属粉末的粘结性、成型体的保形性。这样的多元醇类，相对于100重量份金属粉末，优选按0. 01重量份以上、0. 2重量份以下的比例添加，更加优选按0. 01重量份以上、0. 1重量份以下的比例添加。通过按该添加量添加多元醇类，能够对造粒粉末进行特别致密化。此外，在多元醇类的添加量低于上述下限值的情况下，有可能造粒粉末的密度下降，进而烧结体的密度下降。另一方面，多元醇类的添加量高于上述上限值的情况下，造粒粉末的密度仍然下降，同时，压缩成型时的应力蓄积在成型体中，在成型后应力伴随着形变释放的现象即回弹增大。因此，烧结体尺寸精度下降、并可能出现碎片等。此外，相对于聚乙烯醇或其衍生物，多元醇类优选按0.005重量％ (重量百分比为 0. 005% )以上、2重量％以下的比例添加，更加优选按0. 01重量％以上、1重量％以下的比例添加，进一步优选按0. 02重量％以上、0. 5重量％以下的比例添加。基于此，能够更加高度地兼顾通过由多元醇类缩短聚乙烯醇分子间距而引起的造粒粉末的致密化和造粒粉末成型时的充分的崩解性。此外，有机粘合剂除了上述成分以外，优选含有有机胺类或其衍生物。通过含有有机胺类或其衍生物，能够提高金属粉末的流动性和耐候性。该有机胺类在各分子中含有氨基，该氨基自发地吸附在金属粉末的粒子表面，所以能够减少粒子间的摩擦。其结果，金属粉末的流动性提高，粒子间距离缩小，从而有助于造粒粉末的致密化。除此以外，吸附在粒子表面的有机胺类使粒子与外界空气的接触机会减少，从而保护粒子不受氧和水分的干扰，提高粒子的耐候性。此外，可以认为，氨基吸附到粒子表面是由作为极性基团的氨基所具有的孤立电子对与金属粉末的粒子表面的吸附位置之间的相互作用引起。作为这样的有机胺类，可以列举，烷基胺类、环烷基胺类、烷醇胺类、烯丙胺类、芳胺类、烷氧基胺类或它们的衍生物等，其中，特别优选使用烷基胺类、环烷基胺类、烷醇胺类及它们的衍生物中的至少1种。这些胺类有助于造粒粉末的进一步致密化。作为烷基胺类，可以列举，正己胺、正庚胺、正辛胺、2-乙基己胺这样的单烷基胺类、二异丁胺这样的二烷基胺类、二异丙基乙胺这样的三烷基胺类等。此外，作为环烷基胺类，可以列举，环已胺、二环已胺等。此外，作为烷醇胺类，可以列举，单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、单丙醇胺、二丙醇胺、三丙醇胺、N, N- 二甲基乙醇胺、N，N- 二乙基乙醇胺、N-氨基乙基乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等。而且，作为这些有机胺类的衍生物，无特殊限定，但优选使用有机胺类的亚硝酸盐、有机胺类的羧酸盐、有机胺类的铬酸盐、有机胺类的醋酸盐等。相对于100重量份金属粉末，这样的有机胺类优选按0. 001重量份以上、5重量份以下的比例添加，更加优选按0. 005重量份以上、1重量份以下的比例添加。通过按照上述添加量添加有机胺类，能够使造粒粉末进一步致密化并进一步提高耐候性。然而，作为有机粘合剂，除了上述成分以外，还可以含有例如聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)、硬脂酸、乙烯二硬脂酸酰胺(ethylenebisstearamide)、乙烯乙烯醇共聚物、石蜡、 蜡、藻酸钠、琼脂、阿拉伯胶、树脂、蔗糖等成分。此外，在有机粘合剂中，根据需要，可添加邻苯二甲酸酯(例如D0P、DEP、DBP)、己
二酸酯、偏苯三酸酯、癸二酸酯等物质。此外，作为添加剂，除了上述成分以外，还可以添加抗氧化剂、促脱脂剂、表面活性剂等。但是，有机粘合剂中的聚乙烯醇或其衍生物与多元醇类的总含量优选80重量％ 以上(即，按重量计，为80%以上)，更加优选90重量％以上。通过将含量控制在上述范围内，能够得到密度充分高的造粒粉末。(造粒粉末)本发明的造粒粉末含有上述金属粉末和有机粘合剂，且造粒粉末中的有机粘合剂的含量优选为0. 1重量％以上、20重量％以下，更加优选0. 3重量％以上、3重量％以下，进一步优选为0. 5重量％以上、2. 5重量％以下。通过有机粘合剂含量在上述范围，能够实现金属粉末粒子彼此间的粘着性和造粒粉末的充分致密化。此外，通过使用这样的造粒粉末， 能够提高成型时的崩解性及其后的成型体的保形性。其结果，能够得到密度和尺寸精度优异的烧结体。在此，本发明的造粒粉末，如前所述，其表观密度是金属粉末的真实密度的20%以上50%以下。造粒粉末的表观密度是造粒粉末在自然填充状态下的质量与容积的比，能够通过JIS Z 2504中规定的金属粉末的表观密度试验方法测定。另一方面，金属粉末的真实密度是构成金属粉末的金属材料的真实密度。通过使用上述有机粘合剂，实现造粒粉末的致密化，并得到金属粉末的表观密度相对于真实密度的比例在上述范围内的造粒粉末。这样的造粒粉末在成型时能够形成高成型密度的成型体，进一步地，能够形成高烧结密度的烧结体。此外，由于能够抑制烧结时的收缩率，因此能够提高烧结体的尺寸精度。本发明的造粒粉末的表观密度相对于金属粉末的真实密度在上述范围之内，而且优选为25%以上、45%以下，更加优选为30%以上、40以下。表观密度低于上述下限值时，造粒粉末的致密化变得不够充分，低温下的烧结性将显著降低。相反，表观密度高于上述上限值时，造粒粉末变得过于致密，不能得到成型时的适当崩解性，因此成型体的保形性降低。此外，本发明的造粒粉末的各粒子形状对流动性和填充性有很大的影响。从这个观点出发，造粒粉末的各粒子形状优选是接近真球体的形状。(造粒粉末的制造方法)下面就本发明的造粒粉末的制造方法的实施方式进行说明。在说明造粒粉末的制造方法之前，下面先对这种制造方法使用的造粒装置进行说明。图1是示出本发明的造粒粉末的制造方法中使用的转动造粒装置的结构模式图。
8图1 (a)是转动造粒装置的纵截面图，图1 (b)是图1 (a)中A-A线截面图。转动造粒装置1具有用于造粒的处理容器10、配备在处理容器10内的叶片20及交叉螺杆(cross screw) 30、喷嘴40。处理容器10如图1(a)所示，具有底部11以及设立在底部11的侧壁部12，侧壁部12呈从上方向下方内径与外径渐增的锤状(例如圆台状，circular truncated cone tube)。处理容器10(侧壁部分1 形成这样的形状，从而能够在处理容器10内形成使叶片20在处理容器10的外周侧刮起的粉末在处理容器10的中央侧降下的气流。其结果，能够均勻处理粉末，有效地制造粒度分布鲜明的造粒粉末。此外，处理容器10在上方有开口，并安装有用于塞住(close)开口的盖部13。叶片20具有基部23、以及一端固定在基部23上、呈放射状等间隔设置的3个旋叶 21、21、21。此外，在处理容器10的底部11的中心设有通孔110，在该通孔110中插通有旋转驱动轴22。旋转驱动轴22的上端固定于基部23，其下端连接于旋转驱动源(图示省略)上。 这样，该旋转驱动源驱动旋转驱动轴22向正反方向旋转，从而使叶片20旋转。此外，旋叶21、21、21分别相对于旋转驱动轴22倾斜地被固定，以使它们在叶片20 的旋转方向上的前侧形成向下倾斜的斜面。这样，随着叶片(blade) 20的转动，能够有效溅起粉末，形成前述的气流。在处理容器10的侧壁部12中设有通孔130，在该通孔130中插通有旋转驱动轴 31。旋转驱动轴31的一端固定于交叉螺杆30，另一端连接在旋转驱动源(图示省略) 上。这样，该旋转驱动源驱动旋转驱动轴31向正反方向旋转，从而使交叉螺杆30旋转。喷嘴40以贯通安装在处理容器10上的盖部13的形式设置，供给口位于处理容器 10内。基于此，构成为可以在处理容器10内喷雾溶剂。通过从喷嘴40喷雾溶剂，从而在喷嘴40附近产生下降气流。在此，对上述转动造粒装置1的动作，即采用了转动造粒装置1制造造粒粉末的方法进行说明。当然，使用了转动造粒装置1的造粒粉末制造方法只是本发明的造粒粉末的制造方法的一个实例，本发明的造粒粉末制造方法并不仅限于此。下面对造粒粉末的制造方法进行说明。本实施方式涉及的造粒粉末的制造方法是，通过边提供有机粘合剂的溶液(粘合剂溶液)边使金属粉末转动及/或流动，从而造粒金属粉末。首先，在上述转动造粒装置1的处理容器10的内部投入金属粉末。然后，通过叶片20的搅拌使金属粉末转动及/或流动。与此同时，从喷嘴40喷洒粘合剂溶液。液体烟雾状(mist)的粘合剂溶液使金属粉末润湿，同时使金属粉末的粒子彼此粘合。其结果，完成金属粉末的造粒，得到造粒粉末 80。该造粒粉末80随叶片20的旋转，向处理容器10的外周侧(侧壁部12 —侧)缓慢移动(转动)，同时被旋叶21向上方溅起。溅起的造粒粉末80在处理容器10的中央部侧下降，再次随叶片20转动。反复这样一连串过程，完成矫形，形成接近真球体的造粒粉末80。 并且，得到粒子间距短、致密的造粒粉末。
此外，在这样的造粒过程中，一旦造粒中的粒子接触到旋转中的交叉螺杆30，大粒径的粒子(造粒进行程度大的粒子)被粉碎。这样，能够抑制过度造粒，将造粒粉末的粒度分布控制在窄的范围内。另外，虽然粘合剂溶液通过预先置于处理容器10等方法提供均可，但优选使用图 1 (a)所示由上方喷雾的方法。基于此，粘合剂溶液被均勻适量地提供给由叶片20溅起的造粒粉末80，因此能够使造粒粉末80的形状和大小均勻化。特别地，通过使造粒粉末80在悬空时与粘合剂溶液接触，从而能够均勻湿润造粒粉末80的整个粒子表面，从而使上述均勻化更为显著。其结果，得到粒度分布整齐的造粒粉末80。作为粘合剂溶液中使用的溶剂，可以列举如水、二硫化碳、四氯化碳等无机溶剂，或有机溶剂，如甲乙酮(MEK)、丙酮、二乙基酮、甲基异丁基酮(MIBK)、甲基异丙基酮 (MIPK)、环己酮、3-庚酮、4-庚酮等酮类溶剂，或甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、3-甲基-1-丁醇、1-戊醇、2-戊醇、正己醇、环己醇、1-庚醇、1-辛醇、2-辛醇、 2-甲氧基乙醇、丙烯醇、糠醇、苯酚等醇类溶剂，或二乙醚、二丙醚、二异丙醚、二丁醚、1， 2-二甲氧基乙烷(DME)、1，4-二氧己环、四氢呋喃(THF)、四氢吡喃(THP)、苯甲醚、二乙二醇二甲基醚(二甘醇二甲醚)、2_甲氧基乙醇等醚类溶剂，或甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、苯基溶纤剂等溶纤剂类溶剂，或己烷、戊烷、庚烷、环已烷、甲基环乙烷、辛烷、二癸烷、甲基环乙烯、 异戊二烯等脂肪烃类溶剂，或甲苯、二甲苯、苯、乙苯、萘等芳香族碳氢化合物类溶剂，或吡啶、吡嗪、呋喃、吡咯、噻吩、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、4-甲基吡啶、糠醇等杂环芳香族化合物类溶剂，或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙酰胺(DMA)等酰胺类溶剂，或二氯甲烷、氯仿、1，2_ 二氯乙烷、三氯乙烯、氯苯等卤化物类溶剂，或乙酰丙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、醋酸异丙酯、醋酸异丁酯、乙酸异戊酯、氯乙酸乙酯、氯醋酸丁酯、氯醋酸异丁酯、甲酸乙酯、甲酸异丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、苯甲酸乙酯等酯类溶剂，或三甲胺、己胺、三乙胺、苯胺等胺类溶剂，或丙烯腈、乙腈等腈类溶剂，或硝基甲烷、硝基乙烷等硝基类溶剂， 或者乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、丙烯醛等醛类溶剂等，并且可以选择其中的1种或者2种以上混合使用。在此，叶片20每单位时间的转数(以下简称“转数”。)只要能够确保造粒粉末80 的转动最低限，并无特别限定，例如，优选为50rpm以上、500rpm以下，更加优选IOOrpm以上、300rpm以下。叶片20的转数在上述范围内时，能够有效地转动造粒粉末80、有效地进行造粒。此外，由于能够得到适度的压实状态，因此能够制造表观密度更高的造粒粉末。其结果，能够得到更加致密、粒度分布范围特别窄的造粒粉末80。与此相对，叶片20的转数不足上述下限值时，造粒粉末80的转动和溅起不充分， 可能造成造粒不均。此外，可能形成压实不充分且表观密度低的造粒粉末80，继而形成非球状的不规则形状的流动性差的造粒粉末80。另一方面，如果叶片20的转数超过上述上限值，则增进叶片20对造粒粒子的粉碎，可能使造粒不顺利的粉末增多。此外，造粒时交叉螺杆30在每单位时间的转数没有特别的限定，例如，优选为 50rpm以上、3500rpm以下，更加优选IOOrpm以上、3000rpm以下。这样，既能防止过度粉碎， 同时能粉碎粒径大的粒子，从而实现粒径的均勻化。此外，粘合剂溶液的供给速度没有特别的限定，优选在例如20g/分钟以上、 IOOOg/分钟以下，更加优选30g/分钟以上、800g/分钟以下，进一步优选50g/分钟以上、600g/分钟以下。粘合剂溶液的供给速度在上述范围内时，可以均勻地进行基于粘合剂溶液的金属粉末的结合(造粒)，并且使得到的造粒粉末的粒度分布更鲜明(shape)。与此相对，当粘合剂溶液的供给速度低于上述下限值时，可能造成造粒不均。另一方面，当粘合剂溶液的提供速度超过上述上限值时，可能造粒过度。其结果，可能导致得到的造粒粉末的粒度分布较宽。此外，粘合剂溶液中有机粘合剂的浓度优选为0. 5重量％以上、20重量％以下，更加优选1重量％以上、15重量％以下，进一步优选2重量％以上、10重量％以下。此外，造粒的处理时间(搅拌时间)没有进行特别的限定，优选为1分钟以上、90 分钟以下，更加2分钟以上、85分钟以下，进一步优选3分钟以上、80分钟以下。这样，能够抑制未造粒的造粒粉末的残留，并使得到的造粒粉末的粒度分布非常鲜明。与此相对，当造粒的处理时间不足上述下限值时，可能残留较多的小粒径粉末 (未造粒的金属粉末等)。另一方面，当造粒的处理时间超过上述上限值时，可能导致溶剂直接施加到粒径较大的粉末(不转动或流动的粉末的块)，并成为造粒不均的原因。此外，根据需要，也可以对造粒粉末喷雾(供给)可溶解有机粘合剂的溶剂。这样， 能够实现造粒粉末形状、大小的进一步均勻化。通过如上的方法可以得到造粒粉末。此外，虽然在上文中说明了作为造粒方法之一的转动造粒法、流动层造粒法或转动流动造粒法中通用的技术，但造粒方法不限于此，也可以使用喷雾干燥法(spray drying method)等。此外，本发明的造粒粉末的用途没有特别的限定，例如，可以适用于含有该造粒粉末的成型体的制造，特别是通过烧结含有该造粒粉末的成型体而得到的烧结体的制造中。(烧结体的制造方法)下面对烧结体的制造方法的一个实例进行说明。〈成型〉首先，利用上述的本发明的造粒粉末通过压力成型机成型，并制造所希望的形状和尺寸的成型体。本发明的造粒粉末自身致密且填充性好。因此，能够制造高密度的成型体，最终得到高密度且收缩率小的烧结体。此外，制造的成型体的形状尺寸视随后的脱脂及烧结的收缩量而决定。此外，成型法不限于压力成型(press molding)法，也可以是压缩成型、喷射成型等。〈脱脂处理〉对上述成型工序中得到的成型体实施脱脂处理(脱粘合剂处理)，得到脱脂体。 作为该脱脂处理并没有特别的限定，例如通过在非氧化性气氛例如真空或减压状态下(如 IXlO-1Torr以上IXKT6Torr以下)，或者氮气、氩气、氢气、氨分解气体等气体中进行加热处理来进行。在这种情况下，加热处理的条件根据有机粘合剂的初始分解温度等而略有差异，但优选温度为100°C以上、750°C以下程度且0. 5小时以上、40小时以下程度，更加优选温度为150°C以上、700°C以下程度且1小时以上、24小时以下程度。此外，出于各种目的(例如，缩短脱脂时间等)，这种通过加热处理进行脱脂可以划分为多个工序(阶段)进行。在这种情况下，可以列举如前半段在低温下、后半段在高温下进行脱脂的方法，或者反复进行低温和高温的方法等。
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此外，有机粘合剂也可以在脱脂处理中不完全除去，例如，在脱脂处理结束时，也可以残留一部分有机粘合剂。〈烧成〉在烧成炉中对上述脱脂处理工序中得到的脱脂体进行烧成，使其烧结，得到目标烧结体。通过这种烧成，构成造粒粉末的金属粉末扩散、粒子成长，得到整体致密即高密度、 低空孔率的烧结体。烧成时的烧成温度根据造粒粉末的组成会略有差异，例如，在使用铁基合金的情况下，优选为900°C以上、不足1200 V，更加优选1000°C以上、1180°C以下。烧成温度在上述范围内时，使用不具特殊耐热结构、较廉价且不需要运转资金的烧成炉能够有效地制造烧结体。此外，当烧成温度低于上述下限值时，可能造成金属粉末的烧结不能充分进行，最终得到的烧结体空孔率变大，不能得到良好的机械强度。另一方面，当烧成温度高于上述上限值时，由于需要使用具有特殊耐热结构的烧成炉，因此烧成的容易程度降低。此外，烧成中的最高温度保持时间优选为0. 5小时以上、8小时以下程度，更加优选0. 75小时以上、5小时以下程度。此外，烧成气氛没有进行特别限定，但优选是减压(真空)下或非氧化性气体环境。这样，能够防止金属氧化引起的性能劣化。作为优选的烧成气氛，优选是ITorr以下 (更加优选1 X KT2Torr以上1 X KT6Torr以下)的减压(真空)，或者ITorr以上76OTorr 以下的氮气、氩气等惰性气体气氛，或者ITorr以上760ΤΟΠ·以下的氢气气氛。此外，烧成气氛可以在烧成过程中变化。例如，最初为lX10_2Torr以上 IXlO-6Torr以下的减压(真空)环境，中途更换为上述非活性气体。此外，烧成分为2个或者2个以上阶段进行也可以。例如，可以分为烧成条件不同的1次烧成和2次烧成进行，并且可以使2次烧成的烧成温度比1次烧成的烧成温度高。此外，通过上述方法得到的烧结体可以以任何目的使用，作为其用途此处可列举用于各种机械零件等。通过上述方法得到的烧结体的相对密度根据其用途等不同而略有不同，例如，可以期望其密度超过93%，优选为94%以上。这样的烧结体在机械特性方面特别优异。此外，通过使用本发明的造粒粉末，即使在低温下烧成，也能够有效地制造这种具有优异机械特性的烧结体。以上根据适当的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不局限于此。例如，造粒粉末的制造方法中，根据需要，可以追加任意的工序。此外，在本发明的造粒粉末制造方法中使用的装置并不局限于上述实施方式中使用的装置。例如，在上述实施方式中使用转动造粒装置进行了说明，但也可以使用通过流动作用进行造粒的流动层造粒装置、通过转动流动作用进行造粒的转动流动造粒装置、使其喷雾干燥的喷雾干燥装置等。实施例1.造粒粉末的制造(实施例1)<1>首先，准备了通过水喷雾法制造的平均粒径为6μπι的2% Ni-Fe合金粉末 (EPSON ATMIX有限公司制，真实密度为7. 827g/cm3)作为原料粉末。此外，2% Ni-Fe合金的成分为C :0. 4重量％ 0. 6重量％、Si 0. 35重量％以下、Mn :0. 8重量％以下、P :0. 03 重量％以下、S 0. 045重量％以下、Ni 1. 5重量％ 2. 5重量％、Cr :0. 2重量％以下、Fe 余下部分。<2>另一方面，作为有机粘合剂，准备了聚乙烯醇(Kuraray株式会社制RS-1717)、 甘油(和光纯药工业株式会社制)和烷基胺衍生物(醋酸盐)。此外，准备了作为溶剂的离子交换水。溶剂的添加量为每Ig有机粘合剂50g溶剂。而且，聚乙烯醇的皂化度为93、聚合度为1700。接着，将聚乙烯醇、甘油和有机胺类混合到离子交换水中，在室温下冷却，从而制备粘合剂溶液。此外，相对于100重量份金属粉末，聚乙烯醇、甘油和烷基胺衍生物的添加量分别为0. 8重量份、0. 01重量份和0. 1重量份。<3>接着，向转动造粒装置(Powrex株式会社制、VG-2Q的处理容器中投入原料粉末。然后，从转动造粒装置的喷嘴中持续喷雾出粘合剂溶液，在下面所示条件下使原料粉末转动。基于此，得到了平均粒径75μπι的造粒粉末。〈转动条件〉叶片转数200rpm交叉螺杆转数2500rpm粘合剂溶液的提供速度200g/分钟造粒时间90分钟(实施例2 9)除甘油的添加量分别如表1所示以外，其他均与实施例1相同，得到了造粒粉末。(实施例10 15)除有机胺类的添加量分别如表1所示以外，其他均与实施例3相同，得到了造粒粉末。(实施例16 21)除聚乙烯醇的添加量分别如表2所示以外，其他均与实施例3相同，得到了造粒粉末。(实施例22)除省略了有机胺类的添加以外，其他均与实施例3相同，得到了造粒粉末。(实施例23 洸)除多元醇类的组成与添加量、或有机胺类的组成与添加量分别如表2所示以外， 其他与实施例1相同，得到了造粒粉末。(实施例27、28)除金属粉末的组成变更为SUS-316L(真实密度7. 98g/cm3)以外，其他均与实施例22及实施例3相同，得到了造粒粉末。(比较例1 3)除有机粘合剂仅由聚乙烯醇构成(省略甘油及烷基胺衍生物的添加)、且其添加量如表2所示以外，其他分别与实施例1相同，得到了造粒粉末。(比较例4)除使用聚乙烯吡咯烷酮代替聚乙烯醇以外，其他与比较例1相同，得到了造粒粉末。(比较例5)除对有机粘合剂进一步添加了甘油与烷基胺衍生物以外，其他与比较例4相同， 得到了造粒粉末。(比较例6)除有机粘合剂仅由聚乙烯醇构成(省略甘油及烷基胺衍生物的添加)，其他与实施例28相同，得到了造粒粉末。2.造粒粉末的评价2.1表观密度的评价测定各实施例及比较例中得到的造粒粉末的表观密度。然后，计算出各金属粉末的相对于真实密度的比例。2. 2成型密度的评价将各实施例及比较例中得到的造粒粉末在以下所示成型条件下成型。〈成型条件〉成型方法压力成型法成型形状20mm角的立方体形状成型压力6OOMPa(6t/cm2)接着，对得到的成型体进行尺寸和重量的测量，根据测量值计算成型密度。2. 3烧结密度的评价接着，将得到的成型体在以下所示脱脂条件下进行了脱脂。〈脱脂条件〉脱脂温度600°C脱脂时间1小时脱脂气氛氢气气体气氛接着，将得到的脱脂体在以下所示的烧成条件下进行了烧成。由此得到烧结体。〈烧成条件〉烧成温度1150°C烧成时间3小时烧成气氛减压Ar气氛气氛压力1.3kPa (IOTorr)接着对得到的烧结体根据阿基米德方法(在JIS Z 2501中规定)测量其密度。然后，根据测得的烧结密度、金属粉末的真实密度计算出烧结体的相对密度。2. 4尺寸精度的评价接着，使用千分尺对得到的烧结体测量其宽度。然后，根据测量值，按照JIS B 0411(金属烧结品的一般允许偏差)中的规定[宽度的一般允许偏差]，基于以下的评价标准进行评价。此外，烧结体的宽度是指在与压力成型时的压缩方向垂直的方向上的尺寸。〈评价标准〉◎等级为精致(允许偏差士0. Imm以下)
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〇等级为中等(允许偏差士0. 1mm以上、士0. 2mm以下)Δ 等级为粗糙(允许偏差士0. 2mm以上、士0. 5mm以下)X 在容许范围之外以上2. 1 2. 4的评价结果如表1及表2中所示。表1表2
由表1、表2可知，各个实施例中得到的成型体及烧结体均为高密度。特别是，通过将甘油作为多元醇类使用、使多元醇类的含量最适化等，使成型密度及烧结密度尤其高。
权利要求
1.一种造粒粉末，通过有机粘合剂粘合多个金属粒子而形成，其特征在于， 所述有机粘合剂含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇类，所述造粒粉末的表观密度是所述金属粒子的真密度的20%以上50%以下。
2.根据权利要求1所述的造粒粉末，其特征在于， 所述多元醇类是甘油。
3.根据权利要求1或2所述的造粒粉末，其特征在于，相对于100重量份所述金属粒子，所述多元醇类的添加量为0. 01重量份以上、0. 2重量份以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的造粒粉末，其特征在于， 所述有机粘合剂还含有有机胺类或其衍生物。
5.根据权利要求4所述的造粒粉末，其特征在于，所述有机胺类是烷基胺、环烷基胺、烷醇胺及它们的衍生物中的至少1种。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的造粒粉末，其特征在于，相对于100重量份所述金属粒子，所述有机胺类的添加量为0. 001重量份以上、5重量份以下。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的造粒粉末，其特征在于，所述造粒粉末中的所述有机粘合剂的含量为0. 1重量％以上、20重量％以下。
8.—种造粒粉末的制造方法，其特征在于，通过边供给含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇类的有机粘合剂的溶液，边使金属粉末翻滚及/或流动，从而形成所述金属粉末的颗粒。
9.根据权利要求8所述的造粒粉末制造方法，其特征在于， 所述有机粘合剂的溶液通过喷雾提供。
全文摘要
本发明提供一种造粒粉末以及造粒粉末的制造方法。该造粒粉末含有金属粉末和有机粘合剂，并且通过有机粘合剂粘合金属粉末中的多个金属粒子而形成。该有机粘合剂含有聚乙烯醇或其衍生物及多元醇类。并且，造粒粉末的表观密度是金属粉末的真实密度的20％～50％。此外，多元醇类优选甘油，其添加量相对于100重量份金属粉末优选为0.01重量份以上、0.2重量份以下。
文档编号B22F1/00GK102166648SQ20111004549
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年2月26日
发明者门村刚志 申请人:精工爱普生株式会社