用于粉末冶金的潤(rùn)滑劑和包含該潤(rùn)滑劑的金屬粉末組合物的制作方法
【專利說(shuō)明】用于粉末冶金的潤(rùn)滑劑和包含該潤(rùn)滑劑的金屬粉末組合物
[0001]本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及包括潤(rùn)滑劑的金屬粉末組合物。更特別地，其涉及用于粉 末冶金的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑和用于粉末冶金的包括該顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑(particulate composite lubricant)的粉末組合物的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 在粉末冶金工業(yè)(PM工業(yè)）中，金屬粉末例如基于鐵的粉末用于組件的生產(chǎn)。更特 別地，將金屬粉末組合物在模具中在高壓下壓制成生還(green compacts)，然后將所述生 還從模具中噴射并燒結(jié)成燒結(jié)體(sintered compacts)。相比于其它常規(guī)的方法例如機(jī)械 加工，該近凈成形(near net shape)技術(shù)容許以較低的成本生產(chǎn)零件。
[0004] 金屬粉末組合物包括金屬粉末的混合物、潤(rùn)滑劑和任選的其它添加劑。粉末冶金 潤(rùn)滑劑通常是不同類型的蠟，所述蠟被磨碎(ground)或霧化成細(xì)顆粒，并與金屬粉末共混， 例如鐵和鋼粉末。潤(rùn)滑劑降低了壓制時(shí)顆粒間摩擦和與模具壁的摩擦并因此不但提高了致 密性((^]181；^〇&1：；[011)，而且還降低了零件從模具噴射時(shí)的與模具壁的摩擦。此外，選擇潤(rùn) 滑劑來(lái)促進(jìn)金屬粉末組合物在模腔內(nèi)充分地流動(dòng)并且還選擇有足夠延展性的潤(rùn)滑劑從而 不妨礙壓制過(guò)程。在零件的機(jī)械性能和最終的密度之間存在很強(qiáng)的關(guān)系。因此，允許有更高 的密度的潤(rùn)滑劑具有額外的價(jià)值。用于PM應(yīng)用的常用潤(rùn)滑劑包括金屬硬脂酸鹽和酰胺蠟， 例如亞乙基雙硬脂酸酰胺蠟。雖然其是優(yōu)異的潤(rùn)滑劑，金屬硬脂酸鹽可在燒結(jié)時(shí)污染零件 并通過(guò)燒結(jié)爐排出的廢氣造成重金屬污染。
[0005] 發(fā)明簡(jiǎn)述
[0006] 因此，本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題。
[0007] 根據(jù)一般方面，提供用于粉末冶金的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑，其包括:包括至少約90質(zhì) 量％的脂肪伯單酰胺錯(cuò)(fatty primary monoamide wax)的第一離散顆粒，其是基本不含 脂肪雙酰胺蠟并且至少部分地涂覆有金屬氧化物納米顆粒;和包括脂肪雙酰胺蠟的不含金 屬硬脂酸鹽的第二離散顆粒。
[0008] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑包括在約10重量％和約60重量％之間的第 一離散顆粒。
[0009] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑包括在約40重量％和約90重量％之間的第 二離散顆粒。
[0010] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆?；旧嫌芍辽俨糠值赝扛灿薪饘傺趸锛{米顆 粒的脂肪伯單酰胺蠟組成。
[0011] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒由至少部分地涂覆有金屬氧化物納米顆粒的脂 肪伯單酰胺蠟組成。
[0012] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒還包括至少約50重量％的脂肪雙酰胺蠟和小于 約10重量％的脂肪伯單酰胺蠟。
[0013] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒還包括至少約90重量％的脂肪雙酰胺蠟。例如， 所述第二離散顆?；旧嫌芍倦p酰胺蠟組成。
[0014] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒的脂肪雙酰胺蠟包括至少兩種脂肪雙酰胺蠟。
[0015] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，脂肪伯單酰胺蠟是12至24個(gè)碳的脂肪酸的單酰胺。該單酰胺 可選自：月桂酸酰胺、棕櫚酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺(arachidamia)、山崳酸酰胺、油 酸酰胺、芥酸酰胺及其組合。
[0016] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，金屬氧化物納顆粒包括以下的至少一種：鐵氧化物、Ti02、 八120 3、511〇2、5102、(^02、和銦鈦氧化物納米顆粒、及其組合。在另一項(xiàng)實(shí)施方式中，金屬氧化 物納米顆粒包括氣相二氧化娃納米顆粒(fumed silica nanoparticles)。
[0017] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒包括小于約5質(zhì)量％的金屬氧化物納米顆粒。 [0018] 在一些實(shí)施方式中，第一離散顆粒小于約250μηι。
[0019] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒具有在約15μπι至約100μL? 之間的平均粒徑。
[0020] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒的D99在約80μπι至約220μπι 之間。
[0021] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，脂肪雙酰胺蠟是選自以下的脂肪酸雙酰胺:亞甲基雙油酸酰 胺、亞甲基雙硬脂酸酰胺、亞乙基雙油酸酰胺，亞己基雙硬脂酸酰胺和亞乙基雙硬脂酸酰胺 (EBS)、及其混合物。
[0022]在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒具有小于約50μπι的平均粒徑。
[0023] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒的D99小于約200μπι。
[0024] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆?；旧喜缓饘?。
[0025] 在一項(xiàng)特別實(shí)施方式中，第一離散顆粒包括芥酸酰胺顆粒和金屬氧化物納米顆粒 包括氣相二氧化硅納米顆粒并且第二離散顆粒包括亞乙基雙硬脂酸酰胺顆粒。顆粒復(fù)合物 潤(rùn)滑劑可包括在約10重量％和約60重量％之間的芥酸酰胺顆粒和在約40重量％和約90重 量％之間的亞乙基雙硬脂酸酰胺顆粒。芥酸酰胺顆?？删哂屑s60μπι的平均粒徑且小于約 175μπι的直徑。
[0026] 根據(jù)另一個(gè)一般的方面，提供冶金粉末組合物，其包括與如上描述的濃度在約0.1 重量％和約5重量％之間的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑混合的基于金屬的粉末。在一項(xiàng)實(shí)施方式中， 基于金屬的粉末為基于鐵的粉末。
[0027] 根據(jù)另一個(gè)一般的方面，提供用于粉末冶金的粉末組合物的生產(chǎn)方法。該方法包 括:將基于所述粉末組合物的總重量的濃度在約0.1重量％和約5重量％之間的如上描述的 顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑添加至基于金屬的粉末。在一項(xiàng)實(shí)施方式中，基于金屬的粉末為基于鐵 的粉末。
[0028] 還根據(jù)另一個(gè)一般的方面，提供用于粉末冶金的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑。所述顆粒復(fù) 合物潤(rùn)滑劑包括:包括脂肪伯單酰胺蠟的第一離散顆粒，其基本不含脂肪雙酰胺蠟，并且至 少部分地涂覆有金屬氧化物納米顆粒，所述至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒具有在約15 μπι和約100μπι之間的平均粒徑;和包括脂肪雙酰胺蠟的不含金屬硬脂酸鹽的第二離散顆粒， 所述第二離散顆粒具有小于約50μπι的平均粒徑。
[0029]在一項(xiàng)實(shí)施方式中，至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒具有在約25μπι至約75μπι之 間的平均粒徑。
[0030] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒的D99在約80μπι至約220μπι 之間。
[0031] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，至少部分地經(jīng)涂覆的第一離散顆粒的D99在約115μπι至約180μ m之間。
[0032] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒具有小于約15μπι的平均粒徑。
[0033] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒的D99小于約200μπι。
[0034] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒的D99小于約150μπι。
[0035] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散粒徑包括至少約90重量％的脂肪伯單酰胺蠟。
[0036] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑包括在約10重量％和約60重量％之間的第 一離散顆粒。
[0037]在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑包括在約40重量％和約90重量％之間的第 二離散顆粒。
[0038] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆?；旧嫌芍辽俨糠值赝扛灿薪饘傺趸锛{米顆 粒的脂肪伯單酰胺蠟組成。
[0039] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒由至少部分地涂覆有金屬氧化物納米顆粒的脂 肪伯單酰胺蠟組成。
[0040] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒還包括至少約50重量％的脂肪雙酰胺蠟和小于 約10重量％的脂肪伯單酰胺蠟。
[0041] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒還包括至少約90重量％的脂肪雙酰胺蠟。
[0042] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒基本上由脂肪雙酰胺蠟組成。
[0043] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒基本上不含金屬。
[0044] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，脂肪伯單酰胺蠟是12至24個(gè)碳的脂肪酸的單酰胺。該單酰胺 可選自：月桂酸酰胺、棕櫚酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺、山崳酸酰胺、油酰胺、芥酸酰胺 及其組合。
[0045] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，金屬氧化物納顆粒包括以下的至少一種：鐵氧化物、Ti02、 Al2〇3、Sn02、Si02、Ce02、和銦鈦氧化物納米顆粒、及其組合。
[0046] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，金屬氧化物納米顆粒包括氣相二氧化娃納米顆粒。
[0047] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒包括小于約5質(zhì)量％的金屬氧化物納米顆粒。
[0048] 在一些實(shí)施方式中，第一離散顆粒小于約250μηι。
[0049] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，脂肪雙酰胺蠟是選自以下的脂肪酸雙酰胺:亞甲基雙油酸酰 胺、亞甲基雙硬脂酸酰胺、亞乙基雙油酸酰胺，亞己基雙硬脂酸酰胺和亞乙基雙硬脂酸酰胺 (EBS)、及其混合物。
[0050] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第二離散顆粒具有小于約50μπι的平均粒徑。
[0051] 在一項(xiàng)特別的項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒包括芥酸酰胺顆粒和包括氣相二氧化 硅納米顆粒的金屬氧化物納米顆粒;并且第二離散顆粒包括亞乙基雙硬脂酸酰胺顆粒。該 特別的復(fù)合物潤(rùn)滑劑可包括在約10重量％和約60重量％之間的芥酸酰胺顆粒和在約40重 量％和約90重量％之間的亞乙基雙硬脂酸酰胺顆粒。所述芥酸酰胺顆?？删哂屑s60μπι的平 均粒徑和小于約17 5μηι的直徑。
[0052]還根據(jù)一個(gè)一般的方面，提供冶金粉末組合物，其包括與如上描述的濃度在約0.1 重量％和約5重量％之間的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑混合的基于金屬的粉末。在一項(xiàng)實(shí)施方式中， 基于金屬的粉末為基于鐵的粉末。
[0053]還根據(jù)一個(gè)一般的方面，提供用于粉末冶金的粉末組合物的生產(chǎn)方法。該方法包 括:將基于所述粉末組合物的總重量的濃度在約0.1重量％和約5重量％之間的的如上描述 的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑添加至基于金屬的粉末。在一項(xiàng)實(shí)施方式中，基于金屬的粉末為基于 鐵的粉末。
[0054]還根據(jù)一個(gè)一般的方面，提供用于粉末冶金的顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑，其包括:褐煤酸 酯蠟和包括至少一種脂肪單酰胺蠟和脂肪雙酰胺蠟的至少一種脂肪酰胺蠟。
[0055] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑包括含褐煤酸酯蠟的第一離散顆粒。所述 第一離散顆粒還可包括脂肪單酰胺蠟而該脂肪單酰胺蠟可包括脂肪伯單酰胺蠟。在一項(xiàng)實(shí) 施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑還可包括第二離散顆粒，其包括選自以下的有機(jī)的、不含金屬 的粉末狀(pulverulent)潤(rùn)滑劑:脂肪雙酰胺蠟、脂肪單酰胺蠟、甘油酯、褐煤酸酯蠟、石蠟、 聚烯烴、聚酰胺、聚酯及其混合物。在一項(xiàng)實(shí)施方式中，顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑還可包括含脂肪 雙酰胺蠟的第二離散顆粒。所述第二離散顆粒還可包括褐煤酸酯蠟。
[0056] 在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒至少部分地涂覆有金屬氧化物納米顆粒。
[0057]在一項(xiàng)實(shí)施方式中，第一離散顆粒還包括脂肪雙酰胺蠟。顆粒復(fù)合物潤(rùn)滑劑還可 包括第二離散顆粒，其包括選自以下的有機(jī)的、不含金屬的粉末狀潤(rùn)滑劑:脂肪雙酰胺蠟、 脂肪單酰胺蠟、甘油酯、褐煤酸酯蠟、石蠟、聚烯烴、聚酰胺、聚酯及其混合物。顆粒復(fù)合物潤(rùn) 滑劑