КОМБИНАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ ВЕЩЕСТВ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК C10M177/00 B22F1/00 

Данное изобретение относится к комбинации смазочных веществ для порошковой металлургии и к производству и применению указанной комбинации смазочных веществ. В частности, изобретение относится к комбинации смазочных веществ, содержащей по меньшей мере два смазочных вещества.

Порошковые металлы, например порошковое железо, применимы для изготовления мелких, довольно сложных деталей, например шестеренок. Производство таких металлических деталей по технологии порошковой металлургии предусматривает следующие стадии:

порошковый металл смешивают со смазочным веществом и другими добавками с образованием смеси,

полученную смесь помещают в форму и уплотняют с образованием детали с применением высокого давления, обычно порядка 200-1000 МПа,

деталь извлекают из формы,

деталь подвергают действию высокой температуры, чтобы разложить и удалить смазочное вещество и вызвать спекание всех частиц металла,

и деталь охлаждают, после чего она готова к использованию.

Смазочные вещества добавляют к металлическим порошкам по нескольким причинам. Одна причина состоит в том, что они облегчают образование компактного материала для спекания путем смазывания внутри порошка во время процесса компактирования. Благодаря выбору подходящих смазочных веществ может быть получена более высокая плотность, которая часто требуется.

Более того, смазочные вещества обеспечивают необходимое смазывающее действие, которое необходимо, чтобы извлечь компактированную деталь из шаблона. Недостаточная смазка может привести к износу и царапинам на поверхности шаблона благодаря чрезмерному трению при извлечении, приводя шаблон к преждевременному повреждению. Проблемы недостаточного смазывания могут быть решены двумя путями: либо увеличением количества смазочного вещества, либо выбором более эффективных смазочных веществ. При увеличении количества смазочного вещества нежелательной особенностью эффекта является, однако, столкновение, при котором выигрыш в плотности благодаря лучшей "внутренней смазке" превращается в свою противоположность из-за увеличения объема смазочного вещества. Поэтому лучший выбор состоит в отборе более эффективных смазочных веществ. Однако было обнаружено, что это трудная задача, так как эффективные смазочные вещества имеют тенденцию отрицательно влиять на порошковые свойства смеси.

Другая возможность может быть рассмотрена для новых путей комбинирования или использования применяемых в настоящее время смазочных веществ, чтобы сделать их более эффективными. Данное изобретение относится таким образом к новой комбинации применяемых в настоящее время смазочных веществ. Концепция изобретения, конечно, не ограничена применяемыми в настоящее время и известными смазочными веществами, но также применима к будущим смазочным веществам.

Согласно изобретению способ приготовления новых смазочных веществ, являющийся более эффективным, включает стадии

выбора первого и второго смазочного порошка,

смешивания смазочных порошков и

помещения смеси в условия, вызывающие прилипание частиц второго смазочного вещества к частицам первого смазочного вещества, чтобы получить комбинацию смазочных веществ в виде агрегированных частиц, имеющих ядро первого смазочного вещества, причем поверхность ядра покрыта частицами второго смазочного вещества.

Главная цель первого смазочного вещества состоит в придании хороших смазывающих свойств порошку, что обеспечивает более высокую плотность и малые силы извлечения, тогда как цель второго смазочного вещества состоит в получении смеси металлического порошка, имеющего хорошие порошковые свойства, такие как высокая скорость течения и однородное наполнение шаблона, что дает высокую производительность, а также равномерное распределение плотности в уплотненной детали.

Примерами смазочных веществ первой группы являются бис-амиды жирных кислот, такие как этилен-бис-пальмитинамид, этилен-бис-стеарамид, этилен-бис-арахинамид, этилен-бис-бегенамид, гексилен-бис-пальмитинамид, гексилен-бис-стеарамид, гексилен-бис-арахинамид, гексилен-бис-бегенамид, этилен-бис-12-гидроксистеарамид, дистеариладипамид и т.д., и моноамиды жирных кислот, такие как амид пальмитиновой кислоты, амид стеариновой кислоты, амид арахиновой кислоты, амид бегеновой кислоты, амид олеиновой кислоты. Дополнительно первое смазочное вещество может содержать твердую смесь двух или более смазочных веществ.

Второе смазочное вещество может быть выбрано из группы, состоящей из металлических мыл, таких как стеарат цинка, стеарат лития.

Предпочтительно, чтобы частицы смазочного вещества (веществ) имели по возможности сферическую форму, поскольку сферическая форма приводит к более высоким значениям скорости течения и кажущейся плотности.

Дополнительно предпочтительно, чтобы первое смазочное вещество имело средний размер частиц больше, чем второе смазочное вещество. Особенно предпочтительно, чтобы средний размер частиц первого смазочного вещества был в 2-3 раза больше, чем у второго смазочного вещества, и наиболее предпочтительно средний размер частиц первого смазочного вещества составляет по меньшей мере 15 мкм и второе смазочное вещество имеет средний размер частиц самое большее 6 мкм. Дополнительно обнаружено, что количество первого смазочного вещества предпочтительно должно составлять между 60 и 90 вес.% от общего количества комбинации смазочных веществ.

Один путь создания условий для прилипания частиц смазочного вещества состоит в нагревании частиц первого и/или второго смазочного вещества при температуре и в период времени, достаточных для достижения физического связывания между частицами первого и второго смазочного вещества.

При смешивании с металлическими порошками концентрация комбинации смазочных веществ плюс выбранное обычное твердое смазочное вещество приемлема в интервале от 0,1 до 5% вес., предпочтительно от 0,3 до 1% вес.

Представляющие интерес металлические порошки предпочтительно основаны на железе. Примерами основанных на железе порошков являются порошки на основе сплавов железа, таких как предварительно расплавленный порошок железа или порошок железа, содержащий расплавляемые элементы, диффузионно-связанные с частицами железа. Основанные на железе порошки могут также быть смесью обязательного чистого порошка железа и сплавляемых элементов, которые выбраны из группы, состоящей из Ni, Сu, Cr, Mo, Mn, P, Si, V и W. Варьирующиеся количества различных сплавляемых элементов колеблются между 0 и 10, предпочтительно между 1 и 6% вес. Ni, между 0 и 8, предпочтительно между 1 и 5% вес. Сu, между 0 и 25, предпочтительно между 0 и 12% вес. Сr, между 0 и 5, предпочтительно между 0 и 3% вес. Мо, между 0 и 1, предпочтительно между 0 и 0,6% вес. Р, между 0 и 5, предпочтительно между 0 и 2% вес. Si, между 0 и 3, предпочтительно между 0 и 1% вес. V и между 0 и 10, предпочтительно между 0 и 4% вес. W.

Порошок на основе железа может быть атомизированным порошком или губчатым порошком железа.

Размер частиц основанного на железе порошка выбран в зависимости от конечного применения сплавленного продукта.

Комбинация смазочных веществ, соответствующих изобретению, является смазочным веществом с модифицированной поверхностью, имеющим ядро первого смазочного вещества, причем поверхность ядра покрыта частицами второго смазочного вещества. Сравнение между указанной комбинацией смазочных веществ и физической смесью тех же смазочных веществ показывает, что свойства комбинации смазочных веществ лучше. Это верно также для расплавленной и впоследствии отвержденной смеси тех же смазочных веществ.

Следующие не ограничивающие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример

Композиции порошка железа были приготовлены с применением смазочных композиций, приготовленных различными способами. Смазочные вещества были составлены по обычному рецепту из 80% этилен-бис-стеарамида (ЭБС, поставляемый Hoechts Wachs из Clariant AG, Германия) с температурой плавления около 145°С и 20% стеарата цинка (поставляемого Megret, UK), имеющего температуру плавления около 130°С. Общее содержание смазочного вещества было 0,8% вес. во всех случаях. Порошок железа был ASC 100.29 (поставляемый Hoeganaes АВ, Швеция) и с порошком железа и смазочным веществом было смешано 0,5% вес. графита.

Первая композиция смазочных веществ была приготовлена микронизацией двух ингредиентов отдельно до среднего размера частиц менее 30 мкм и затем подмешана к смеси железного порошка.

Вторая композиция смазочных веществ была приготовлена сначала совместным плавлением и отверждением смазочных веществ с последующими микронизацией и примешиванием к смеси железного порошка, как описано выше.

Третье смазочное вещество было приготовлено прилипанием частиц стеарата цинка к поверхности ЭБС путем нагревания частиц ЭБС до температуры, при которой наступает частичное расплавление добавленных частиц стеарата цинка. Таким образом достигают устойчивого механического связывания между частицами, при котором большие частицы ЭБС по существу покрыты более мелкими частицами стеарата цинка. В этом случае размер частиц также был меньше примерно 30 мкм. ЭБС имеет средний размер частиц порядка 15 мкм и стеарат цинка имеет средний размер частиц самое большее 6 мкм.

После смешивания частицы композиции порошка железа были охарактеризованы текучестью по Холлу, кажущейся плотностью и индексом наполнения. Индекс наполнения измеряют как относительное различие в плотности наполнения (ПН) между двумя полостями различной геометрии; в то время как длина и глубина полостей одинаковы (30 мм и 30 мм соответственно), одна полость имеет ширину 13 мм, а другая - ширину 2 мм. Более широкая полость дает большую плотность наполнения, и индекс наполнения определен как:

Индекс наполнения (%) = (ПН макс - ПН мин)/ПН макс.

Теоретически индекс наполнения приблизительно тот же, что и относительное различие плотностей до спекания, полученных, когда порошок спрессован в полость, имеющую полости той же геометрии, как описано выше, то есть с секциями с различной шириной щели, например 13 и 2 мм.

Таблица 1 Текучесть по Холлу (с/50 г)Кажущаяся плотность (г/см³)Индекс наполнения (%)Смазочное вещество согласно данному изобретению26,63,186,67Физическая смесь ЭБС/стеарата цинкаНет течения3,097,65Расплавленная, отвержденная и микронизированная смесь ЭБС/стеарата цинка30,53,078,34

Из результатов, представленных в таблице 1, очевидно, что модификация ЭБС смазочного вещества со стеаратом цинка согласно данному изобретению дает ценные преимущества в свойствах порошка по сравнению с обычными способами физического смешивания отдельных компонентов в порошковую смесь или путем добавления расплавленной вместе и микронизированной композиции смазочных веществ. Скорость течения увеличена и кажущаяся плотность повышена. Более того, происходит более равномерное наполнение, что предполагает получение более равномерного распределения плотности в комплексно спрессованной детали по сравнению со смесью, приготовленной с обычными смазочными веществами, содержащими ЭБС или некоторые другие когезивные смазочные вещества в качестве главного компонента.

Использование: в порошковой металлургии. Сущность: способ включает стадии выбора первого и второго смазочных веществ, смешивания смазочных веществ и помещения смеси в условия для прилипания частиц второго смазочного вещества к частицам первого смазочного вещества с образованием комбинации смазочных веществ в виде агрегированных частиц, имеющих ядро первого смазочного вещества, причем поверхность ядра покрыта частицами второго смазочного вещества. Первое смазочное вещество выбрано из группы, состоящей из бис-амидов и моноамидов жирных кислот, второе смазочное вещество выбрано из группы, состоящей из металлических мыл. Описывается также комбинация смазочных веществ из агрегированных частиц, представляющих собой ядро из первого смазочного вещества, выбранного из бис-амидов и моноамидов жирных кислот, поверхность которого покрыта частицами второго смазочного вещества, выбранного из группы, состоящей из металлических мыл. Предпочтительно средний размер частиц первого смазочного вещества составляет по меньшей мере 15 мкм, средний размер частиц второго смазочного вещества - самое большее 6 мкм, причем все частицы по существу являются сферическими. Технический результат - повышение кажущейся плотности и скорости течения, получение более равномерного распределения плотности в спрессованной детали. 2 н. и 7 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения комбинации смазочных веществ, включающий стадии выбора первого смазочного порошка из группы, состоящей из бис-амидов жирных кислот и моноамидов жирных кислот, и второго смазочного порошка из группы, состоящей из металлических мыл, смешивания смазочных порошков и помещения смеси в условия, приводящие к прилипанию частиц второго смазочного вещества к частицам первого смазочного вещества с образованием комбинации смазочных веществ в виде совокупности частиц, имеющих ядро первого смазочного вещества, причем поверхность ядра покрыта частицами второго смазочного вещества.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что условиями для прилипания частиц смазочного вещества друг к другу являются нагревание частиц первого и/или второго смазочного вещества при температуре и в период времени, достаточных для достижения физического связывания между частицами первого и второго смазочного вещества.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что частицы первого и второго смазочных веществ по существу являются сферическими.4. Способ по одному из пп.1-3, где первое смазочное вещество имеет средний размер частиц по меньшей мере 15 мкм, а второе смазочное вещество имеет средний размер частиц самое большее 6 мкм.5. Способ по п.1, где первое смазочное вещество составляет примерно от 60 до 90 вес.% от комбинации смазочных веществ.6. Способ по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что первое смазочное вещество содержит твердую смесь двух или более смазочных веществ.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что первый смазывающий агент является этилен-бис-пальмитинамидом, этилен-бис-стеарамидом, этилен-бис-арахинамидом, этилен-бис-бегенамидом, гексилен-бис-пальмитинамидом, гексилен-бис-стеарамидом, гексилен-бис- арахинамидом, гексилен-бис-бегенамидом, этилен-бис-12-гидроксистеарамидом, дистеарил-адипамидом, амидом пальмитиновой кислоты, амидом стеариновой кислоты, амидом арахиновой кислоты, амидом бегеновой кислоты, амидом олеиновой кислоты или их комбинацией.8. Способ по п.6, отличающийся тем, что второй смазывающий агент является стеаратом цинка или стеаратом лития.9. Комбинация смазочных веществ из агрегированных смазывающих частиц, представляющих собой ядро из первого смазочного вещества, выбранного из группы, состоящей из бис-амидов жирных кислот и моно-амидов жирных кислот, где поверхность ядра покрыта частицами второго смазочного вещества, выбранного из группы, состоящей из металлических мыл.