(57)【要約】  本発明は、固化成分の全有機物含量を減じつつ、冶金粉末組成物の滑性を増大させる高密度固化成分の製造法を提供する。高密度を有する高密度固化成分の製造法は、リン酸金属塩層で少なくとも部分的に被覆された粒子を有する冶金粉末組成物を準備し、この冶金粉末組成物を少なくとも約５ｔｓｉの圧力下に型中で固化する工程を含む。この冶金粉末組成物は卑金属粉末、随意の合金化金属、及び粒状内部滑剤を含んでなる。リン酸金属塩は卑金属粉末、随意の合金化粉末、及びその両方を少なくとも部分的に被覆する。このリン酸金属塩は、多量の有機物質、例えば滑剤及び結合剤を必要としないで、冶金学的粉末の滑性を増大させる。
2009523907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）卑金属粉末少なくとも８５重量％；
（ｂ）この卑金属粉末の重量に基づいて、該卑金属粉末を少なくとも部分的に被覆するリン酸金属塩約０．０１−約１．０重量％、
を含んでなる冶金粉末組成物。
【請求項２】
粒状内部滑剤を更に含んでなる、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項３】
粒状内部滑剤がポリアミド、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸、ポリアミドの金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸の金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸アンモニウム塩、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸カルシウム、エチレンビス−ステアラミド、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン、またはこれらの組合せ物である、請求項２の冶金粉末組成物。
【請求項４】
粒状内部滑剤が
（ｉ）ポリアミド滑剤、及び
（ｉｉ）ステアリン酸塩滑剤
を含んでなる、請求項２の冶金粉末組成物。
【請求項５】
粒状内部滑剤が
約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなるポリアミド滑剤約０．２重量％、及び
ケノリューブ（ＫｅｎｏｌｕｂｅＴＭ）約０．２重量％
を含んでなる、請求項２の冶金粉末組成物。
【請求項６】
結合剤約０．１０重量％
を更に含んでなる、但し粒状内部滑剤が
約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなるポリアミド滑剤約０．１５重量％、及び
ケノリューブ約０．１５重量％
を含んでなる、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項７】
粒状内部滑剤が卑金属粉末の約０．０１−約２．０重量％の量で存在する、請求項２の冶金粉末組成物。
【請求項８】
該リン酸金属塩がリン酸マンガン亜鉛、リン酸ニッケル、リン酸亜鉛、リン酸銅、またはこれらの組合せ物である、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項９】
該リン酸金属塩が卑金属粉末の約０．０５−約０．４０重量％の量で存在する、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項１０】
卑金属粉末が鉄に基づく粉末である、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項１１】
鉄に基づく粉末が合金化粉末を含んでなる、請求項１０の冶金粉末組成物。
【請求項１２】
鉄に基づく粉末が予め合金にした鉄に基づく粉末である、請求項１０の冶金粉末組成物。
【請求項１３】
鉄に基づく粉末が拡散結合した鉄に基づく粉末である、請求項１０の冶金粉末組成物。
【請求項１４】
鉄に基づく粉末が強磁性粉末である、請求項１の冶金粉末組成物。
【請求項１５】
（ｉ）卑金属粉末少なくとも８５重量％；
（ｉｉ）この卑金属粉末の重量に基づいて、該卑金属粉末を少なくとも部分的に被覆するリン酸金属塩約０．０１−約１．０重量％、
を含んでなる固化冶金粉末組成物を含んでなる固化製品。
【請求項１６】
固化製品を焼結する、請求項１５の固化製品。
【請求項１７】
リン酸金属塩がリン酸マンガン亜鉛、リン酸ニッケル、リン酸銅、またはリン酸亜鉛である、請求項１５の固化製品。
【請求項１８】
（ａ）卑金属粉末を準備し、
（ｂ）リン酸金属塩及びプロトン酸のコーティング溶液を準備し、そして
（ｃ）卑金属粒子をこのコーティング溶液と接触させて、該鉄粒子をリン酸金属塩で少なくとも部分的に被覆する、
ことを含んでなる、冶金粉末組成物の製造法。
【請求項１９】
粒状内部滑剤を付与する工程を更に含んでなる、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２０】
冶金粉末組成物が粒状内部滑剤を約０．０１−約２．０重量％含んでなる、請求項１９の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２１】
粒状内部滑剤を、リン酸金属塩で被覆する前の卑金属粉末と混合し、これによって粒状内部滑剤もコーティング溶液と接触させる、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２２】
卑金属粉末をリン酸金属塩で被覆した後に粒状内部滑剤を卑金属粉末と混合する工程を更に含んでなる、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２３】
卑金属粉末を結合剤約０．１０重量％で結合させ、そして
粒状内部滑剤が
約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなるポリアミド滑剤約０．１５重量％、及び
ケノリューブ約０．１５重量％
を含んでなる、請求項１９の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２４】
粒状内部滑剤が
約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなるポリアミド滑剤約０．２重量％、及び
ケノリューブ約０．２重量％
含んでなる、請求項１９の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２５】
卑金属粉末をリン酸金属塩で被覆した後に合金化粉末を卑金属粉末と混合する工程を更に含んでなる、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２６】
合金化粉末がグラファイト、Ｎｉ、Ｃｕ、ＦｅＰ、フェロアロイ、またはこれらの組合せ物を含んでなる、請求項２５の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２７】
冶金粉末組成物がリン酸金属塩を約０．０５−約１．０重量％含んでなる、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２８】
卑金属粉末が鉄に基づく粉末である、請求項１８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項２９】
鉄に基づく粉末が合金化粉末を含んでなる、請求項２８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項３０】
鉄に基づく粉末が予め合金にした鉄に基づく粉末である、請求項２８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項３１】
鉄に基づく粉末が拡散結合した鉄に基づく粉末である、請求項２８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項３２】
鉄に基づく粉末が強磁性粉末である、請求項２８の冶金粉末組成物の製造法。
【請求項３３】
（ａ）（ｉ）卑金属粉末少なくとも８５重量％；及び
（ｉｉ）この卑金属粉末の重量に基づいて、該卑金属粉末を少なくとも部分的に被覆するリン酸金属塩約０．０１−約１．０重量％、
を含んでなる冶金粉末組成物を準備し、
（ｂ）この冶金粉末組成物を少なくとも約５ｔｓｉの圧力下に型の中で固める、
工程を含んでなる、固化製品の製造法。
【請求項３４】
固化部品を焼結する工程を更に含んでなる、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項３５】
該リン酸金属塩がリン酸マンガン亜鉛、リン酸ニッケル、リン酸亜鉛、リン酸銅、またはこれらの組合せ物である、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項３６】
該リン酸金属塩が卑金属粉末の約０．０５−約０．４０重量％の量で存在する、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項３７】
冶金粉末組成物が粒状内部滑剤を更に含んでなる、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項３８】
粒状内部滑剤が卑金属粉末の約０．０１−約２．０重量％の量で存在する、請求項３７の固化製品の製造法。
【請求項３９】
粒状内部滑剤がポリアミド、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸、ポリアミドの金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸の金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸アンモニウム塩、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸カルシウム、エチレンビス−ステアラミド、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン、またはこれらの組合せ物である、請求項３７の固化製品の製造法。
【請求項４０】
卑金属粉末が鉄に基づく粉末である、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項４１】
鉄に基づく粉末が合金化粉末を含んでなる、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項４２】
鉄に基づく粉末が予め合金にした鉄に基づく粉末である、請求項４０の固化製品の製造法。
【請求項４３】
鉄に基づく粉末が拡散結合した鉄に基づく粉末である、請求項４０の固化製品の製造法。
【請求項４４】
鉄に基づく粉末が強磁性粉末である、請求項４０の固化製品の製造法。
【請求項４５】
卑金属粉末を、
（ａ）卑金属粉末を準備し、
（ｂ）リン酸金属塩及びプロトン酸のコーティング溶液を準備し、そして
（ｃ）卑金属粒子をこのコーティング溶液と接触させて、該鉄粒子をリン酸金属塩で少なくとも部分的に被覆する、
ことを含んでなる工程によって被覆する、請求項３３の固化製品の製造法。
【請求項４６】
プロトン酸をアセトンで希釈する、請求項４５の固化製品の製造法。
【請求項４７】
プロトン酸が硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、またはこれらの組合せ物である、請求項４５の固化製品の製造法。
【請求項４８】
固めた冶金粉末組成物を焼結する工程を更に含んでなる、請求項３３の固化製品の製造法。
【発明の詳細な説明】
【引照関連特許願】
【０００１】
本特許願は、本明細書に全体が参考文献として引用される２００６年１月１２日付け米国特許願第６０／７５８，３５４号及び２００６年８月１５日付け米国特許願第１１／５０４８４７号に優先して特許請求する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、固めた粉末冶金構成部分（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）の製造法及びそのような方法で製造される粉末冶金構成部分に関する。更に特に本発明は高密度に固めた粉末冶金構成部分の有機含有物を減じる方法及びそのような方法で製造される粉末冶金構成部分に関する。
【背景技術】
【０００３】
鉄に基づく粒子は粉末冶金法で構造部分を製造する際の基本材料として長い間使用されてきた。最初に所望の形を作るために、鉄に基づく粒子を高圧下に型中で成形する。成形工程後、この構造部分は焼結工程に供して更なる強度を付与してもよい。
【０００４】
鉄に基づく粉末を用いる固化部品を作る粉末冶金の研究は、他の性質に致命的な影響を与えずにある物理的及び磁気的性質を高める鉄粉末組成物の開発に関するものであった。しばしばバランスをとらねばならない所望の性質は、例えば高密度及び高強度、並びに部品の固化のための型からの容易な取出し性を含む。磁性部品の所望の性質は、例えば拡張された周波数範囲にわたる高透過性、高プレス強度、低コア損失、及び圧縮成形技術に対する適応性を含む。
【０００５】
粉末冶金組成物の固化は、型空洞内で行なわれ、はなはだしい圧力に供される。型空洞における過度な磨耗を避けるために、通常固化工程では滑剤が使用される。しかしながら多くの知られた滑剤は固化部品の物理性に致命的に影響する。例えば滑剤の使用はしばしばグリーン固化物のグリーン強度を低下させる。内部滑剤は固化中に鉄及び／または合金化（ａｌｌｏｙｉｎｇ）金属粒子間ににじみ出て、これが粒子間のポア容量を満たし、粒子と粒子の結合を妨害すると思われる。確かにいくつかの成形物は公知の内部滑剤を用いてプレスすることができない。例えば高い薄壁のブッシングは、型壁の摩擦を克服し、必要な取出し力を減じるために多量の内部滑剤を必要とする。しかしながらそのような内部滑剤量は、典型的には得られる固化物が取出し時に崩壊する程度までそのグリーン強度を減じてしまう。また内部滑剤はしばしば粉末の流速及び見かけの密度、並びに特に高固化圧力における固化物のグリーン密度に悪影響する。更に過度な量の内部滑剤は、貧弱な寸法保持性の固化物をもたらし、揮発した滑剤は焼結炉の加熱表面上にススを生成することがある。
【０００６】
内部滑剤に関連した問題を回避するために、内部滑剤よりむしろ外部噴霧滑剤を使用することも知られている。しかしながら、外部滑剤の使用は、固化サイクル時間を長くし、低均一性の固化をもたらす。外部滑剤を使用することの固有の因子がそのような製造技術の商業的有用性を制限することは同業者がすでに知るところである。これらの制限は高密度部品の製造技術において特に広く知れわたっている。
【０００７】
従って空洞から容易に取り出せる高密度の固化成分の製造法は技術的に必要である。
【発明の概略】
【０００８】
本発明は、固化成分の全有機含有物を減じつつ、冶金粉末組成物の滑性を増大させる高密度固化成分の製造法を提供する。本高密度化成分の製造法は、卑金属（ｂａｓｅ  ｍｅｔａｌ）粒子をリン酸金属塩層で少なくとも部分的に被覆した冶金粉末組成物を提供し、そしてこの冶金粉末組成物を少なくとも約５ｔｓｉの圧力において型中で固める工程を含む。
【０００９】
冶金粉末組成物は卑金属粉末、随意の合金化粉末、及び粒状内部滑剤を含んでなる。リン酸金属塩は卑金属粉末、随意の合金化粉末、またはその両方を少なくとも部分的に被覆する。このリン酸金属塩のコーティングは、多量の有機材料例えば滑剤及び結合剤を必要としないで冶金粉末の滑性を増大させる。理論によって束縛されたくはないが、リン酸金属塩コーティングは金属粒子及び固化部品の表面上に滑剤粒子を保留し、結果として滑性を増大させると思われる。本方法は、延伸操作において及び固化温度が室温を超える場合に特に有用である。
【００１０】
リン酸金属塩は、例えばリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸ニッケル、リン酸銅、及びこれらの組合せ物を含む。粒状内部滑剤は、例えばポリアミド、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸、ポリアミドの金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸の金属塩、Ｃ５−Ｃ３０脂肪酸アンモニウム塩、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マンガン、ステアリン酸カルシウム、エチレンビス−ステアラミド、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン、またはこれらの組合せ物を含む。
【００１１】
ある具体例において、冶金粉末組成物は粒状内部滑剤を約０．５重量％含み、少なくとも約７．４ｇ／ｃｍ３の密度を有する焼結された固化成分を提供する。
【００１２】
他の具体例において、冶金粉末組成物はアミド滑剤を含む粒状内部滑剤で結合された卑金属粉末からなる。本冶金粉末組成物は全有機材料０．４０重量％、例えば結合剤０．１０重量％、約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス‐ステアラミドからなるポリアミド滑剤約０．１５重量％、及びエチレンビスステアラミド及びステアリン酸亜鉛の混合物からなるポリアミド滑剤約０．１５重量％からなる。
【発明の詳細な記述】
【００１３】
高密度の固化成分の製造法及びこれによって製造された固化成分が提供される。本高密度固化成分の製造法は、リン酸金属塩層で少なくとも部分的に被覆された粒子を有する冶金粉末組成物を提供し、この冶金粉末組成物を型中で固める工程を含む。本冶金粉末組成物は卑金属粉末、随意の合金化粉末、及び粒状内部滑剤を含んでなる。リン酸金属塩は少なくとも部分的に卑金属粉末、随意の合金化粉末、またはその両方を被覆する。記述する方法は、固化部品の全有機滑剤含有量を減じつつ冶金粉末組成物の滑性を増大する高密度固化成分を提供する。
【００１４】
卑金属粉末は粉末冶金工業で一般に使用される種類のいずれかの卑金属粉末、或いは２つ以上の粉末の混合物である。卑金属粉末は例えば鉄に基づく粉末及びニッケルに基づく粉末を含む。好ましくは、卑金属粉末は鉄に基づく粉末である。
【００１５】
本明細書で使用するごとき「鉄に基づく」粉末の例は、実質的に純粋な鉄、最終製品の強度、硬度、電磁性、または他の所望の性質を高める他の元素（例えばスチール生成元素）と予め合金にした鉄の粉末、及びそのような他の元素が拡散結合された（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂｏｎｄｅｄ）鉄の粉末である。鉄に基づく粉末は原子化（ａｔｏｍｉｚｅｄ）鉄粉末及びスポンジ鉄の混合物、または他の種類の鉄粉末であってよい。
【００１６】
実質的に純粋な鉄粉末は、普通の不純物を高々約１．０重量％、好ましくは高々約０．５重量％含む鉄の粉末である。これらの実質的に純粋な粉末は、好ましくは原子化技術で
製造される原子化粉末である。そのような高度に圧縮できる冶金学的グレードの鉄粉末の例は、ヘガネス社（Ｈｏｅｇａｎａｅｓ  Ｃｏｒｐ．，Ｒｉｖｅｒｔｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手できる純粋な鉄粉末のアンコースチール（ＡＮＣＯＲＳＴＥＥＬ）１０００シリーズ、例えば１０００、１０００Ｂ、及び１０００Ｃである。例えばアンコースチール１０００の鉄粉末は、粒子の約２２重量％が３２５番篩（米国系）下及び粒子の約１０重量％が１００番篩上であり、残りはこれら２つの篩の間にある（痕跡量が６０番篩上）。アンコースチール１０００の鉄粉末は約２．８５−３．００ｇ／ｃｍ３、典型的には２．９４ｇ／ｃｍ３の見かけ密度を有する。本発明で使用しうる他の実質的に純粋な鉄粉末は典型的なスポンジ鉄粉末、例えばヘガネス社のアンコー（ＡＮＣＯＲ）ＭＨ−１００粉末である。
【００１７】
鉄に基づく粉末は、最終金属部品の機械的または他の性質を高める１つまたはそれ以上の合金化金属を含ませることができる。そのような鉄に基づく粉末は、１つまたはそれ以上のそのような元素と混合したまたは予め合金にした鉄、好ましくは実質的に純粋な鉄の粉末であってよい。鉄に基づく粉末は、混合された及び予め合金にされた粉末の組合せ物も含む。予め合金にした鉄に基づく粉末は、鉄及び所望の合金化元素の溶融物を作り、次いでこの溶融物を原子化し、この原子化小滴を固体にするときに粉末を形成させることによって製造される。
【００１８】
鉄に基づく粉末と混合でき、または予め合金にできる合金化元素の例は、これに限定されるわけではないが、モリブデン、マンガン、マグネシウム、クロム、ケイ素、銅、ニッケル、金、バナジウム、コルンビウム（ニオビウム）、グラファイト、リン、アルミニウム、及びこれらの混合物を含む。好適な合金化元素は、モリブデン、リン、ニッケル、ケイ素、及びこれらの組合せ物である。導入される合金金属の量は、最終金属部品に所望の性質に依存する。そのような合金化元素を混入した予め合金にした粉末は、ヘガネス社からアンコースチール系統の粉末の一部として、例えばアンコースチール５０ＨＰ、８５ＨＰ、及び１５０ＨＰ、アンコースチール７３７、アンコースチール２０００、アンコースチール４３００、及びアンコースチール４６００Ｖ、ＦＤ４６００，及びＦＤ４６００Ａとして入手できる。
【００１９】
卑金属粉末と混合できる合金化粉末は、最終焼結生成物の強度、硬度、電磁性、または他の所望の性質を高めるために冶金粉末分野で公知のものである。スチール生成元素は、中でも最もよく知られる材料である。例示しうる合金化材料は、銅のスズまたはリンとの２元系合金；鉄のマンガン、クロム、ホウ素、リン、またはケイ素とのフェロ合金；炭素と鉄、バナジウム、マンガン、クロム、及びモリブデンの２つまたは３つの低溶融３元系及び４元系共晶化合物；タングステンまたはケイ素の炭化物；窒化ケイ素；及びマンガンまたはモリブデンの硫化物である。これらの合金化粉末は、混合する金属粉末粒子よりも一般に細かい寸法の粒子形である。
【００２０】
合金化粉末は一般にｄ９０値が約１００ミクロン以下、好ましくは約７５ミクロン以下、より好ましくは約５０ミクロン以下であるような；及びｄ５０値が約７５ミクロン以下、好ましくは約５０ミクロン以下、より好ましくは約３０ミクロン以下であるような粒径分布を有する。組成物中に存在する合金化粉末の量は最終焼結部品に期待される性質に依存しよう。一般にその量は全粉末組成物重量の約５重量％までの少量であるが、ある特別な粉末の場合には１０−１５重量％程度の多量で存在してもよい。多くの用途に適当な好適範囲は、約０．２５−４．０重量％である。本発明において、ある用途に使用するのに特に好適な合金化元素は銅及びニッケルであり、これはそれぞれ約０．２５−４重量％の量で使用でき、また組み合わせて使用することができる。
【００２１】
例示しうる鉄に基づく粉末はモリブデン（Ｍｏ）と予め合金にした実質的に純粋な鉄である。この粉末はＭｏを約０．５−約２．５重量％含む実質的に純粋な鉄の溶融物を原子化することによって製造される。そのような粉末の例は、Ｍｏ約０．８５重量％、マンガン、クロム、ケイ素、銅、ニッケル、モリブデン、またはアルミニウム全量で約０．４重量％、及びカーボン約０．０２重量％以下を含むＨｏｅｇａｎａｅｓのＡＮＣＯＲＳＴＥＥＬ  ８５ＨＰである。そのような粉末の他の例は、モリブデン約０．５−０．６または０．４−０．６重量％、ニッケル約１．５−２．０重量％、及びマンガン約０．１−０．２５重量％、及びカーボン約０．０２重量％以下を含むヘガネス社のアンコースチール４６００Ｖスチール粉末である。
【００２２】
他の例示しうる予め合金にした鉄に基づく粉末は、本明細書に全体が参考文献として引用される米国特許第５，１０８，４９３号に開示されている。このスチール粉末組成物は、１つが鉄とモリブデン０．５−２．５重量％との予めの合金であり、他が鉄とカーボンとの及び遷移元素成分少なくとも約２５重量％との予めの合金である、但しこの遷移元素成分はクロム、マンガン、バナジウム、及びコルンビウムからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含んでなる、２つの異なる予め合金にした鉄に基づく粉末の混合物である。そのような粉末の例はモリブデン約０．８５重量％、ニッケル約１重量％、マンガン約０．９重量％、クロム約０．７５重量％、及びカーボン約０．５重量％を含むヘガネス社のアンコースチール４１ＡＢスチール粉末として商業的に入手できる。
【００２３】
鉄に基づく粉末の更なる例は、外側の表面に拡散した１つまたはそれ以上の他の合金化元素または金属、例えばスチール生成元素の層またはコーティングを有する実質的に純粋な鉄の粒子である拡散結合した鉄に基づく粉末である。そのような粉末を製造するための典型的な方法は、鉄の溶融物を原子化し、そして次いでこの原子化粉末を合金化粉末と一緒にし、この粉末混合物を炉中で焼きなます方法である。そのような商業的に入手できる粉末は、ニッケル約１．８％、モリブデン約０．５５％、及び銅約１．６％を含むヘガネス社のディスタロイ（ＤＩＳＴＡＬＯＹ）４６００Ａ拡散結合粉末、及びニッケル約４．０５％、モリブデン約０．５５％、及び銅約１．６％を含むディスタロイ４８００Ａ拡散結合粉末を含む。
【００２４】
粒状の、予め合金にした、または拡散結合した鉄に基づく粉末のいずれでも、合金化元素は最終の焼結部品に期待する性質に依存する量で存在する。一般に合金化元素の量は、全粉末組成物重量の約５重量％までの比較的少量であろうが、１０−１５重量％程度の多量もある用途では使用できる。好適な範囲は典型的には０．２５−４重量％である。
【００２５】
本発明の実施において有用である他の鉄に基づく粉末は強磁性粉末である。この例は少量のリンと予め合金にした鉄の粉末である。
【００２６】
本発明の実施に有用である鉄に基づく粉末は、ステンレススチール粉末も含む。これらのステンレススチール粉末は、ヘガネス社のアンコー（ＡＮＣＯＲＲ）シリーズ、例えばアンコー３０３Ｌ、３０４Ｌ、３１６Ｌ、４１０Ｌ、４３０Ｌ、４３４Ｌ、及び４０９Ｃｂ粉末として種々のグレードで商業的に入手できる。また鉄に基づく粉末は、粉末冶金法で製造したツール（ｔｏｏｌ）スチールを含む。
【００２７】
鉄に基づく粉末、例えば実質的に純粋な鉄粉末、拡散結合した鉄粉末、及び予め合金にした鉄粉末の粒子は、ある粒径分布を有する。典型的にはこれらの粉末は、粉末試料の少なくとも約９０重量％が４５番篩（米国系）、より好ましくは粉末試料の少なくとも約９０重量％が６０番篩を通過することができる。これらの粉末は、典型的には粉末の少なくとも約５０重量％が７０番篩を通過し、４００番篩に保留される、より好ましくは粉末の少なくとも約５０重量％が７０番篩を通過し、３２５番篩に保留される。またこれらの粉末は、典型的には粒子の少なくとも約５重量％、より普通には少なくとも約１０重量％、一般に少なくとも約１５重量％が３２５番篩を通過する。
【００２８】
これらの粉末そのものは、１ミクロンまたはそれ以下の程度に小さいまたは約８５０−１０００ミクロンまでの重量平均粒径を有することができるが、一般に粒子は約１０−５００ミクロンの範囲の重量平均粒径を有するであろう。約３５０ミクロンまでの最大重量平均粒径を有する鉄または予め合金にした鉄粒子は好適であり、より好ましくは粒子は約２５−１５０ミクロン、最も好ましくは８０−１５０ミクロンの範囲の重量平均粒径を有する。篩分析には、ＭＰＩＦ標準０５法が参照できる。
【００２９】
卑金属粉末はニッケルに基づく粉末も含むことができる。本明細書で使用するごとき「ニッケルに基づく」粉末の例は、実質的に純粋なニッケルの粉末、及び最終生成物の強度、硬度、電磁性、または他の所望の性質を高める他の元素と予め合金にしたニッケルの粉末である。ニッケルに基づく粉末は、鉄に基づく粉末に関して前述した合金化粉末のいずれかと混合することができる。ニッケルに基づく粉末の例は、ヘガネス社のアンコースプレイ（ＡＮＣＯＲＳＰＲＡＹＲ）粉末、例えばＮ−７０／３０Ｃｕ、Ｎ−８０／２０、及びＮ−２０粉末として商業的に入手できるものを含む。これらの粉末は鉄に基づく粉末と同様の粒径分布を有する。好適なニッケルに基づく粉末は原子化法で製造されたものである。
【００３０】
卑金属粉末またはその少なくとも主たる量を構成する記述した鉄に基づく粉末は、上述したように、好ましくは原子化粉末である。これらの鉄に基づく粉末は、少なくとも２．７５、好ましくは２．７５−４．６、より好ましくは２．８−４．０ｇ／ｃｍ３の見かけの密度を有し、いくつかの場合により好ましくは２．８−３．５ｇ／ｃｍ３のそれを有する。
【００３１】
卑金属粉末は冶金粉末組成物の主たる部分を構成し、一般に冶金粉末組成物の少なくとも約８５重量％、好ましくは少なくとも約９０重量％、より好ましくは少なくとも９５重量％を構成する。
【００３２】
リン酸金属塩コーティングは、実質的に、完全に、または少なくとも部分的に卑金属粉末、随意の合金化粉末、またはその両方を被覆する。リン酸金属塩は同業者には公知のいずれかのリン酸金属塩である。リン酸金属塩は、例えばリン酸マンガン、リン酸ニッケル、リン酸亜鉛、リン酸銅、及びこれらの組合せ物を含む。好ましくは、リン酸金属塩はリン酸亜鉛である。
【００３３】
リン酸金属塩コーティングは、高含量の滑剤、即ち有機物を必要としないで冶金粉末の滑性を増大させる。理論によって束縛されたくはないが、リン酸金属塩のコーティングは金属粒子及び固化部品の表面に滑剤粒子を保留すると思われる。本方法は、延伸操作において及び固化温度が室温を越える場合に特に有用である。
【００３４】
即ち、リン酸金属塩を含まない組成物に比べて、ポアのないより高密度及びより低全有機物含量を示す冶金粉末組成物が製造しうる。冶金粉末組成物の全有機物含量を低下させることは、焼結中に除去しなければならない有機物がより少ないという利点がある。更にリン酸金属塩コーティングを含む冶金粉末組成物は、１２０°Ｆ以上の圧縮温度において、より高い圧縮性及びグリーン強度を示す。例えば冶金粉末組成物はリン酸金属塩コーティングを含まない組成物と比べて１００％以上のグリーン強度を示した。
【００３５】
本冶金粉末組成物はリン酸金属塩を約０．０１−約１重量％含む。好ましくは、冶金粉末組成物はリン酸金属塩を約０．０５−約０．４０重量％含む。より好ましくは、冶金粉末組成物はリン酸金属塩を約０．０５−約０．２０重量％含む。
【００３６】
冶金粉末組成物は粒状内部滑剤を含む。粒状内部滑剤は同業者にはよく知られた内部滑剤を含む。粒状内部滑剤は固化した成分を固化のための型空洞から取り出すために必要とされる取出し力を減じる。粒状内部滑剤の例は、ステアリン酸塩化合物例えばステアリン酸リチウム、亜鉛、マンガン、及びカルシウム、ワックス例えばエチレンビス−ステアラミド、ポリエチレンワックス、ポリオレフィン、アミド滑剤、及びこれらの種類の滑剤混合物を含む。他の滑剤はラク（Ｌｕｋ）による米国特許第５，４９８，２７６号に記述されるごときポリエーテル化合物、及びラクによる米国特許第５，３６８，６３０号及びルツ（Ｒｕｔｚ）による米国特許第５，１５４，８８１号に記述される高温固化温度で有用なもの、更にジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）らによる米国特許第５，３３０，７９２号に記述されているものを含み、これらの文献は全体が本明細書に参考文献として引用される。
【００３７】
ステアリン酸リチウムは滑剤として利用されるが、いくつかの具体例ではステアリン酸リチウムを限られた量でしか使用せず、またはこれが排除される。理論によって束縛されたくはないが、ステアリン酸リチウムはリン酸と反応して、ステアリン酸リチウムに比べて低溶融温度のステアリン酸を生成すると思われる。この反応はより低い滑性をもたらす。
【００３８】
アミド滑剤、例えばラクの米国特許第５，３６８，６３０号に開示されるものは、本質的に高融点ワックスである。好ましくは、アミド滑剤はジカルボン酸、モノカルボン酸、及びジアミンの縮合生成物である。
【００３９】
ジカルボン酸は式
ＨＯＯＣ（Ｒ）ＣＯＯＨ
［式中、Ｒは炭素数４−１０、好ましくは約６−８の飽和または不飽和線状脂肪族鎖である］
を有する線状の酸である。好ましくは、ジカルボン酸はＣ８−Ｃ１０飽和酸である。更に好ましくは、ジカルボン酸はセバシン酸である。ジカルボン酸は出発反応原料の約１０−約３０重量％の量で存在する。
【００４０】
モノカルボン酸は飽和または不飽和Ｃ１０−Ｃ２２脂肪酸である。好ましくは、モノカルボン酸はＣ１２−Ｃ２０飽和酸である。好適な不飽和モノカルボン酸はオレイン酸である。モノカルボン酸は出発反応原料の約１０−約３０重量％の量で存在する。
【００４１】
ジアミンはアルキレンジアミン、好ましくは式
（ＣＨ２）ｘ（ＮＨ２）２
［式中、ｘは約２−６の整数である］
のものである。更に好ましくは、ジアミンはエチレンジアミンである。ジアミンはアミド生成物を製造するための出発反応原料において約４０−約８０重量％の量で存在する。
【００４２】
縮合反応は好ましくは約２６０−約２８０℃の温度で及び約７気圧までの圧力で行なわれる。この反応は好ましくは液体状態で行なわれる。ジアミンが液体状態で存在する反応条件下においては、反応溶媒として働くジアミンの過剰下に反応を行なうことができる。反応を上述したように好適な昇温度で行なう場合、一般により高分子量のジアミンでさえ液体状態にあるであろう。溶媒、例えばトルエンまたはｐ−キシレンを反応混合物に使用することはできるが、反応の完了後この溶媒を除去しなければならない。これは蒸留または単純な真空除去によって達成することができる。反応は好ましくは不活性な雰囲気、例えば窒素中及び触媒、例えば酢酸メチル０．１重量％及び亜鉛末０．００１重量％の存在下に行なわれる。反応は完結するまで続けられ、普通これは約６時間より長くない。
【００４３】
この縮合反応で生成する滑剤は、融点よりむしろ溶融範囲を有するものとして特徴付けられるアミドの混合物である。同業者が認識するように、反応生成物は、一般に分子量、従ってこれに依存して性質が変化する残基の混合物である。反応生成物は、一般にジアミド、モノアミド、ビスアミド、及びポリアミドの混合物として特徴付けることができる。好適なアミド生成物は少なくとも約５０重量％、より好ましくは少なくとも約６５％、及び最も好ましくは少なくとも約７５％のジアミン化合物を有する。好適なアミド生成物混合物は、主として炭素数６−１０及び対応して１４４−２００の分子量範囲の飽和ジアミンを含む。好適なジアミド生成物はＮ，Ｎ’−ビス｛２−［（１−オキソオクタデシル）アミノ］エチル｝ジアミドである。
【００４４】
アミド残基の混合物を含む反応生成物は通常の温プレス用途における滑剤として十分適当である。モノアミドの存在は滑剤をプレス条件における液体滑剤として作用せしめ、一方ジアミド及び高融点種はこれらの条件において液体及び固体の滑剤として作用する。
【００４５】
概してアミド滑剤は約１５０℃（３００°Ｆ）−２６０℃（５００°Ｆ）、好ましくは約２００℃（４００°Ｆ）−約２６０℃（５００°Ｆ）の温度で溶融し始める。アミド生成物は一般に初期溶融温度以上約２５０℃の温度で完全に溶融するであろうが、アミド生成物高々約１００℃の範囲で溶融することが好適である。
【００４６】
好適なアミド反応生成物混合物は、約２．５−約５の酸価、約５−１５の全アミン価、２５℃において約１．０２の密度、約２８５℃（５４５°Ｆ）の引火点を有し、水に不溶である。
【００４７】
アミド滑剤はシンシナティ・モートンインターナショナル（Ｍｏｒｔｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｏｆ  Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）からそれぞれ約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドであるアドバワックス（ＡＤＶＡＷＡＸ）７４５０またはプロモルド（ＰＲＯＭＯＬＤ）４５０として商業的に入手できる。他のエチレンビス−ステアラミド含有の滑剤は、スウェーデン、ヘガネスにあるヘガネス社から商品名ケノリューブ（ＫＥＮＯＬＵＢＥ）として入手できる。このケノリューブ滑剤は、エチレンビス−ステアラミド及びステアリン酸亜鉛の混合物を含むポリマー物質である。
【００４８】
アミド滑剤は、一般に固体粒子の形で組成物に添加される。この滑剤の粒径は、変えることができるが、好ましくは約１００ミクロン以下である。最も好ましくは、滑剤粒子は約５−５０ミクロンの重量平均粒径を有する。
【００４９】
粒状内部滑剤は冶金粉末組成物の約３重量％までの量で卑金属粉末と混合される。好ましくは、冶金粉末組成物は粒状内部滑剤約０．１−約２重量％、より好ましくは約０．１−１．０重量％、更に好ましくは約０．２−０．５重量％からなる。なお更に好ましくは、冶金粉末組成物は粒状内部滑剤約０．２−約０．４重量％からなる。
【００５０】
冶金粉末組成物は、特に更なる別の合金化粉末を使用する場合、随時１つまたはそれ以上の結合剤を含ませることにより、冶金粉末組成物中に存在する異なる成分を結合させてその分離を防止し且つ粉塵化を減じることができる。本明細書に使用するごとき「結合」とは、冶金粉末組成物成分の付着を容易にする物理的または化学的方法を意味する。
【００５１】
ある具体例において、結合は少なくとも１つの結合剤を用いて行なわれる。本発明で使用できる結合剤は粉末冶金工業で通常使用されるものである。例えばそのような結合剤は、それぞれ全体が本明細書に参考文献として引用されるセメル（Ｓｅｍｅｌ）による米国特許第４，８３４，８００号、エングストローム（Ｅｎｇｓｔｒｏｍ）による米国特許第４，４８３，９０５号、セメルらによる米国特許第５，２９８，０５５号、及びラクによる米国特許第５，３６８，６３０号に見られるものである。
【００５２】
結合剤は、例えばポリグリコール例えばポリエチレングリコールまたはポリプロピレングリコール；グリセリン；ポリビニルアルコール；酢酸ビニルのホモポリマーまたはコポリマー；セルロースエステルまたはエーテル樹脂；メタクリル酸エステルポリマーまたはコポリマー；アルキド樹脂；ポリウレタン樹脂；ポリエステル樹脂；またはこれらの組合せ物を含む。他の有用な結合剤の例は、比較的高分子量のポリアルキレンオキシドに基づく組成物、例えばセメルらによる米国特許第５，２９８，０５５号に記述される結合剤である。また有用な結合剤は二塩基性有機酸、例えばアゼライン酸、及び１つまたはそれ以上の極性成分、例えばすべてが本明細書に参考文献として引用されるラクによる米国特許第５，２９０，３３６号に開示されるごときポリエーテル（液体または固体）及びアクリル樹脂を含む。ラクの第‘３３６号特許における結合剤も、結合剤及び滑剤の組合せ物として有利に作用しうる。更なる有用な結合剤はセルロースエステル樹脂、ヒドロキシアルキルセルロース樹脂、及び熱可塑性フェノール樹脂、例えばラクの米国特許第５，３６８６，３０号に記述される結合剤を含む。
【００５３】
結合剤は、更に低溶融の固体ポリマーまたはワックス、例えば２００℃（３９０°Ｆ）以下の軟化点を有するポリマーまたはワックス、例えば全体が本明細書に参考文献として引用されるＷＯ第９９／２０６８９号に記述されているごときポリエステル、ポリエチレン、エポキシ、ウレタン、パラフィン、エチレンビスステアラミド、及び綿実油ワックス，並びに３０００以下の重量平均分子量を有するポリオレフィン、及び水素化誘導体を含むＣ１４−２４アルキル残基トリグリセリド及びその誘導体である水素化植物油、例えば綿実油、大豆油、ホホバ油、及びこれらの混合物であってよい。これらの結合剤は、その用途で議論されている乾式結合技術で及び結合剤に対して上述した一般的な量で適用することができる。本発明で使用できる更なる結合剤は全体が本明細書に引用される米国特許第５，０６９，７１４号に開示されているようなポリビニルピロリドン、またはトール油エステルである。
【００５４】
冶金粉末組成物に存在する結合剤の量は、冶金粉末組成物における鉄合金粉末、鉄粉末及び随意の合金化粉末の密度、粒径分布、及び量のような因子に依存する。一般に結合剤は、冶金粉末組成物の全重量に基づいて、少なくとも約０．００５重量％、より好ましくは約０．００５−約１．０重量％、及び最も好ましくは約０．０５−約０．５重量％の量で添加されよう。
【００５５】
冶金粉末組成物は、低含量の有機物質、例えば滑剤及び結合剤しか有していなくても固化のための型から容易に取出せる。冶金粉末組成物は一般に全有機物質を約０．０１−約２．０重量％、好ましくは０．０１−１．０重量％含む。好ましくは、冶金粉末組成物は全有機物質を約０．１−約０．５重量％、好ましくは０．２−０．５重量％含む。更に好ましくは、冶金粉末組成物は全有機物質を約０．４重量％含む。
【００５６】
ある具体例において、冶金粉末組成物は卑金属粉末とアミド滑剤を含む粒状内部滑剤からなる。好ましくは、冶金粉末組成物は粒状内部滑剤０．４０重量％からなる。好ましくは、アミド含有滑剤は約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなる。より好ましくは、アミド含有滑剤は約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなるポリアミド滑剤、例えばプロモルド４５０約０．２０重量％及びエチレンビスステアラミドからなるポリアミド滑剤、例えばケノリューブ約０．２０重量％からなる。
【００５７】
他の具体例において、冶金粉末組成物はアミド滑剤を含む粒状内部滑剤で結合した卑金属粉末からなる。好ましくは、冶金粉末組成物は全有機物含量０．４０重量％からなる。有機物質は結合剤０．１０重量％及びアミド滑剤を含む内部滑剤０．３０重量％を含む。好ましくは、このアミド含有滑剤は約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミドからなる。より好ましくは、アミド含有滑剤は約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミド、例えばプロモルド４５０からなるポリアミド約０．１５重量％及びエチレンビスステアラミドとステアリン酸亜鉛からなるポリアミド滑剤、例えばケノリューブ約０．１５重量％からなる。好ましくは、結合剤はセメルらによる米国特許第５，２９８，０５５号に記述されるものである。
【００５８】
冶金粉末組成物から製造される固化製品は高密度を有する。好ましくはこの固化製品は少なくとも約６．６ｇ／ｃｍ３の密度を有する。より好ましくは、固化製品は少なくとも約７．２ｇ／ｃｍ３の密度を示す。更に好ましくは、固化製品は約７．２５−約７．７ｇ／ｃｍ３の密度を示す。更により好ましくは、固化製品は約７．３５−約７．６ｇ／ｃｍ３の密度を示す。これよりも好ましくは、固化製品は約７．４−約７．６ｇ／ｃｍ３の密度を示す。更により好ましくは、固化製品は約７．４５ｇ／ｃｍ３より大きい密度を示す。
【００５９】
冶金粉末組成物の製造法は、「一段法」または「多段法」である。「一段法」は冶金粉末組成物を形成するであろう卑金属粉末、リン酸金属塩、粒状内部滑剤、及び随意の合金化粉末、及び添加物を混合する最初の工程からなる。一般に卑金属粉末、随意の合金化粉末、及び粒状内部滑剤を（いずれか他の通常の添加物と共に）、好ましくは乾式系で、通常の混合技術により、例えばダブルコーンブレンダーを用いて混合して、実質的に均一な粒状混合物を生成させる。次いでこの混合物をプロトン酸と一緒にして反応させ、リン酸金属塩コーティングを成分粉末上に形成させる。ある具体例においては、リン酸金属塩層は粒子が結合剤で一緒に結合されると同時に形成される。「一段法」は製造工程において、特に商業的量の冶金粉末組成物を製造するための大規模工程において時間と関連する経費の節約になる。
【００６０】
「多段法」は、粒状内部滑剤及び冶金粉末組成物を生成するであろう随意の添加物と混合する前に、リン酸金属塩コーティングを卑金属粉末上に形成させることを含む。最初に、卑金属粉末、随意の合金化粉末、またはその両方の組合せ物をリン酸金属塩と混合する。次いでこの混合物をプロトン酸と一緒にして、リン酸金属塩コーティングを粉末混合物上に形成させる。次いでこの被覆された混合物を粒状内部滑剤及びいずれかの更なる随意の合金化粉末または添加物、例えば結合剤と一緒にする。一般に「多段法」は「一段法」に比べて、通常の方法よりも滑性及びグリーン強度を、より増大させる。
【００６１】
プロトン酸は水素イオン（プロトン）を提供できるいずれかの物質である。プロトン酸の例は、これに限定されるものではないが、例えば塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、リン酸、及び水を含む。好ましくは、プロトン酸はリン酸、塩酸、硫酸、または硝酸である。より好ましくは、プロトン酸はリン酸である。
【００６２】
随時、プロトン酸は、卑金属粉末及びリン酸金属塩の混合物と一緒にする前に溶媒で希釈してもよい。典型的な溶媒は，例えばアセトン、酢酸エチル、水、ジエチルエーテル、ジクロロメタン、メタノール、エタノール、及びトルエンを含む。好ましくは溶媒はアセトンである。溶媒は通常の乾燥技術、例えば真空技術、混合物の約１００−約１５０°Ｆへの加熱、またはこれらの組合せによって混合物から除去される。
【００６３】
随時、卑金属粉末及びリン酸金属塩をプロトン酸の添加前に加熱する。卑金属粉末及びリン酸金属塩の混合物を少なくとも約１００、より好ましくは約１００−約１２５、及び更に好ましくは約１１０°Ｆまで加熱する。
【００６４】
随時、プロトン酸及びリン酸金属塩を卑金属粉末と反応させた後、冶金粉末組成物が少量の過剰なプロトン酸、例えば約０．００１−約０．２重量％のプロトン酸を含むようにプロトン酸は除去しない。
【００６５】
いくつかの場合、冶金粉末組成物は、最初に卑金属粉末、リン酸金属塩、随意の合金化粉末、及び約２００−３００℃の初期融点を有するエチレンビス−ステアラミド、例えばプロモルド４５０、及びステアリン酸リチウムまたはエチレンビスステアラミド及びステアリン酸亜鉛混合物からなるポリアミド滑剤、例えばケノリューブを混合し，結合させることによって製造させる。次いで組成物を完結までリン酸と反応させ、冶金粉末組成物を好ましくは空気中で乾燥する。次いで組成物を更なるステアリン酸リチウムまたはケノリューブと混合する。
【００６６】
固化製品の製造法は、第一に冶金粉末組成物を準備する工程を含む。この冶金粉末組成物を固化のための型空洞中に置き、約５−約２００、より普通には１０−１００、更に普通には約３０−６０トン／平方インチ（ｔｓｉ）の圧力下に固化する。次いでこの固化部品を空洞から取出す。型は随時室温以下まで冷却または室温以上に加熱してもよい。型は約１００°Ｆ以上まで加熱してもよい。好ましくは型を約１２０°Ｆ以上まで加熱する。よりこのましくは型を２７０°Ｆ程度まで、例えば約１５０から約５００°Ｆまで加熱する。
【００６７】
随時、型壁には外部滑剤を適用することができる。外部滑剤はグラファイト、窒化ホウ素、及び高温対応物を含むエチレンビステアラミドを含む。好ましくは外部滑剤は窒化ホウ素である。
【００６８】
型壁に適用される外部滑剤の量は、典型的には冶金粉末組成物の約０．０−約２．０、好ましくは０．０１−０．５重量％である。好ましくは約０．０１−約０．２５、より好ましくは０．０１−約０．１５重量％の粒状内部滑剤が型壁に適用される。一般に冶金粉末組成物が少なくとも０．４重量％の粒状内部滑剤を含む場合、外部滑剤は使用されない。しかしながらいくつかの場合、少なくとも０．４重量％の粒状内部滑剤からなる冶金粉末組成物を用いて固化物を製造するときにも、外部滑剤が使用される。
【００６９】
固化された（「グリーン」の）部品は、随時焼結してその強度を高めてもよい。固化部品は同業者に公知の通常の焼結技術で焼結される。焼結は冶金学的結合と合金化を達成するのに十分な時間及び温度で行われる。鍛造または他の適当な製造技術または二次的操作のような付随する工程を行って最終部品を製造することができる。
【００７０】
焼結は有利には少なくとも２０５０°Ｆ（１１２０℃）、好ましくは少なくとも２１５０°Ｆ（１１７５℃）、より好ましくは約２２００°Ｆ（約１２００℃）、更に好ましくは少なくとも約２２５０°Ｆ（約１２３０℃）、なおさらに好ましくは少なくとも約２３００°Ｆ（約１２６０℃）の温度で行われる。
【００７１】
同業者は、本発明の好適な具体例に対して多くの変形及び改変を行うことができること、及びそのような変形及び改変が本発明の精神を離れずして行い得ないことを認識しているであろう。以下の実施例は冶金粉末組成物を更に記述する。
【００７２】
実施例
以下の実施例において、本発明のいくつかの具体例を詳細に記述しよう。冶金粉末組成物を、前述した方法により製造し、固化部品とした。この固化部品はグリーンの及び焼結した性質に関して評価した。固化部品を型から取出すのに必要な力も評価した。最後にリン酸亜鉛の結合性を解析した。
【００７３】
実施例１
冶金粉末組成物を製造し、グリーンの及び焼結した性質に関して評価した。組成物１は、モリブデン０．８５重量％及び鉄残りからなる予め合金にした鉄に基づく粉末、リン酸
亜鉛０．１重量％、リン酸０．１重量％、ニッケル２．０重量％、グラファイト０．６重量％、及び粒状内部滑剤０．５重量％を一緒にすることによって製造した。実施例１及び２の予め合金にした鉄に基づく粉末は、ヘガネス社（Ｎ．Ｊ．，Ｃｉｎｎａｍｉｎｓｏｎ）からアンコースチールＡ８５ＨＰとして商業的に入手できる。組成物１及び２の粒状内部滑剤はグリコールケミカル社（Ｇｌｙｃｏｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）からアクラワックス（Ａｃｒａｗａｘ）として商業的に入手できる。
【００７４】
組成物２はモリブデン０．８５重量％及び鉄残りからなる予め合金にした鉄に基づく粉末、ニッケル２．０重量％、グラファイト０．６重量％、及び粒状内部滑剤０．６重量％を一緒にすることによって製造した。
【００７５】
組成物１及び２を５０ｔｓｉで固めて試験棒を作った。この試験棒のグリーン性を評価した。グリーン密度はＡＳＴＭ  Ｂ３３１−９５試験法を用いて評価した。グリーン強度はＡＳＴＭ  Ｂ３１２−９６試験法を用いて評価した。グリーン膨張（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）は式
【００７６】
【数１】
2009523907.tif 000003
【００７７】
により決定した。この結果を表１に報告する。
【００７８】
【表１】
2009523907.tif 000004
【００７９】
リン酸金属塩コーティングを含む冶金粉末組成物から作ったグリーン固化物は、リン酸金属塩コーティングを含まない組成物から作ったグリーン固化物と比較して、改良された圧縮性、高グリーン強度、及び低グリーン膨張を示した。表１に示すように、組成物１のグリーン強度は１２０°Ｆ以上の固化温度において組成物２のグリーン強度よりも高かった。同様に組成物１のグリーン膨張は組成物２のグリーン膨張よりも低かった。
【００８０】
固化部品を型から取出すのに必要な取出し力を解析した。ストリップ（ｓｔｒｉｐ）圧は固化部品の型からの取出しを開始するのに越えねばならない静的摩擦を測定するものである。これは型表面と接触する部品の断面積にわたって取出しを開始させるために必要とされる負荷の指数として計算され、ｐｓｉの単位で報告することにする。滑り圧は型の空洞から部品の取出しを継続するために克服しなければならない動的摩擦の尺度である。これは部品が固化の地点から型の口までの距離を横切る際に観察される平均負荷を、部品の表面積で割った指数として計算され、ｐｓｉの谷で報告される。この結果を表２に報告する。
【００８１】
【表２】
2009523907.tif 000005
【００８２】
低固化温度において、リン酸金属塩コーティングを含む冶金粉末組成物から作ったグリーン固化物は、リン酸金属塩コーティングを含まない冶金粉末組成物から作ったグリーン固化物を取出すのに必要とされる取出し力と比較して、低取出し力で型から取り出せた。表２に示すように、２７０°Ｆ以下の固化温度において、組成物１は組成物２から作った固化物を取出すのに必要とされる取出し圧と比べて、グリーン固化物を取出すのに低取出し力しか必要としなかった。
【００８３】
固化部品を２０５０°Ｆで約２０分間焼結した。焼結した試験棒の性質を評価した。結果を表３に報告する。
【００８４】
【表３】
2009523907.tif 000006
【００８５】
実施例２
パイロット規模での製造粉末ブレンドを製造し、冶金粉末組成物の結合性を解析した。組成物３は実質的に純粋な鉄粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末、グラファイト、及び粒状内部滑剤を一緒にすることによって製造した。実質的に純粋な鉄粉末及びＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末のブレンドは、ヘガネス社からＡ４３００として商業的に入手できる。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末は、本明細書に参考文献として全体が引用される米国特許願第１０／８１８，７８２号に記述される種類のものであった。このブレンドした冶金粉末組成物は、クロム１．０重量％、ニッケル１．０重量％、モリブデン０．８重量％、ケイ素０．６重量％、マンガン０．１重量％、グラファイト０．６重量％、及び粒状内部滑剤（アクラワックス）０．７５重量％からなった。組成物３はリン酸亜鉛の被覆された粉末を含まなかった。
【００８６】
組成物４は米国特許第５，２９０，３３６号に記述される結合法で製造した。この冶金粉末組成物は粒状内部滑剤（アクラワックス）０．５５重量％からなった。この組成物は、通常の結合技術を用いて結合した粉末組成物に付与される保持特性を例示する。
【００８７】
組成物５は予め合金にした鉄に基づく粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末、ニッケル粉末、グラファイト、及び粒状内部滑剤を一緒にすることによって製造した。予め合金にした鉄に基づく粉末はヘガネス社からアンコースチールＡ８５ＨＰとして入手できるモリブデン０．８５重量％及び鉄残りからなった。この予め合金にした鉄に基づく粉末を、リン酸亜鉛０．１重量％で被覆した。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末は組成物３で使用した種類のものであった。混合した冶金粉末組成物は、クロム１．０重量％、ニッケル１．０重量％、モリブデン０．８重量％、ケイ素０．６重量％、及び粒状内部滑剤（アクラワックス）０．４重量％からなった。
【００８８】
組成物６は、予め合金にした鉄に基づく粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末、及びニッケル粉末のそれぞれを冶金粉末組成物の重量に基づいて燐酸亜鉛０．１重量％で被覆する以外、組成物５の成分を一緒にすることによって製造した。
【００８９】
組成物７は予め合金にした鉄に基づく粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末、ニッケル粉末、グラファイト、粒状内部滑剤、及び外部滑剤を一緒にすることによって製造した。この予め合金にした鉄に基づく粉末、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉマスター合金粉末、及びニッケル粉末は、それぞれ冶金粉末組成物の重量に基づいて０．１重量％のリン酸亜鉛で被覆した。次いで組成物７を米国特許第５，２９０，３３６号に記述される通常の結合技術を用いて結合した。グラファイト、及び粒状内部滑剤を一緒にすることによって製造した。混合した冶金粉末組成物はクロム１．０重量％、ニッケル１．０重量％、モリブデン０．８重量％、ケイ素０．６重量％、粒状内部滑剤（アクラワックス）０．２重量％、及び外部滑剤０．２重量％からなった。
【００９０】
結合の性質を、組成物の「粉塵化」効果への敏感性を試験して解析した。「保持」はパルス的な空気圧に供した後に粉末体内に保持される微粉末添加物の量として定義される。保持は上部が開放された容器中において一定量の粉末を空気圧のパルス流に供することによって測定される。このパルス空気圧は、微細金属粉末及び低密度添加物、例えばグラファイト及び滑剤、の両方を、ストークスの法則に従って粉末体から分離させ且つその含有容器から外へ浮流せしめる。粉末中に残留する微粉末または低密度添加物の量は、分離した粉末を集め、秤量し、そして保持された量を決定することにより測定する。組成物３−７に対する保持データを表４に記述する。
【００９１】
【表４】
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【００９２】
表４に示すように、非結合材料はマスター合金約３１％及び微細ニッケル添加物２４％を保持するであろう。通常の結合法はこれらの量をそれぞれ８０％及び６７％まで増大させる。鉄粉末のリン酸塩処理及び続くマスター合金とニッケル及び予備混合物添加物の添加は、合金の保持量を実質的に増大させない。しかしながら、マスター合金及びニッケルの添加、次いで鉄粉末のリン酸塩被覆は、通常の結合法で達成されるものと同様に、粉末体内に保持される添加物の量をかなり増大させる。次いでこの同一の粉末を通常の結合法に供する場合、保持された粉末の量は通常の結合法またはリン酸金属塩処理だけで達成できるものを越える。
【００９３】
実施例３
パイロット規模での製造粉末ブレンドを製造し、冶金粉末組成物の物理性を解析した。組成物８は予め合金にした鉄粉末をニッケル粉末、グラファイト、及び粒状内部滑剤と一緒にさせることにより製造した冶金粉末組成物であった。この冶金粉末組成物はモリブデン０．８５、ニッケル２．０、グラファイト０．４、リン酸亜鉛０．１、及びステアリン酸リチウム粒状内部滑剤０．４重量％を含んだ。予め合金にした鉄に基づく粉末は、モリブデン０．８５重量％及び鉄（アンコースチールＡ８５ＨＰ）残りからなった。粒状内部滑剤はロンザ社（Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から商業的に入手した。
【００９４】
組成物８を１５０°Ｆ及び５３トン／平方インチにおける通常の機械的固化プレスで試験棒に固めた。この試験棒は７．４ｇ／ｃｍ３のグリーン密度を示した。次いでグリーン固化物を２０５０°Ｆで約２０分間焼結させた。この焼結した固化物は７．４７ｇ／ｃｍ３の密度を示した。
【００９５】
組成物８を、全有機物質０．５５％からなる通常の冶金粉末組成物に対して比較した。この組成物はヘガネス社からアンコーＭａｘＤとして入手できる。両粉末を５０ｔｓｉ及び１５０°Ｆ以上の型温度で固化した。通常の組成物は約７．３０−７．３５ｇ／ｃｍ３のグリーン密度を示した。組成物８は、０．４０％に過ぎない全有機含有物を利用し、約７．３７−７．４２ｇ／ｃｍ３のグリーン密度を示した。
【００９６】
組成物９は、リン酸亜鉛で被覆した拡散結合した粉末、グラファイト、及び粒状内部滑剤を一緒にすることによって製造した冶金粉末組成物であった。この拡散結合した粉末は、ニッケル約４．０５％、モリブデン約０．５５％、及び銅約１．６％からなった。拡散
結合した粉末はヘガネス社からディスタロイ４８００Ａとして商業的に入手できる。組成物９はグラファイト０．４重量％、リン酸亜鉛０．１重量％、及び粒状内部滑剤０．２重量％からなった。この粒状内部滑剤はリバートン・ヘガネス社（Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）によってプロモルド４５０として製造されている。
【００９７】
組成物９を４５０°Ｆ及び５０トン／平方インチにおける通常の機械的固化プレスで試験棒に固めた。この試験棒は〜７．４５ｇ／ｃｍ３のグリーン密度及び〜７．５ｇ／ｃｍ３の焼結密度を示した。この組成物は１１０００ｐｓｉ以上のグリーン強度を示した。更に焼結物の機械的性質はリン酸亜鉛の添加によって影響されなかった。
【００９８】
実施例４
固化部品を製造し、この部品を型から取出すのに必要とされる取出し力を試験した。組成物１０は、予め合金にした鉄に基づく粉末をグラファイト及びアミド滑剤を含む内部滑剤で結合することによって製造した。この予め合金にした鉄に基づく粉末はモリブデン０．８５重量％及び鉄残りからなり、これをリン酸亜鉛０．１重量％、リン酸０．１重量％、グラファイト０．６重量％、及び全有機物含量０．４重量％と一緒にした。予め合金にした鉄に基づく粉末はヘガネス社（Ｃｉｎｎａｍｉｎｓｏｎ，Ｎ．Ｊ．）からアンコースチールＡ８５ＨＰとして商業的に入手できる。有機物質は結合剤０．１０重量％及びアミド滑剤を含む粒状内部滑剤０．３０重量％を含んだ。この粒状内部滑剤はスウェーデン、ヘガネスにあるヘガネス社からケノリューブとして入手できるポリアミド滑剤約０．１５重量％及びモートンインターナショナル（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）からプロモルド４５０として入手できるポリアミド滑剤約０．１５重量％からなった。
【００９９】
組成物１１は予め合金にした鉄に基づく粉末をグラファイト０．６重量％及び粒状内部滑剤０．４重量％を混合することにより製造した冶金粉末組成物であった。この予め合金にした鉄に基づく粉末は、モリブデン０．８５重量％及び鉄残りからなった。粒状内部滑剤はグリコールケミカル社からアクラワックスとして入手できる。
【０１００】
組成物１２は粒状内部滑剤０．４重量％をアクラワックス粒状滑剤０．７５重量％で置き換える以外組成物１１と同一の方法で製造した冶金粉末組成物であった。
【０１０１】
組成物１０、１１、及び１２を３０、４０、５０、及び６０トン／平方インチ（ｔｓｉ）で固化して、高さ１インチ及び直径０．５６インチの試験棒を製造した。この試験棒の取出し性を評価した。
【０１０２】
図１は組成物１０から製造した試験棒に対する取出し圧対時間のグラフである。図２及び３は組成物１０、１１、及び１２から製造した試験棒を比較する取出し圧対時間のグラフである。組成物１１及び１２から製造した試験棒は４０ｔｓｉでひどく傷がついており、５０及び６０ｔｓｉで圧縮したときには製造できなかった。図１及び２を参照したとき、組成物１０から製造した棒は組成物１１及び１２から製造した棒と比べて、型からの取出しに対するストリップ及び滑り力が低かった。即ち組成物１０から製造した棒は組成物１１及び１２からの棒と比べて容易に取出せた。
【０１０３】
固化部品のある評価法は、型表面積と平らな面積との比、即ちＭ／Ｑ比を比較することである。表５には、種々の型の形態に対するＭ／Ｑの計算値が示される。
【０１０４】
【表５】
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【０１０５】
Ｍ／Ｑ比は公知の幾何的スラグとより複雑な部品の取出し性を比較するのに有用である。一般に部品を型から取出すのに必要とされる取出し力は類似のＭ／Ｑ比を有する部品間で同様である。例えば表５を参照して、高さ１”を有する直径０．５５”のトニテック（Ｔｏｎｉｔｅｃ）スラグ（Ｍ／Ｑ＝７．３）を型から取出すために必要とされる取出し力は、例えば高さ０．６２５インチの１６歯ＨＣギヤ（Ｍ／Ｑ＝７．５）を取出すのに必要とされる取出し力と同様であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】４つの異なる固化圧力で固化した場合の例示冶金粉末組成物から製造した固化物に対する取出し圧と時間のグラフである。
【図２】例示の冶金粉末組成物から製造した固化物と通常の冶金粉末組成物から製造した固化物を比較する取出し圧と時間のグラフである。
【図３】例示の冶金粉末組成物から製造した固化物と通常の冶金粉末組成物から製造した固化物を比較する取出し圧と時間の他のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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