(57)【要約】本発明は、鉄基粉末、少なくとも一種類のオリゴマーアミド型潤滑剤、少なくとも一種類の脂肪酸、及び場合により一種類以上の添加剤を混合し、前記潤滑剤の融点はより高い温度へ加熱し、次に、得られた混合物を冷却する工程を有する鉄基粉末製造方法に関する。本発明は、鉄基粉末、オリゴマーアミド型潤滑剤、及び脂肪酸の混合物にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄基粉末、少なくとも一種類のオリゴマーアミド型潤滑剤、脂肪酸、及び場合により一種類以上の添加剤を含む粉末組成物。
【請求項２】
脂肪酸の融点が、アミド潤滑剤の融点よりも低い、請求項に１記載の組成物。
【請求項３】
脂肪酸が、１０〜２２個のＣ原子を有する、請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項４】
脂肪酸が、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、又はそれらの組合せからなる群から選択されている、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
オリゴマーアミド型潤滑剤が、次の式：
Ｄ−Ｃma−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃmb−Ｄ
〔式中、Ｄは、−Ｈ、ＣＯＲ、ＣＮＨＲ（ここでＲは、２〜２１個のＣ原子を有する直鎖又は分岐鎖脂肪族又は芳香族基である）であり、
Ｃは、−ＮＨ（ＣＨ）nＣＯ−基であり、
Ｂは、アミノ又はカルビルであり、
Ａは、４〜１６個のＣ原子を有し、場合により４個までのＯ原子含むアルキレンであり、
ｍは、１〜１０の整数であり、
ｎは、５〜１１の整数である。〕
により表される、請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項６】
潤滑剤が、ＤがＣＯＲ（ここで、Ｒは、１６〜２０個のＣ原子を有する脂肪族基である）であり、Ｃが−ＮＨ（ＣＨ）nＣＯ−（ここで、ｎは、５又は１１である）であり、Ｂがアミノであり、Ａが６〜１４個のＣ原子を有し、場合により３個までのＯ原子を有するアルキレンであり、ｍａ及びｍｂが、同じか又は異なり、２〜５の整数である場合の化学構造を有する、請求項５に記載の組成物。
【請求項７】
脂肪酸の量が、粉末組成物の全重量に基づき計算して、０．０１５〜０．１５、好ましくは０．０２〜０．０８、最も好ましくは０．０３〜０．０７％である、請求項３〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
結合剤、流動剤、加工助剤、及び硬質相からなる群から選択された一種類以上の添加剤を含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
冶金用組成物の全重量に基づき、流動剤が、約０．００５〜約２重量％、好ましくは約０．０１〜約１重量％、一層好ましくは約０．０２５〜約０．５重量％の量で用いられ、約４０μｍより小さい平均粒径を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１０】
流動剤が二酸化珪素である、請求項９に記載の組成物。
【請求項１１】
ａ）  鉄基粉末、少なくとも一種類のオリゴマーアミド型潤滑剤、少なくとも一種類の脂肪酸、及び場合により一種類以上の添加剤を混合し、前記潤滑剤の融点より高い温度へ加熱し、
ｂ）  得られた混合物を冷却する、
工程を行う、鉄基粉末の製造方法。
【請求項１２】
工程ａ）で得られた混合物を、潤滑剤の融点より低いが、脂肪酸の融点よりは高い温度に冷却し、その混合物に粉末流動剤を添加する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末組成物及びそのような組成物を製造する方法に関する。特に本発明は、異なった温度で一定の見掛けの密度及び流動性を有する鉄基組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金技術では、一般に異なった標準温度範囲を用いて金属粉末を圧縮成形し、金属部品を形成している。これらには、冷硬プレス(chill-pressing)（周囲温度より低い温度でのプレス）、冷間プレス（周囲温度でのプレス）、熱間プレス（金属粉末が加工硬化性を維持することができる温度より高い温度でのプレス）、及び温間プレス（冷間プレスと熱間プレスとの間の温度でのプレス）が含まれる。
【０００３】
周囲温度より高い温度でプレスすることにより明確な利点が生ずる。殆どの金属の抗張力及び加工硬化速度は、温度上昇と共に低下し、一層低い成形圧力で改良された密度及び強度が得られる。しかし、熱間プレスの温度を極端に高くすると、加工問題及び型の摩耗加速を引き起こす。従って、現在温間プレス加工に適した金属組成物の開発に向けて努力が払われている。
【０００４】
米国特許第４，９５５，７８９号〔マセラ(Musella)〕には、一般的に温間成形(warm compaction)が記載されている。この特許によれば、一般に冷間成形(cold compaction)で用いられる潤滑剤、例えばステアリン酸亜鉛は、同様に温間成形でも用いることができる。しかし、実際上、現在冷間成形で最も頻繁に用いられている潤滑剤であるステアリン酸亜鉛又はエチレンビスステアルアミド〔アクラワックス(ACRAWAX)（登録商標名）として市販されている〕を温間成形に用いることは不可能であることが判明している。生ずるそれらの問題は、型を満足できる仕方で充填することが困難なことによる。
【０００５】
米国特許第５，７４４，４３３号〔ストアストローム(Storstrom)その他〕及び第５，１５４，８８１号〔ラッツ(Rutz)〕には、特に温間成形のために開発されたアミド潤滑剤を含有する金属粉末組成物が記載されている。米国特許第５，７４４，４３３号には、重量平均分子量Ｍｗがせいぜい３０，０００であるアミド型のオリゴマーを含有する冶金用粉末組成物のための潤滑剤が記載されている。米国特許第５，１５４，８８１号では、アミド潤滑剤は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、及びジアミンの反応生成物からなる。潤滑剤として特に好ましいのは、エチレンビスステアルアミド生成物であるアドバワックス(ADVAWAX)（登録商標名）４５０である。
【０００６】
これらの二つの特許に記載された潤滑剤は、特に温間成形圧縮のために開発され、多くの場合、良く働くが、これらの潤滑剤を焼結部品の大規模生産を目的とした金属組成物に用いた場合に、種々の問題が起きることが判明している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一つの目的は、大規模生産に伴われる現在の問題を少なくするか、又は無くすことである。
【０００８】
別の目的は、上昇させた温度での成形圧縮を目的とした金属組成物に有用な新しい種類の潤滑剤を与えることである。
【０００９】
更に別の目的は、優れた流動速度及び見掛けの密度により区別される鉄基粉末組成物を与えることである。
【００１０】
更に別の目的は、発生する塵が最小限であり、調製で有機溶媒を使用する必要のない、粉末組成物を与えることである。
【００１１】
更に別の目的は、そのような金属粉末組成物を温間成形する方法を与えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、鉄基粉末、少なくとも一種類のオリゴマーアミド型潤滑剤、少なくとも一種類の脂肪酸、及び場合により流動剤、加工助剤(processing agent)、及び硬質相(hard phase)のような一種類以上の添加剤を含む粉末組成物により達成される。
【００１３】
本発明による方法は、
−  鉄基粉末、潤滑剤、脂肪酸、及びもしあれば添加剤を混合し、前記潤滑剤の融点より高い温度まで加熱し、
−  得られた混合物を冷却する、
工程を有する。
【００１４】
本発明の詳細な説明
本明細書及び特許請求の範囲で用いられている表現「鉄基粉末(iron-based powder)」は、純粋な鉄；強度、硬化性、電磁気性、又は最終製品の他の希望の性質を改良する別の物質と予め合金にされた鉄粉末；及びそのような合金用元素の粒子と混合された鉄粒子（拡散焼鈍混合物又は純粋に機械的混合物）；から本質的に構成された粉末を包含する。合金用元素の例は、ニッケル、銅、モリブデン、クロム、マンガン、燐、黒鉛の形の炭素、及びタングステンであり、それらは別々に、又は組合せて、例えば化合物の形（Ｆｅ３Ｐ及びＦｅＭｏ）として用いられる。本発明による潤滑剤を、高圧縮性を有する鉄基粉末と組合せて用いた時に予想外に良好な結果が得られる。一般にそのような粉末は、低い炭素含有量、好ましくは０．０４重量％より低い炭素含有量を有する。そのような粉末には、例えば、ディスタロイ(Distaloy)ＡＥ、アスタロイ(Astaloy)ＭＯ、及びＡＳＣ  １００．２９が含まれ、それらは全てスウェーデンのフェガネス(Hoeganaes)ＡＢから市販されている。
【００１５】
本発明により用いられる潤滑剤は新規であり、次の式により表すことができる：
Ｄ−Ｃｍａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃｍｂ−Ｄ
式中、Ｄは、−Ｈ、ＣＯＲ、ＣＮＨＲ（ここでＲは、２〜２１個のＣ原子を有する直鎖又は分岐鎖脂肪族又は芳香族基である）であり、
Ｃは、−ＮＨ（ＣＨ）ｎＣＯ−基であり、
Ｂは、アミノ又はカルビルであり、
Ａは、４〜１６個のＣ原子を有し、場合により４個までのＯ原子含むアルキレンであり、
ｍａは、１〜１０の整数であり、
ｍｂは、１〜１０の整数であり、
ｎは、５〜１１の整数である。
【００１６】
潤滑剤は、ＤがＣＯＲ（ここで、Ｒは、１６〜２０個のＣ原子を有する脂肪族基である）であり、Ｃが−ＮＨ（ＣＨ）ｎＣＯ−（ここで、ｎは、５又は１１である）であり、Ｂがアミノであり、Ａが６〜１４個のＣ原子を有し、場合により３個までのＯ原子を有するアルキレンであり、ｍａ及びｍｂが、同じか又は異なり、２〜５の整数である場合の化学構造を有するのが好ましい。
【００１７】
そのような潤滑剤の例は、次のものからなる群から選択することができる：
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]２-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]２-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]２-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]３-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]３-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]３-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]３-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]４-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]４-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]４-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]４-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]５-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]５-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]５-ＯＣ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
【００１８】
他の例は、次の通りである：
３７０．４９のＭＷを有する、ＣＨ３)ＣＯ-ＨＮ(ＣＨ２)５ＣＯ-ＨＮ(ＣＨ２)２ＮＨ-ＯＣ(ＣＨ２)５ＮＨ-ＯＣ(ＣＨ３)、
１２４０．１０のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)２０ＣＯ-ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ-ＯＣ(ＣＨ２)２０ＣＨ３、
８７３８．０４のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)２０ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]１０-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]１０-ＯＣ(ＣＨ２)２０ＣＨ３、
１５８０．５３のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)４ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]３-ＨＮ(ＣＨ２)１２ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]３-ＯＣ(ＣＨ２)４ＣＨ３、
１９８０．８６のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)４ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)５ＣＯ]７-ＨＮ(ＣＨ２)６ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)５ＮＨ]７-ＯＣ(ＣＨ２)４ＣＨ３、
２４２９．６９のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)２０ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)５ＣＯ]７-ＨＮ(ＣＨ２)６ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)５ＮＨ]７-ＯＣ(ＣＨ２)２０ＣＨ３、及び
２２８３．７３のＭＷを有する、ＣＨ３(ＣＨ２)１６ＮＨ-[ＯＣ(ＣＨ２)１１ＮＨ]４-ＣＯ(ＣＨ２)１０ＣＯ-[ＨＮ(ＣＨ２)１１ＣＯ]４-ＨＮ(ＣＨ２)１６ＣＨ３
【００１９】
鉄基粉末に添加されるオリゴマーアミド型潤滑剤は、固体粉末の形になっているのが好ましく、金属粉末組成物の全重量に基づき、金属粉末組成物の０．１〜１％、好ましくは０．２〜０．８％を構成することができる。本発明による潤滑剤を少量で用いることができることは、本発明の特に有利な特徴である。なぜなら、それは大きな密度を達成できるようにしているからである。
【００２０】
本発明により用いられる脂肪酸は、１０〜２２個のＣ原子を有する脂肪酸であるのが好ましい。そのような酸の例は、オレイン酸、ステアリン酸、及びパルミチン酸である。脂肪酸の量は少ないが、流動速度及び見掛けの密度に対する影響は顕著である。脂肪酸の量は、粉末組成物の全重量に基づき計算して、通常０．００５〜０．１５、好ましくは０．０１０〜０．０８、最も好ましくは０．０１５〜０．０７％である。０．００５より少ない脂肪酸含有量は、脂肪酸の均一な分布を達成しにくくする。もしその含有量が０．１５より大きいと、流動性が悪くなるかなりの危険性が存在する。
【００２１】
脂肪酸の融点は、アミドオリゴマー潤滑剤の融点よりも低いのがよい。
【００２２】
鉄基粉末及び潤滑剤とは別に、この新規な粉末組成物は、加工助剤及び硬質相からなる群から選択された一種類以上の添加剤を含んでいてもよい。
【００２３】
金属粉末組成物の用いられる加工助剤は、タルク、フォルステライト、硫化マンガン、硫黄、二硫化モリブデン、窒化硼素、テルル、セレン、二フッ化バリウム、及び二フッ化カルシウムからなっていてもよく、それらは単独で、又は組合せて用いられる。
【００２４】
金属粉末組成物中に用いられる硬質相は、タングステン、バナジウム、チタン、ニオブ、クロム、モリブデン、タンタル、及びジルコニウムの炭化物、アルミニウム、チタン、バナジウム、モリブデン及びクロムの窒化物、Ａｌ２Ｏ３、及び種々のセラミック材料からなっていてもよい。
【００２５】
本発明により用いることができる流動剤の例は、米国特許第５，７８２，９５４号明細書（これは参考のためここに入れてある）に記載されている。流動剤は、二酸化珪素であるのが好ましいが、冶金組成物の全重量に基づき、約０．００５〜約２重量％、好ましくは約０．０１〜約１重量％、一層好ましくは約０．０２５〜約０．５重量％の量で用いられる。更に、流動剤は、約４０ｎｍより小さい平均粒径を持つべきある。好ましい酸化珪素は、親水性及び疎水性の両方の型の二酸化珪素材料であり、デガッサ社(Degussa Corporation)からエアロジル(Aerosil)２００及びＲ８１２製品のような、二酸化珪素のエアロジルラインとして市販されている。
【００２６】
本発明の態様に従って、鉄基粉末、少なくとも一種類のオリゴマーアミド型潤滑剤、少なくとも一種類の脂肪酸、及び場合により一種類以上の添加剤、例えば加工助剤及び硬質相を、その潤滑剤の融点より高い温度へ加熱し、得られた混合物を次に前記潤滑剤の融点より低く、前記脂肪酸より高い温度へ冷却し、得られた混合物に粉末流動剤を添加し、それを次に混合し、冷却する。
【００２７】
試験した粉末混合物は、ディスタロイＡＥ（スウェーデンのフェガネスＡＢから入手できる鉄基粉末）と、上で定義したオリゴマーアミド型潤滑剤からなる有機材料０．６重量％及びステアリン酸０．０３又は０．０５重量％とを乾式混合することにより調製した。０．３重量％の黒鉛も添加し、得られた混合物を１６５℃へ加熱した。混合物を１１０℃へ冷却し、０．０６重量％のエアロジルをこの温度で添加した。エアロジルを周囲温度で添加した時も、本質的に同じ結果が得られた。
【００２８】
図１及び図２に夫々示した結果は、本発明による粉末組成物を用いて見掛けの密度及び流動性の両方に対し明確で予期せぬ効果を得ることができることを実証している。
【００２９】
０．０３重量％のステアリン酸を含む上記混合物は、米国特許第５，３６８，６３０号明細書により製造された混合物と比較して、塵減少に関しても試験した。既知の混合物も０．６重量％の有機材料を含んでいたが、この場合、その有機材料は、０．５５重量％の潤滑剤と、０．１５重量％の有機結合剤（酪酸セルロース）からなっていた。両方の混合物で、鉄基粉末はディスタロイＡＥであった。既知の混合物の調製には、鉄基粉末、前記米国特許による潤滑剤、及び０．３重量％の黒鉛を乾式混合することが含まれている。有機結合剤はアセトンに溶解し、乾式混合物に添加し、完全に混合した後、アセトンを除去し、０．０６重量％のエアロジルをその乾燥混合物に添加した。
【００３０】
次の表には、試験からの結果が要約されている。
【００３１】
試料                塵形成(mg/m３.分.g[混合物])
本発明による混合物                            41
米国特許第5,368,630号による混合物             70
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、上で定義したオリゴマーアミド型潤滑剤と、脂肪酸（ステアリン酸）との組合せの、見掛けの密度に対する効果を示すグラフである。
【図２】図２は、上で定義した潤滑剤と、脂肪酸（ステアリン酸）との組合せの、流動速度に対する効果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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2004524450.tif 000014
2004524450.tif 000015
2004524450.tif 000016
2004524450.tif 000017
2004524450.tif 000018
【国際調査報告】
2004524450.tif 000019
2004524450.tif 000020
2004524450.tif 000021