(57)【要約】次式D-Cm-B-A-B-Cm-Dによって表すアミドから本質的に成る鉄系粉末化潤滑剤粉末を含む温間成形用粉末組成物で、この場合、Dは-H、COR、CNHRであり、この場合、Rは2〜21個の炭素原子を含む直鎖または分岐脂肪族または芳香族基;Cは-NH(CH)nCO-基;Bはアミノまたはカルボニル、Aは、4〜16個の炭素原子を有するアルキレンで、場合により4個までの酸素原子を含み、mは1〜10の整数、nは5〜11の整数である温間成形用粉末組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系粉末および潤滑剤粉末を含む温間成形用粉末組成物で、前記潤滑剤が以下の化学式で表すアミドから本質的に成り、
D-Cma-B-A-B-Cmb-D
この場合、
Dは−H、COR、CNHRであり、この場合、Rは、2〜21個の炭素原子を含む直鎖または分岐脂肪族または芳香族基、
Cは、-NH(CH)nCO-基、
Bは、アミノまたはカルボニル、
Aは、4〜16個の炭素原子を有するアルキレンであり、場合により4個までの酸素原子を含み、
maは、1〜10の整数、
mbは、1〜10の整数、
nは、5〜11の整数である粉末組成物。
【請求項２】
DはCORで、この場合Rが炭素原子16〜20個の脂肪族基であり、Cが-NH(CH)nCO-で、この場合nが5または11であり;Bはアミノで;Aは6〜14個の炭素原子を有するアルキレンで、場合により3個までの酸素原子を含み；maとmbは、それぞれ、2〜5の整数で、この場合、maとmbは、同一であることも、異なることもできる請求の範囲第１項記載の粉末組成物。
【請求項３】
潤滑剤が以下の物質から成る群から選択する化合物から成る請求の範囲第１項または２項に記載の粉末組成物。
2004524449.tif 000014
【請求項４】
前記のアミドが分子量1500〜3000を有し、前記組成物中に1重量%未満の量で存在する請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項５】
潤滑剤粉末を組成物の0.2〜0.8重量%の濃度で提供する請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項６】
さらに、結合剤、工程助剤および硬質相から成る群から選択する1種類以上の添加物を含有する請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項７】
前記鉄系粉末が成形可能で、前記潤滑剤粉末の少なくとも80重量%が前記のアミドオリゴマーから成る請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項８】
前記組成物がエチレンビスステアラミドを本質的に含まない請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項９】
前記鉄系粉末が多くても0.04重量%の炭素含量を有することを特徴とする請求の範囲１〜８項のいずれか１項に記載の粉末組成物。
【請求項１０】
焼結生成物の製造法で：
(a)鉄系粉末を前記のいずれかの請求項で規定した通りの潤滑剤粉末と混合し；
(b)金属-粉末組成物を予め加熱し；
(c)予め加熱した用具中で金属-粉末組成物を成形し；そして、場合により、
(d)1050℃よりも高い温度で成形金属-粉末成形物を焼結し、焼結生成物を形成する；
ことを含む製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末組成物に関する。本発明は、特に高温での成形に適した鉄系組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金技術は、一般に、金属成形品を形成するための金属粉末の成形に様々な標準温度法を使用する。これらは、チルプレス（chill-pressing、周囲温度よりも低い温度でのプレス）、常温プレス（cold-pressing、周囲温度でのプレス）、熱間プレス（hot-pressing、金属粉末が加工硬化を保持できる温度以上の温度でのプレス）および温間プレス（warm-pressing、常温プレスと熱間プレスの間の温度でのプレス）を含む。
【０００３】
際立った長所は、周囲温度以上の温度でのプレスによって生じる。大半の金属の引張強さと加工硬化速度は、温度の上昇と共に減少し、密度と強度の改善は、より低い成形圧によって達成できる。しかし、熱間プレスの温度が極端に上昇すると、加工に問題を招き、ダイの磨耗を促進する。そのため、現在の取り組みは、温間プレス法に適した金属組成物の開発に向けられている。
【０００４】
米国特許4,955,789（Musella）は、全体として、温間成形について述べている。この特許によれば、一般に、ステアリン酸亜鉛などの常温成形に使用される潤滑剤が温間成形にも使用できる。しかし、実際には、現在、常温成形、温間成形に最も多く使用されている潤滑剤のステアリン酸亜鉛またはエチレンステアラミド（ACRAWAX（登録商標）として市販されている）は使用できないことが判明している。発生している問題は、ダイを申し分なく充填することが困難であるという点が原因である。
【０００５】
米国特許5,744,433（Storstromら）および5,154,881（Rutz）は、温間成形用に特別に開発されたアミド潤滑剤を含めた金属粉末組成物を開示している。
【０００６】
米国特許5,744,433に記載の潤滑剤は、重量平均分子量Mwがせいぜい30,000であるアミドタイプオリゴマーを含有する。潤滑剤が4000以上の分子量を有する場合、非常に高い密度および素地強度を得ることができ、好ましい潤滑剤は約6500の分子量を有する。しかし、この潤滑剤がダイ壁に付着する傾向があり、ダイの頻繁な掃除を必要とすることがわかった。別の短所は、得られる素地（green body）が汚れることである。
【０００７】
米国特許5,154,881では、アミド潤滑剤は、モノカルボン酸、ジカルボン酸およびジアミンの反応生成物から成る。この特許に従って検討されている唯一の潤滑剤は、詳細には説明されていないが、得られる反応生成物が、Chemis-CIVSに従ったi.a.エチレンビスステアラミドを含む組成物のADVAWAX（登録商標）450である。この生成物に関する我々の経験は、一定した組成と品質を得るのが困難であり、これが順に品質が変動する成形品を生じる可能性がある、というものである。これは、潤滑剤を大規模工業生産で使用すると、諸問題を引き起こす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（発明の目的）
本発明の目的は、大規模生産に伴う現行の問題を軽減または排除することである。
【０００９】
第2の目的は、高温での成形を意図した金属組成物に有用な新タイプ潤滑剤を提供することである。
【００１０】
第3の目的は、汚れのない成形品を生産するための金属粉末を提供することである。
【００１１】
第4の目的は、金属粉末の成形中にダイ壁に付着しない、潤滑剤を含めた金属組成物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
鉄系粉末および新規オリゴマーのアミドタイプ潤滑剤を含む粉末組成物を使用することによって、これらの目的は達成される。本組成物は、結合剤、フロー剤、加工助剤および硬質相（hard phases）などの1種類以上の添加物を含むことができる。
【００１３】
温間成形は、鉄系粉末をオリゴマーアミドタイプ潤滑剤、及び場合により結合剤と混合し、その粉末組成物を予め熱し、予熱した用具中で金属粉末組成物を成形することによって実施できる。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明に従って使用する新規アミドタイプ潤滑剤は、以下の化学式によって表すことができる。
D-Cma-B-A-B-Cmb-D
この場合、
Dは-H、COR、CNHRであり、この場合、Rは、2〜21個の炭素原子を含む直鎖または分岐した脂肪族または芳香族基、
Cは、-NH（CH）nCO-基、
Bは、アミノまたはカルボニル、
Aは、4〜16個の炭素原子を有するアルキレンであり、場合により4個までの酸素原子を含み、
maは、1〜10の整数、
mbは、1〜10の整数、
nは、5〜11の整数である。
【００１５】
DはCORで、この場合Rが炭素原子16〜20個の脂肪族基であり、Cが-NH（CH）nCO-で、この場合nが5または11であり；Bはアミノで；Aは6〜14個の炭素原子を有するアルキレンで、場合により3個までの酸素原子を含み、maとmbは同一であることも、異なることもできる2〜5の整数であることが好ましい。
【００１６】
本発明に記載の鉄系組成物に使用する好ましい潤滑剤の例は、
2004524449.tif 000002
である。
【００１７】
他の例は、
分子量370.49を有する
2004524449.tif 000003
分子量1240.10を有する
2004524449.tif 000004
分子量8738.04を有する
2004524449.tif 000005
分子量1580.53を有する
2004524449.tif 000006
分子量1980.86を有する
2004524449.tif 000007
分子量2429.69を有する
2004524449.tif 000008
および分子量2283.73を有する
2004524449.tif 000009
である。
【００１８】
新規潤滑剤と米国特許5,744,433に記載の潤滑剤の化学的な相違は、新規分子が中心ジアミンまたは二酸成分と両末端に同一の末端基を有する点である。新規潤滑剤と米国特許5,154,881に記載の潤滑剤の化学的な相違は、新規潤滑剤分子が-NH(CH)nCO-単位を含む点である。米国特許5,154,881から周知の潤滑剤とは対照的に、本発明に記載の潤滑剤を調製する場合、EBSが形成されない。EBSは、化学式CH3(CH2)16CO-HN(CH2)2NH-OC(CH2)16CH3)で、本発明に記載の潤滑剤とは対照的にラクタム単位を持たない分子である。
【００１９】
新規潤滑剤の分子量に関して、好ましい潤滑剤は、1000〜5000、最も好ましくは1500〜3000の分子量を有することが判明した。
【００２０】
潤滑剤分子は、例えば、George Odian(John Wiley & Sons, Inc.)によるPrinciples of Polymerization第3編に記述されているようなアミドオリゴマー標準法に従って調製することができる。本発明によれば、潤滑剤は、少なくとも80%の上述化学式を有するアミドから成るのが好ましい。従って、新規潤滑剤の有利な性状が悪影響を受けない限り、他のタイプの潤滑剤を20重量%まで添加することができる。
【００２１】
鉄系粉末に添加されるこの潤滑剤は、固体粉末状であるのが好ましく、金属粉末組成物の総量を基礎にして、金属粉末組成物の0.1〜1重量%まで、好ましくは0.2〜0.8重量%から成ることができる。本発明に記載の潤滑剤が少量で使用可能である点は、高密度を達成できるので、本発明の特に有利な特徴である。
【００２２】
発明の詳細な説明と別添の特許請求の範囲で使用しているように、「鉄系粉末」という表現は、基本的に純粋な鉄から成る粉末；最終製品の強度、硬化性、電磁性または他の望ましい性状を改善する他の物質と予め合金とした鉄粉;および上記の合金素成分粒子と混合した鉄粒子（拡散アニール混合物または完全機械混合物）を含む。合金素成分の例は、銅、モリブデン、クロム、マンガン、リン、グラファイト状炭素、タングステンで、これらは、個別に、または、化合物（Fe3PおよびFeMo）の形で配合物として使用される。本発明に記載の潤滑剤を高成形性を有する鉄系粉末と配合して使用すると、予想外の好結果が得られる。一般に、上記粉末は、低い炭素含量、好ましくは0.04重量%より低い含量を有する。上記粉末は、例えば、Distaloy AE、Astaloy MoおよびASC 100.29を含み、これらは、すべて、スウェーデンのHoganas ABから市販されている。
【００２３】
鉄系粉末および潤滑剤とは別に、新規粉末組成物は、結合剤、フロー剤、工程助剤、硬質相など1種類以上の添加物を含むことができる。
【００２４】
結合剤は、米国特許5,368,630（参考のためにここに挿入する）に記載される方法に従って添加でき、セルロースエステル樹脂、アルキル基中に1〜4個の炭素原子を有するヒドロキシアルキルセルロース樹脂、あるいは、熱可塑性フェノール樹脂などの有機化合物であることができる。
【００２５】
本発明に従って使用できる一種のフロー剤は、米国特許5,782,954（参考のため、ここに挿入する）に開示されている。フロー剤は、二酸化ケイ素であるのが好ましく、冶金組成物の総量を基礎にして、約0.005〜約2重量%、好ましくは約0.01〜約1重量%、さらに好ましくは約0.025〜約0.5重量%の量で使用する。さらに、フロー剤は、約40nm未満の平均粒子径であるべきである。好ましい酸化ケイ素は、親水性、疎水性両方の二酸化ケイ素材で、Degussa CorporationからAerosil 200およびR812製品などのAerosil系二酸化ケイ素として市販されている。
【００２６】
金属粉末組成物に使用する加工助剤は、タルク、フォルステライト、硫化マンガン、イオウ、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、テルル、セレン、二フッ化バリウムおよび二フッ化カルシウムから成ることができ、これらは、個別に、あるいは、配合して使用する。
【００２７】
金属粉末組成物に使用する硬質相は、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、タンタルおよびジルコニウムの各カーバイド、アルミニウム、チタン、バナジウム、モリブデンおよびクロムの各窒化物、Al2O3および各種セラミック材から成ることができる。
【００２８】
本発明を、以下の実施例でさらに詳細に説明するが、これらは、実施例として解釈するに過ぎず、保護範囲を制限するものではない。
【実施例１】
【００２９】
以下の表は、本発明に記載の潤滑剤を含めた粉末混合物から調製した成形品と米国特許5,744,433に開示されたアミドタイプ潤滑剤との性状比較を示す。
【００３０】
表１
2004524449.tif 000010
【００３１】
表２
2004524449.tif 000011
温度  粉末／ダイ：120℃／120℃
*米国特許5,744,433に記載の好ましい潤滑剤
【００３２】
鉄系粉末は、スウェーデンのHoganas ABから入手可能なDistaloy AEであった。この粉末を、超微粒グラファイト0.3重量%および本発明に記載の潤滑剤0.6重量%と混合した。フロー増強剤Aerosil（登録商標）200を0.06重量%の量で添加した。
【００３３】
以上のように、本発明に記載の新規オリゴマーであるアミドタイプ潤滑剤は、噴射力、噴射エネルギー、戻りの点だけでなく、成形品の外観を呈した時も優れている。さらに、本潤滑剤は、ダイ壁に付着しない。
【実施例２】
【００３４】
以下の表は、本発明に記載の潤滑剤を含めた粉末混合物から調製した成形品と米国特許5,154,881に開示されたアミドタイプ潤滑剤の性状の比較を示す。
【００３５】
以上のように、本発明に記載の潤滑剤は、噴射力、噴射エネルギーおよび戻りの点で優れている。
【００３６】
表３
2004524449.tif 000012
成形圧  700 MPa
温度    粉末／ダイ  130℃／150℃
【００３７】
鉄系粉末は、スウェーデンのHoganas ABから入手可能なDistaloy AEであった。
【００３８】
この粉末を、超微粒グラファイト0.3重量%および本発明に記載の潤滑剤0.6重量%と混合した。フロー増強剤Aerosilを0.06重量%の量で添加した。
【実施例３】
【００３９】
以下の実施例は、本発明に従って使用し、異なる分子量を有するオリゴマーアミド潤滑剤で得られた素地（green body）の密度の比較を示す。
【００４０】
鉄系粉末は、スウェーデンのHoganas ABから入手可能なDistaloy AEであった。
【００４１】
この粉末を、超微粒グラファイト0.3重量%および本発明に記載の潤滑剤0.6重量%と混合した。フロー増強剤Aerosilを0.06重量%の量で添加した。
【００４２】
粉末を130℃の温度まで加熱し、ダイ温度は、150℃であった。成形圧は、700 MPaであった。
【００４３】
2004524449.tif 000013
【００４４】
オリゴマーアミド潤滑剤の分子量が（約）2000未満である場合、粉末組成物の性状は、フローが悪化し、潤滑剤は、ダイ壁と噴射成形物の表面に付着する傾向を生じる。上記表面の付着性は、粉末が噴射成形物に集まる可能性があるために最終成形品に粗表面を形成するリスクを高める。
【国際公開パンフレット】
2004524449.tif 000015
2004524449.tif 000016
2004524449.tif 000017
2004524449.tif 000018
2004524449.tif 000019
2004524449.tif 000020
2004524449.tif 000021
2004524449.tif 000022
2004524449.tif 000023
2004524449.tif 000024
2004524449.tif 000025
2004524449.tif 000026
2004524449.tif 000027
2004524449.tif 000028
2004524449.tif 000029
2004524449.tif 000030
【国際調査報告】
2004524449.tif 000031
2004524449.tif 000032