(57)【要約】      （修正有）【課題】金属基材粉末に添加される潤滑剤の含量を最小化し、取出力及び成形圧力は同等または向上された水準を維持しながら高密度成型体を製造し、改善された粉末冶金方法の提供。【解決手段】エチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％分を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程を経て液状潤滑剤を製造した後、冷却及び粉砕して固状潤滑剤を製造して金属基材粉末１００重量部に前記固体状潤滑剤０．４〜０．７５重量部添加する過程を含み、これで金属基材粉末に添加される潤滑剤の含量を最小に減少しながら、成形エネルギー及び取出エネルギーは同等又は向上された水準を維持しながらも高密度成型体を製造する粉末治金方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程によって液状潤滑剤を製造する段階；
液状潤滑剤を冷却して粉砕することで固状潤滑剤を製造する段階；
金属基材粉末１００重量部に、前記固状潤滑剤０.４〜０.７５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造する段階；及び
粉末冶金組成物を圧縮成型して成型体を製造する段階；
を含む粉末冶金方法。
【請求項２】
前記金属基材粉末は鉄基材粉末であることを特徴とする、請求項１に記載の粉末冶金方法。
【請求項３】
前記圧縮成型は５００〜６００MPaの圧力下で行うことを特徴とする、請求項１に記載の粉末冶金方法。
【請求項４】
前記成型体は、取出力９００〜１４００Kgfを加えて金型から取り出すことを特徴とする、請求項１に記載の粉末冶金方法。
【請求項５】
エチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程によって液状潤滑剤を製造する段階；
液状潤滑剤を冷却して粉砕することで固状潤滑剤を製造する段階；
金属基材粉末１００重量部に、前記固状潤滑剤０.４〜０.７５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造する段階；及び
粉末冶金組成物を５００〜６００MPaの圧力下で圧縮成型して、取出力９００〜１１００Kgfを加えて密度が７.２〜７.３g/cm３の成型体を製造する段階；
を含む、請求項１に記載の粉末冶金方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末冶金方法に関し、さらに詳細には、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドが一定の造成比を成す潤滑剤成分を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程を経て液状潤滑剤を製造した後、冷却及び粉砕して固状潤滑剤を製造し、金属基材の粉末に添加する過程を含み、これで金属基材の粉末に添加される潤滑剤の含量を最小に減少しながら成形エネルギー及び取出エネルギーは、同等または向上された水準を維持しながらも高密度成型体を製造することになる粉末冶金方法に関する。
【発明の背景になる技術】
【０００２】
エンジンの高出力化によって、自動車エンジン及び変速器部品はより高い機械的物性を確保しなければならない。このような機械的物性を上昇させるための方法として多くの成形技術が開発されているが、部品の製造費用上昇及び高圧力成形時の金型の破損などによって、成形技術が制限的に適用されている。多くの高密度成形技術の中で、既存の一般成形と類似の圧力(４００〜７００MPa)で高い密度を確保できる方法として、潤滑剤の添加量を減少させる方法がある。
【０００３】
粉末冶金の分野では、成形圧縮過程で金属基材粉末の粒子間の内部摩擦を減らし、粉末冶金が均一に圧縮されるようにし、そしてダイの損傷を最小化するための目的で潤滑剤を使用している。しかし、潤滑剤が含まれた金属基材粉末を圧出成型すると、潤滑剤が金属基材粉末の粒子の間に残留するので、高密度成型体を得ることができない。しかし、金属基材粉末に添加される潤滑剤の添加量を低めると、圧粉体と金型壁面の摩擦抵抗が増加して、圧粉体を金型から抜き取る時の脱型力が上昇して、形摩耗などの金型損傷の問題が発生する。また、圧縮成型に伴う金属基材粉末の粒子を再配列する時、粉末の粒子の間の潤滑性も低下され、圧粉体の密度向上に限界が生じる。高密度成形用潤滑剤としては、エチレンビスステアラミド(Ethylene Bis Stearamide；EBS)が含まれるアミド系高分子が一般的に使われている（特許文献１、２）。
【０００４】
一方、潤滑剤を金属基材粉末に混合する方法としては、１)単純に混合する機械的混合方法と、２)潤滑剤の基礎材料である単量体を重合する重合方法がある。
【０００５】
前記機械的混合方法は、潤滑剤の基礎材料を２５μｍ以下の大きさに破砕した後、混合機に金属基材粉末と潤滑剤の基礎材料を投入して混合する過程から成って、その工程が比較的に単純だという長所がある。一方、取出エネルギーが高くて潤滑剤の添加量を減少することができないし、成型体の表面粗度(surface roughness)を低く確保するに当たり不利だという短所がある。
【０００６】
前記重合方法は、重合機に重合溶媒を投入して潤滑剤を製造するための単量体と、金属基材粉末を投入して１００℃程度に加熱して重合する過程からなる。前記重合方法は、潤滑剤の基礎材料の分子間化学的結合を誘導するので、均質性及び低い取出エネルギーを確保することができる長所があることに対して、工程が複雑であり、工程費用が大きく上昇する短所がある。
【０００７】
現在、粉末冶金分野では、潤滑剤の添加量を最小化して高密度成型体を得られながらも、成型加圧を完了して取出する時の取出エネルギーを低く維持する冶金方法の開発が切実に要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国公開特許公報１０-２００７-００４６９５８号
【特許文献２】韓国公開特許公報１０-２００７-０１３２４５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、金属基材粉末に添加される潤滑剤の含量を最小化し、取出力及び成形圧力は同等または向上された水準を維持しながら高密度成型体を製造し、改善された粉末冶金方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明では、
エチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程によって液状潤滑剤を製造する段階；
液状潤滑剤を冷却して粉砕することで固状潤滑剤を製造する段階；
金属基材粉末１００重量部に前記固状潤滑剤０.４〜０.７５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造する段階；及び
粉末冶金組成物を圧縮成型して成型体を製造する段階；を含む粉末冶金方法をその特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、特定造成の潤滑剤の使用及び高温撹拌工程が導入された潤滑剤製造過程を経ることで、少量の潤滑剤の使用で成型体の密度を高め、表面粗度を向上しながらも、成形エネルギー及び取出エネルギーを低く維持する效果がある。
【００１２】
よって、本発明の粉末冶金方法によると、金属基材粉末１００重量部に対して潤滑剤を０.４重量部まで減少させ、７.３g/cm３の高密度成型体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】金属基材粉末１００重量部と、高温撹拌工程を経て製造された潤滑剤０.７５重量部を使って粉末冶金成型体を製造するに当たり、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの潤滑剤の造成成分の含量比変化による取出力を比べたグラフである。
【図２】金属基材粉末１００重量部と、高温撹拌工程を経て製造された潤滑剤０.７５重量部(エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比７０：３０重量％)を使って粉末冶金成型体を製造するに当たり、取出力を比べたグラフである。
【図３】金属基材粉末１００重量部と、高温撹拌工程を経て製造された潤滑剤０.４重量部(エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比７０：３０重量％)を使って粉末冶金成型体を製造するに当たり、潤滑剤の添加量と成形圧力変化による取出力を比べたグラフである。
【図４】従来の方法に基づいて、金属基材粉末１００重量部と、常温で機械的混合工程を経て製造された潤滑剤０.７５重量部を使って粉末冶金成型体を製造するに当たり、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの潤滑剤の造成成分の含量比変化による取出力を比べたグラフである。
【図５】従来の方法に基づいて、金属基材粉末１００重量部と、重合工程を経て製造された潤滑剤０.７５重量部を使って粉末冶金成型体を製造するに当たり、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの潤滑剤の造成成分の含量比変化による取出力を比べたグラフである。
【図６】実施例１(高温撹拌)、比較例１(常温で機械的混合)及び比較例２(重合)で製造した粉末冶金成型体の表面粗度を比べた写真である。
【発明を実施するための具体的な内容】
【００１４】
本発明による粉末冶金方法を段階ごとにより具体的に説明すると、下記の通りである。
【００１５】
一つ目の段階は、潤滑剤を製造する段階である。
【００１６】
本発明では、潤滑剤としてエチレンビスステアラミド(Ethylene Bis Stearamide)とエルカ酸アミド(Erucamide)を含むアマイド系潤滑剤を使用し、これら潤滑剤成分が互いに均一に分散されるように高温撹拌工程を経る。
【００１７】
つまり、本発明では粉末冶金分野で通常使われるアマイド系潤滑剤の中でもエチレンビスステアラミとエルカ酸アミドを選択して使用し、これら二つの成分間の最適の含量比を提示することで、潤滑剤の添加量を最小化すると同時に、成形加圧エネルギー及び成型体の取出エネルギーを低く維持することができた。本発明によると、潤滑剤はエチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％の造成比を成すことが好ましく、特に、エチレンビスステアラミド７０重量％とエルカ酸アミド３０重量％の造成比を成すことが好ましい。
【００１８】
また、本発明では、前記のような特定の造成比を成す潤滑剤を高温で撹拌して、均一に分散された液状潤滑剤を製造した後、前記液状潤滑剤を冷却してケーキ状の固状に切り替えた後、粉砕して得た固状潤滑剤を金属基材粉末に混合して使う。
【００１９】
従来の潤滑剤の製造方法として‘機械的混合'方法は、常温で行われることで潤滑剤の造成成分間の均一な分散を誘導することに限界があった。しかし、本発明では混合機の内部温度を１５０〜１７０℃と維持しながら潤滑剤成分を混合する‘高温撹拌'工程を通じて潤滑剤成分間の均一な分散を誘導し、究極的には成型体の取出エネルギーを低めて、少量の潤滑剤添加でも成型体が摩耗することなく、安全に脱形することが可能となったのである。本発明による潤滑剤の製造過程での高温撹拌温度が１５０℃未満であるとエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドが均一に分散されなくて、取出エネルギーを低めることに限界があることは勿論、表面粗度(Ra)が高い成型体が製造されることがある。逆に、高温撹拌温度が１７０℃を超過すると、融点が低いエルカ酸アミドの酸化現象が生じ、変色及び粘度が上昇して破砕する時、不利なことがある。
【００２０】
また、前記高温撹拌工程を通じて製造された液状潤滑剤を固状に切り替えるために、通常の方法で冷却及び粉砕する工程を行う。つまり、液状潤滑剤を冷却させてケーキ状に切り替えるが、この時、冷却は常温まわりの温度がよくて、具体的には１０〜３０℃の温度まで冷却させることである。前記ケーキ状の潤滑油は、金属基材粉末との均一な配合のために粉砕するようにするが、粉砕された固状潤滑剤の粒子の平均大きさは１０〜４０μｍの範囲を維持した方が良い。
【００２１】
二つ目の段階は、粉末冶金組成物を製造する段階である。
【００２２】
本発明では、金属基材粉末１００重量部に潤滑剤０.４〜０.７５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造する。即ち、本発明の粉末冶金組成物の製造段階では潤滑剤の添加量を最小に減らすことができる。
【００２３】
三つ目の段階は、圧縮成型して高密度成型体を製造する段階である。
【００２４】
本発明では、通常の冶金技術で圧縮成型を行う。すなわち、粉末冶金組成物をダイに満たし、５００〜６００MPaの圧力で圧縮して成型体を製造する。製造された成型体は、取出力９００〜１４００Kgfを加えてダイから分離する。
【００２５】
以上の方法で製造された成型体は、７.１〜７.３g/cm３として高密度を維持する。また、本発明の粉末冶金方法によると、金属基材粉末１００重量部を基準にして潤滑剤０.７５重量部を添加する時に比べて、０.４重量部の潤滑剤を添加する時には取出力が２００Kgf減少するが、成形密度は０.１８g/cm３向上する格別な效果が得られる。
【００２６】
前記本発明の粉末冶金方法において、より好ましくは、
i)エチレンビスステアラミド６０〜７０重量％とエルカ酸アミド３０〜４０重量％を１５０〜１７０℃で混合する高温撹拌工程によって液状潤滑剤を製造する段階；
ii)液状潤滑剤を冷却して粉砕し、固状潤滑剤を製造する段階；
iii)金属基材粉末１００重量部に前記潤滑剤０.４〜０.５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造する段階；及び
iv)粉末冶金組成物を５００〜６００MPaの圧力下で圧縮成型し、取出力９００〜１１００Kgfを加えて密度が７.２〜７.３g/cm３の成型体を製造する段階；を行うことである。
【００２７】
このような本発明は、下記の実施例に基づいてより詳細に説明するが、本発明は下記実施例によって限定されるものではない。
【００２８】
[実施例]
実施例１．エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比による取出力変化の確認
潤滑剤の造成成分としてエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比を ５０：５０、５５：４５、６０：４０、７０：３０重量％に変化させ、それぞれの潤滑剤を用意した。すなわち、前記潤滑剤の造成成分を１６０℃の温度で６０分間高温撹拌して液状潤滑剤を得た。そして、液状潤滑剤を常温で放置しながら冷却してケーキ状の潤滑剤を得た後、粉砕して１０〜４０μｍ範囲の固状潤滑剤を得た。
【００２９】
鉄基材粉末としてはHSPP(現代製鉄の純鉄粉末)を使用した。鉄基材粉末１００重量部に、前記で用意した固状潤滑剤０.７５重量部を混合して粉末冶金組成物を製造した。粉末冶金組成物をダイに入れて５００MPaの成形圧力を加えて密度が７.１２g/cm３の成型体を製造した。
【００３０】
潤滑剤を構成するエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比による取出力を確認するために、MPIF Standard ４５に基づいて取出力を測定し、その結果は図１に示した。
【００３１】
図１によると、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比が５０：５０、５５：４５、６０：４０、７０：３０重量％に変化していくほど、取出力(Ejection force)は低くなることが分かる。すなわち、潤滑剤の中に含まれるエルカ酸アミド含量が増加するほど、取出力が１４００Kgfから１１００Kgfに低くなり、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比が７０：３０重量％である時、取出力が１１００Kgfと最も低かった。
【００３２】
実施例２．潤滑剤の添加量による成型体の密度変化の確認
前記実施例１の冶金方法によってエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比が７０：３０重量％である固状潤滑剤を使って成型体を製造し、鉄基材粉末１００重量部を基準にして固状潤滑剤の添加量をそれぞれ０.７５重量部または０.４０重量部に変化しながら成型体の密度変化を測定した。
【００３３】
図２には、鉄基材粉末１００重量部を基準にして潤滑剤０.７５重量部を添加して取出力を比べたグラフを示した。図２によると、取出力は１１００Kgfと低かったし、５００MPaの成形圧力を加えて密度が７.１１g/cm３の成型体を製造した。
【００３４】
図３には、鉄基材粉末１００重量部を基準にして潤滑剤０.４０重量部を添加し、図２と対比して潤滑剤の添加量と成形圧力を変化させて取出力を比べたグラフを示した。図３によると、取出力は９００Kgfと非常に低かったし、５００MPaの成形圧力を加えて密度が７.３０g/cm３の成型体を製造した。
【００３５】
前記図２と図３によると、エチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比が７０：３０重量％の潤滑剤を使う場合、潤滑剤の添加量を０.７５重量部から０.４０重量部に減少しながら取出力を２００Kgfに低めることが可能となり、成型体の密度を０.１９g/cm３程向上させることも可能であることが分かる。
【００３６】
比較例１及び比較例２．従来の冶金方法による取出力比較
前記実施例１の方法で、鉄基材粉末と潤滑剤を混合して粉末冶金組成物を製造するが、潤滑剤を製造するために、常温での機械的混合(比較例１)または加熱重合(比較例２)方法で行った。
【００３７】
図４及び図５には、潤滑剤を構成するエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比を５０：５０、５５：４５、６０：４０、７０：３０重量％に変化させながら取出力(Ejection force)を測定した結果をそれぞれ示した。
【００３８】
また、図６には、実施例１(高温撹拌)、比較例１(常温での機械的混合)及び比較例２(重合)で製造した粉末冶金成型体の表面粗度を比べた写真を示した。
【００３９】
下記表１には、前記実施例１と比較例１、２を通じて比較確認した結果を整理して示した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
以上で比較したように、本発明の冶金方法によると、潤滑剤を構成するエチレンビスステアラミドとエルカ酸アミドの造成比を特定の範囲に限定しながら、高温で混合して粉末冶金組成物を製造することで、金属基材粉末の重量対比潤滑剤の添加量を減らすことができ、取出エネルギーを低めて最高７.３g/cm３の密度を有する高密度成型体を製造することができる。また、前記表１の結果によると、表面粗度を低く維持することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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