Смазка для металлопорошковых композиций, металлопорошковая композиция, содержащая смазку, способ получения спеченных продуктов с использованием смазки и ее применение
Смазка для металлопорошковой композиции содержит олигомер амидного типа, который имеет средневзвешенный молекулярный вес Мw самое большее 30000. Металлопорошковая композиция содержит порошок на основе железа и вышеупомянутую смазку. Способ получения спеченных продуктов из металлопорошковой композиции заключается в смешивании порошка на основе железа со смазкой, предварительный нагрев металлопорошковой композиции до заранее определенной температуры, компактирование в пресс-форме и спекание при температуре свыше 1050°С. Смазку согласно изобретению используют в металлопорошковых композициях при теплом прессовании. Изобретение обеспечивает высокую прочность и плотность компактированных продуктов в неспеченном состоянии, высокую плотность в спеченном состоянии и низкое усилие выталкивания и высокую прессуемость металлопорошковой композиции. 4 с. и 13 з.п.ф-лы, 6 табл.
Изобретение относится к смазкам для металлургических порошковых композиций, а также металлопорошковым композициям, содержащим смазку. Изобретение относится также к способу получения спеченных продуктов путем использования смазки, а также к использованию смазки в металлопорошковой композиции при теплом компактировании. В частности, изобретение относится к смазкам, использование которых при теплом прессовании приводит к получению продуктов, имеющих высокую прочность в неспеченном состоянии (прочность в сыром состоянии).
Использование металлических продуктов, полученных путем компактирования и спекания металлопорошковых композиций, находит все более широкое распространение в промышленности. Производится множество различных продуктов всевозможных форм и толщин, и требования к качеству, предъявляемые к этим продуктам, непрерывно растут. Таким образом, крайне важно, чтобы выпускаемая металлопродукция имела как высокую плотность, так и высокую прочность. При компактировании металла используются различные стандартные диапазоны температур. Так, для компактирования металлических порошков используют преимущественно холодное прессование (порошки имеют комнатную температуру). Также находят использование горячее изостатическое прессование (ГИП - H1P) и теплое прессование (компактирование в диапазоне температур между используемыми при холодном прессовании и ГИПе). Как при холодном, так и при теплом прессовании необходимо использовать смазку. Компактирование при температурах выше комнатной имеет заметные преимущества, давая продукцию с более высокой плотностью и более высокой прочностью, чем при компактировании, выполняемом при более низких температурах. Многие смазки, используемые при холодном компактировании, нельзя использовать при высокотемпературном компактировании, как оказалось, они эффективны только в ограниченном диапазоне температур. Неэффективные смазки существенно увеличивают износ компактирующего инструмента. Насколько сильно инструмент изнашивается зависит от различных факторов, таких как твердость материала инструмента, приложенное давление и трение между компактируемым металлом и поверхностью инструмента при выталкивании прессовки. Этот последний фактор сильно связан с используемой смазкой. Усилие выталкивания представляет собой силу, потребную для выталкивания прессовки из инструмента. Поскольку высокое усилие выталкивания не только увеличивает износ компактирующего инструмента, но также может повредить прессовку, предпочтительно что эту силу нужно снижать. Однако использование смазки может создать проблемы при компактировании, поэтому важно чтобы смазка хорошо соответствовала выполненному типу компактирования. Для того чтобы удовлетворять требованиям смазка в процессе прессования должна заполнять пористость порошковой композиции и зазоры между прессовкой и инструментом, смазывая, тем самым, стенки компактирующего инструмента. Благодаря такому смазыванию стенок компактирующего инструмента снижается усилие выталкивания. Другая причина, почему смазка так влияет на прессовку, состоит в том, что, с другой стороны, она может привести к возникновению в прессовке пор после спекания. Хорошо известно, что крупные поры неблагоприятно влияют на динамические прочностные свойства продукта. Предшествующий уровень техники Патент США N 5154881 (Rutz) раскрывает способ производства спеченных продуктов на основе металлопорошковой композиции, содержащей смазку на основе амида. Помимо смазки, которая состоит из продукта взаимодействия монокарбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты и диамина, композиция содержит порошок на основе железа. Таким образом, смазка на основе амидов состоит из смеси амидных продуктов, в основном имеющих структуру диамидов, моноамидов, бисамидов и полиамидов (сf колонка 4, линии 55-56). Особенно предпочтительны в качестве смазки ADVAWAX



а) смешивание железного порошка, высокотемпературной смазки и органического связующего вещества по выбору;
б) нагрев смеси, предпочтительно до температуры как минимум 120oC;
в) перенос подогретой порошковой композиции в пресс-форму, которая предварительно подогрета до температуры предпочтительно как минимум 120oC; и компактирование композиции при повышенной температуре, предпочтительно как минимум 120oC; и
г) спекание прессовки при температуре как минимум 1050oC. В этапе б) способа порошковую композицию подогревают предпочтительно до температуры на 5-50oC ниже точки плавления олигомера. Инструмент также полезно подогревать до температуры на 0-30oC выше температуры предварительного нагрева металопорошковой композиции. Теперь следует расмотреть несколько испытаний для иллюстрации эффективности изобретения и того, что оно позволяет получить продукты с высокой плотностью, а также с высокой прочностью в неспеченном (сыром) состоянии. Испытание 1
В приведенной таблице перечислено несколько смазок с указанием максимальной точки плавления, средневзвешенного молекулярного веса Mw, измеренной в сыром состоянии плотности (GD) и усилия выталкивания (Ej.F) при теплом компактировании композиции из Distaloy AE (продается фирмой





Максимальные температуры плавления для смазок указаны как максимальные значения на кривой плавления, которую получали с помощью методики дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) на приборе модели 912S фирмы TA Instruments, Ньюкасл, DE 197201, США. Как видно из таблицы, высокая плотность может быть достигнута в сыром состоянии, тогда как усилие выталкивания остается низким, при использовании олигомеров в качестве смазок согласно изобретению. С другой стороны, использование олигомеров с высоким молекулярным весом приводит к слишком низкой плотности в неспеченном (сыром) состоянии. Однако слишком низкий молекулярный вес ведет к неоднородному усилию выталкивания. Испытание 2
Следующее испытание выполнили для того чтобы установить, не оказывает ли влияния температура порошков на GD и Ej.F. Композицию, включающую FE 4908 из приведенного выше испытания 1, компактировали в инструменте, который был подогрет до температуры 150oC. Температура загружаемых порошков варьировалась. Результаты показаны ниже в табл. 2. Как видно из табл. 2, плотность в неспеченном (сыром) состоянии (GD) увеличивается, когда температура достигает максимальной температуры плавления смазки. Оказалось, что усилие выталкивания имеет минимальное значение в диапазоне на 5-50oC ниже максимальной температуры плавления смазок. Если некоторый олигомер должен использоваться в качестве смазки с максимальным эффектом, то температура компактирования должна быть согласована с характеристиками плавления олигомера. Испытание 3
Данное испытание проводили для сравнения плотности в неспеченном (сыром) состоянии и прочности в неспеченном состоянии прессовок, полученных после компактирования порошковых композиций, содержащих соответственно смазку согласно изобретению и смазки согласно патенту США N 5154881. Компактирование выполняли при различных температурах. Металлопорошковые композиции содержали следующие ингредиенты. Композиция 1 (изобретение)
Distaloy

0,3 вес.% графита
0,6 вес.% смазки Orgasol

Композиция 2 (патент США N 5154881)
Distaloy

0,3 вес.% графита
0,6 вес.% смазки Promold


Еще одно испытание было проведено для сравнения металлопорошковой композиции согласно изобретению и металлопорошковой композиции согласно предшествующему уровню техники, содержащей смазку Promold

Металлопорошковые композиции содержали следующие ингредиенты. Композиция 1 (изобретение)
Distaloy

0,3 вес.% графита
0,6 вес.% смазки Orgasol

Композиция 2 (предшествующий уровень техники)
аналогичная вышеприведенной, но с заменой на Promold 450 в качестве смазки вместо Orgasol. Компактирование выполняли на прессе Dorst, на котором температура пресс-формы составляла 150oC. Температура порошков составляла 115oC. Результаты приведены в табл. 4. Как видно из табл. 4, продукт, полученный после компактирования металлопорошковой композиции согласно изобретению имел значительно более высокую прочность в сыром (неспеченном) состоянии. Испытание 5
Еще одно испытание было выполнено, чтобы установить, оказывает ли одинаковое влияние смазка согласно изобретению, если используется предварительно легированный железный порошок и порошок из чистого железа. Обе различные металлопорошковые композиции, содержащие нижеследующие ингредиенты были смешаны в мешалке Lodige. 1. Astaloy



Как оказалось из последующих экспериментов, олигомеры согласно изобретению могут быть использованы также для холодного компактирования, даже если полученные результаты не являются столь же благоприятными, как результаты, которые могут быть получены с общепринятыми смазками для холодного компактирования. Кроме того, об использовании оргасола для холодного компактирования было сообщено Molera P. в публикации "Deformation Mettallica" /14/, 1989. Технические данные показывают, что Molera использовал Orgasol 2002, который представляет собой соединение, имеющее молекулярный вес 40000. Были использованы следующие смазки:
Kenolube P11 (используемая в промышленности смазка)
Стеарат цинка (используемая в промышленности смазка)
Orgasol 2001 EXTD NAT 1
Orgasol 2002 D NAT 1
Orgasol 3502 D NAT 1
Свойства в сыром (неспеченном) состоянии
Состав: ASC 100,29 + 0,8% смазки (перемешивались в течение 2 мин в лабораторном смесителе Lodige). Образцы:

По сравнению с материалами, содержащими Kenolube с стеарат цинка, материалы, смешанные с различными сортами Orgasola дают значительно более высокое усилие выталкивания и более низкую прессуемость. Смазки типа Orgasolов также снижают кажущуюся (насыпную) плотность.
Формула изобретения
-[NH-(CH2)m-CO]n-,
где m находится в диапазоне 6 - 12, а n находится в диапазоне 5 - 50. 5. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что олигомер является производным диамином и дикарбоновых кислот и содержит структурное звено -[NH-(CH2)m-NHCO(CH2)n-CO]x-,
где m и n находятся в диапазоне 4 - 12, причем (m + n) составляет более, чем 12, а x находится в диапазоне 2 - 25. 6. Смазка по п.1, отличающаяся тем, что олигомер в положении -[NH-... имеет концевые группы, выбранные из -H; -CO-R, где R представляет собой неразветвленную или разветвленную C2 - C20 алифатическую или ароматическую группу, предпочтительно лауриновую кислоту, 2-этиленгексановую кислоту или бензойную кислоту; или -CO(CH2)n - COOH, где n равно 6 - 12, и в положении . . . -CO]- концевые группы, выбранные из -OH; -NH-R, где R представляют собой неразветвленную или разветвленную C2 - C22 алифатическую группу или ароматическую группу, предпочтительно C6 - C12 алифатическую группу; или -NH-(CH2)n-NH2, где n равно 6 - 12. 7. Смазка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что олигомер имеет максимум точки плавления в диапазоне 120 - 200oС. 8. Металлопорошковая композиция для теплового компактирования, содержащая порошок на основе железа и смазку, отличающаяся тем, что смазка состоит по существу из олигомера амидного типа, который имеет средневзвешенный молекулярный вес Mw самое большее 30000. 9. Металлопорошковая композиция по п.8, отличающаяся тем, что олигомер имеет молекулярный вес 2000 - 20000 и содержится в количестве менее, чем 1% весовой. 10. Металлопорошковая композиция по п.8 или 9, отличающаяся тем, что металлический порошок представляет собой порошок на основе железа, имеющий высокую прессуемость, и по меньшей мере 80% смазки состоит из олигомера. 11. Металлопорошковая композиция по п.10, отличающаяся тем, что порошок на основе железа имеет содержание углерода самое большее 0,04 вес.%. 12. Металлопорошковая композиция по любому из пп.8 - 11, отличающаяся тем, что содержание олигомера составляет 0,2 - 0,8 вес.% от всей композиции. 13. Металлопорошковая композиция по любому из пп.8 - 12, отличающаяся тем, что, кроме того, она содержит одну или более добавок, выбранных из группы, состоящей из связующих веществ, вспомогательных технологических присадок и твердых фаз. 14. Способ производства спеченных продуктов, включающий в себя этапы
а) смешивания порошка на основе железа и смазки до получения металлопорошковой композиции, б) предварительного нагрева металлопорошковой композиции до предварительно определенной температуры, в) компактирования металлопорошковой композиции в предварительно нагретом инструменте и г) спекания прошедшей компактирование металлопорошковой композиции при температуре выше 1050oС, отличающийся тем, что смазка по существу состоит из олигомера амидного типа, который имеет средневзвешенный молекулярный вес Mw менее, чем 30000. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что порошковую композицию на этапе б) подогревают до температуры на 5 - 50oС ниже точки плавления олигомера. 16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что инструмент перед этапом в) подогревают до температуры на 0 - 30oС выше температуры предварительно нагретой металлопорошковой композиции. 17. Использование смазки, которая состоит по существу из олигомера амидного типа, имеющего средневзвешенный молекулярный вес Mw самое большее 30000, при тепловом компактировании.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6