用于粉末冶金的润滑剂和包含该润滑剂的金属粉末组合物的制作方法
【专利说明】用于粉末冶金的润滑剂和包含该润滑剂的金属粉末组合物
[0001]本发明的技术领域
[0002] 本发明的技术领域涉及包括润滑剂的金属粉末组合物。更特别地，其涉及用于粉 末冶金的颗粒复合物润滑剂和用于粉末冶金的包括该颗粒复合物润滑剂(particulate composite lubricant)的粉末组合物的生产方法。
【背景技术】
[0003] 在粉末冶金工业(PM工业）中，金属粉末例如基于铁的粉末用于组件的生产。更特 别地，将金属粉末组合物在模具中在高压下压制成生还(green compacts)，然后将所述生 还从模具中喷射并烧结成烧结体(sintered compacts)。相比于其它常规的方法例如机械 加工，该近净成形(near net shape)技术容许以较低的成本生产零件。
[0004] 金属粉末组合物包括金属粉末的混合物、润滑剂和任选的其它添加剂。粉末冶金 润滑剂通常是不同类型的蜡，所述蜡被磨碎(ground)或雾化成细颗粒，并与金属粉末共混， 例如铁和钢粉末。润滑剂降低了压制时颗粒间摩擦和与模具壁的摩擦并因此不但提高了致 密性((^]181；^〇&1：；[011)，而且还降低了零件从模具喷射时的与模具壁的摩擦。此外，选择润 滑剂来促进金属粉末组合物在模腔内充分地流动并且还选择有足够延展性的润滑剂从而 不妨碍压制过程。在零件的机械性能和最终的密度之间存在很强的关系。因此，允许有更高 的密度的润滑剂具有额外的价值。用于PM应用的常用润滑剂包括金属硬脂酸盐和酰胺蜡， 例如亚乙基双硬脂酸酰胺蜡。虽然其是优异的润滑剂，金属硬脂酸盐可在烧结时污染零件 并通过烧结炉排出的废气造成重金属污染。
[0005] 发明简述
[0006] 因此，本发明的目的在于解决上述问题。
[0007] 根据一般方面，提供用于粉末冶金的颗粒复合物润滑剂，其包括:包括至少约90质 量％的脂肪伯单酰胺錯(fatty primary monoamide wax)的第一离散颗粒，其是基本不含 脂肪双酰胺蜡并且至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗粒;和包括脂肪双酰胺蜡的不含金 属硬脂酸盐的第二离散颗粒。
[0008] 在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂包括在约10重量％和约60重量％之间的第 一离散颗粒。
[0009] 在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂包括在约40重量％和约90重量％之间的第 二离散颗粒。
[0010] 在一项实施方式中，第一离散颗粒基本上由至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗 粒的脂肪伯单酰胺蜡组成。
[0011] 在一项实施方式中，第一离散颗粒由至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗粒的脂 肪伯单酰胺蜡组成。
[0012] 在一项实施方式中，第二离散颗粒还包括至少约50重量％的脂肪双酰胺蜡和小于 约10重量％的脂肪伯单酰胺蜡。
[0013] 在一项实施方式中，第二离散颗粒还包括至少约90重量％的脂肪双酰胺蜡。例如， 所述第二离散颗粒基本上由脂肪双酰胺蜡组成。
[0014] 在一项实施方式中，第二离散颗粒的脂肪双酰胺蜡包括至少两种脂肪双酰胺蜡。
[0015] 在一项实施方式中，脂肪伯单酰胺蜡是12至24个碳的脂肪酸的单酰胺。该单酰胺 可选自：月桂酸酰胺、棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺(arachidamia)、山嵛酸酰胺、油 酸酰胺、芥酸酰胺及其组合。
[0016] 在一项实施方式中，金属氧化物纳颗粒包括以下的至少一种：铁氧化物、Ti02、 八120 3、511〇2、5102、(^02、和铟钛氧化物纳米颗粒、及其组合。在另一项实施方式中，金属氧化 物纳米颗粒包括气相二氧化娃纳米颗粒(fumed silica nanoparticles)。
[0017] 在一项实施方式中，第一离散颗粒包括小于约5质量％的金属氧化物纳米颗粒。 [0018] 在一些实施方式中，第一离散颗粒小于约250μηι。
[0019] 在一项实施方式中，至少部分地经涂覆的第一离散颗粒具有在约15μπι至约100μL? 之间的平均粒径。
[0020] 在一项实施方式中，至少部分地经涂覆的第一离散颗粒的D99在约80μπι至约220μπι 之间。
[0021] 在一项实施方式中，脂肪双酰胺蜡是选自以下的脂肪酸双酰胺:亚甲基双油酸酰 胺、亚甲基双硬脂酸酰胺、亚乙基双油酸酰胺，亚己基双硬脂酸酰胺和亚乙基双硬脂酸酰胺 (EBS)、及其混合物。
[0022]在一项实施方式中，第二离散颗粒具有小于约50μπι的平均粒径。
[0023] 在一项实施方式中，第二离散颗粒的D99小于约200μπι。
[0024] 在一项实施方式中，第二离散颗粒基本上不含金属。
[0025] 在一项特别实施方式中，第一离散颗粒包括芥酸酰胺颗粒和金属氧化物纳米颗粒 包括气相二氧化硅纳米颗粒并且第二离散颗粒包括亚乙基双硬脂酸酰胺颗粒。颗粒复合物 润滑剂可包括在约10重量％和约60重量％之间的芥酸酰胺颗粒和在约40重量％和约90重 量％之间的亚乙基双硬脂酸酰胺颗粒。芥酸酰胺颗粒可具有约60μπι的平均粒径且小于约 175μπι的直径。
[0026] 根据另一个一般的方面，提供冶金粉末组合物，其包括与如上描述的浓度在约0.1 重量％和约5重量％之间的颗粒复合物润滑剂混合的基于金属的粉末。在一项实施方式中， 基于金属的粉末为基于铁的粉末。
[0027] 根据另一个一般的方面，提供用于粉末冶金的粉末组合物的生产方法。该方法包 括:将基于所述粉末组合物的总重量的浓度在约0.1重量％和约5重量％之间的如上描述的 颗粒复合物润滑剂添加至基于金属的粉末。在一项实施方式中，基于金属的粉末为基于铁 的粉末。
[0028] 还根据另一个一般的方面，提供用于粉末冶金的颗粒复合物润滑剂。所述颗粒复 合物润滑剂包括:包括脂肪伯单酰胺蜡的第一离散颗粒，其基本不含脂肪双酰胺蜡，并且至 少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗粒，所述至少部分地经涂覆的第一离散颗粒具有在约15 μπι和约100μπι之间的平均粒径;和包括脂肪双酰胺蜡的不含金属硬脂酸盐的第二离散颗粒， 所述第二离散颗粒具有小于约50μπι的平均粒径。
[0029]在一项实施方式中，至少部分地经涂覆的第一离散颗粒具有在约25μπι至约75μπι之 间的平均粒径。
[0030] 在一项实施方式中，至少部分地经涂覆的第一离散颗粒的D99在约80μπι至约220μπι 之间。
[0031] 在一项实施方式中，至少部分地经涂覆的第一离散颗粒的D99在约115μπι至约180μ m之间。
[0032] 在一项实施方式中，第二离散颗粒具有小于约15μπι的平均粒径。
[0033] 在一项实施方式中，第二离散颗粒的D99小于约200μπι。
[0034] 在一项实施方式中，第二离散颗粒的D99小于约150μπι。
[0035] 在一项实施方式中，第一离散粒径包括至少约90重量％的脂肪伯单酰胺蜡。
[0036] 在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂包括在约10重量％和约60重量％之间的第 一离散颗粒。
[0037]在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂包括在约40重量％和约90重量％之间的第 二离散颗粒。
[0038] 在一项实施方式中，第一离散颗粒基本上由至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗 粒的脂肪伯单酰胺蜡组成。
[0039] 在一项实施方式中，第一离散颗粒由至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗粒的脂 肪伯单酰胺蜡组成。
[0040] 在一项实施方式中，第二离散颗粒还包括至少约50重量％的脂肪双酰胺蜡和小于 约10重量％的脂肪伯单酰胺蜡。
[0041] 在一项实施方式中，第二离散颗粒还包括至少约90重量％的脂肪双酰胺蜡。
[0042] 在一项实施方式中，第二离散颗粒基本上由脂肪双酰胺蜡组成。
[0043] 在一项实施方式中，第二离散颗粒基本上不含金属。
[0044] 在一项实施方式中，脂肪伯单酰胺蜡是12至24个碳的脂肪酸的单酰胺。该单酰胺 可选自：月桂酸酰胺、棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺、山嵛酸酰胺、油酰胺、芥酸酰胺 及其组合。
[0045] 在一项实施方式中，金属氧化物纳颗粒包括以下的至少一种：铁氧化物、Ti02、 Al2〇3、Sn02、Si02、Ce02、和铟钛氧化物纳米颗粒、及其组合。
[0046] 在一项实施方式中，金属氧化物纳米颗粒包括气相二氧化娃纳米颗粒。
[0047] 在一项实施方式中，第一离散颗粒包括小于约5质量％的金属氧化物纳米颗粒。
[0048] 在一些实施方式中，第一离散颗粒小于约250μηι。
[0049] 在一项实施方式中，脂肪双酰胺蜡是选自以下的脂肪酸双酰胺:亚甲基双油酸酰 胺、亚甲基双硬脂酸酰胺、亚乙基双油酸酰胺，亚己基双硬脂酸酰胺和亚乙基双硬脂酸酰胺 (EBS)、及其混合物。
[0050] 在一项实施方式中，第二离散颗粒具有小于约50μπι的平均粒径。
[0051] 在一项特别的项实施方式中，第一离散颗粒包括芥酸酰胺颗粒和包括气相二氧化 硅纳米颗粒的金属氧化物纳米颗粒;并且第二离散颗粒包括亚乙基双硬脂酸酰胺颗粒。该 特别的复合物润滑剂可包括在约10重量％和约60重量％之间的芥酸酰胺颗粒和在约40重 量％和约90重量％之间的亚乙基双硬脂酸酰胺颗粒。所述芥酸酰胺颗粒可具有约60μπι的平 均粒径和小于约17 5μηι的直径。
[0052]还根据一个一般的方面，提供冶金粉末组合物，其包括与如上描述的浓度在约0.1 重量％和约5重量％之间的颗粒复合物润滑剂混合的基于金属的粉末。在一项实施方式中， 基于金属的粉末为基于铁的粉末。
[0053]还根据一个一般的方面，提供用于粉末冶金的粉末组合物的生产方法。该方法包 括:将基于所述粉末组合物的总重量的浓度在约0.1重量％和约5重量％之间的的如上描述 的颗粒复合物润滑剂添加至基于金属的粉末。在一项实施方式中，基于金属的粉末为基于 铁的粉末。
[0054]还根据一个一般的方面，提供用于粉末冶金的颗粒复合物润滑剂，其包括:褐煤酸 酯蜡和包括至少一种脂肪单酰胺蜡和脂肪双酰胺蜡的至少一种脂肪酰胺蜡。
[0055] 在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂包括含褐煤酸酯蜡的第一离散颗粒。所述 第一离散颗粒还可包括脂肪单酰胺蜡而该脂肪单酰胺蜡可包括脂肪伯单酰胺蜡。在一项实 施方式中，颗粒复合物润滑剂还可包括第二离散颗粒，其包括选自以下的有机的、不含金属 的粉末状(pulverulent)润滑剂:脂肪双酰胺蜡、脂肪单酰胺蜡、甘油酯、褐煤酸酯蜡、石蜡、 聚烯烃、聚酰胺、聚酯及其混合物。在一项实施方式中，颗粒复合物润滑剂还可包括含脂肪 双酰胺蜡的第二离散颗粒。所述第二离散颗粒还可包括褐煤酸酯蜡。
[0056] 在一项实施方式中，第一离散颗粒至少部分地涂覆有金属氧化物纳米颗粒。
[0057]在一项实施方式中，第一离散颗粒还包括脂肪双酰胺蜡。颗粒复合物润滑剂还可 包括第二离散颗粒，其包括选自以下的有机的、不含金属的粉末状润滑剂:脂肪双酰胺蜡、 脂肪单酰胺蜡、甘油酯、褐煤酸酯蜡、石蜡、聚烯烃、聚酰胺、聚酯及其混合物。颗粒复合物润 滑剂