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Dokumentenidentifikation DE602005000921T2 06.09.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001652948
Titel Verwendung einer Pulvermischung für Pulvermetallurgie zur Herstellung eines Grünlings
Anmelder Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe, Hyogo, JP
Erfinder Fujisawa, Kazuhisa c/o Kobe Corp. Res. Lab., Nishi-ku Kobe-shi Hyogo 651-2271, JP;
Fujiura, Takayasu c/o Kobe Corp. Res. Lab., Nishi-ku Kobe-shi Hyogo 651-2271, JP;
Suzuki, Hironori c/o Takasago Works, Takasago-shi Hyogo 676-8670, JP
Vertreter Müller-Boré & Partner, Patentanwälte, European Patent Attorneys, 81671 München
DE-Aktenzeichen 602005000921
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.09.2005
EP-Aktenzeichen 050206093
EP-Offenlegungsdatum 03.05.2006
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.09.2007
IPC-Hauptklasse C22C 33/02(2006.01)A, F, I, 20060330, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B22F 1/00(2006.01)A, L, I, 20060330, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Pulvergemisches für Pulvermetallurgie als ein Einsatzmaterial eines Grünlings mit einer ausreichenden Dichte und Festigkeit sogar vor dem Sinterungsverfahren und mit einer ausgezeichneten Bearbeitbarkeit.

Die Pulvermetallurgie ist eine Technologie, die zur Herstellung von Maschinenteilen und ölimprägnierten Lagerelementen aus einem Metallpulver verwendet wird. Da sehr genaue Produkte effizient massenproduziert werden können, ist die Pulvermetallurgie insbesondere in der Automobilindustrie und dergleichen unentbehrlich. Bei dieser Pulvermetallurgie wird im allgemeinen ein Pulvergemisch, einschließlich eines Metallpulvers, durch Kompression geformt und der resultierende Grünling wird dann entwachst. Anschließend wird beispielsweise bei der Pulvermetallurgie auf Eisenbasis der Preßling bei einer Temperatur von etwa 1.000°C bis etwa 1.300°C gesintert. Bei diesem Sinterungsverfahren bildet das Metallpulvergemisch eine Legierung, wodurch die Festigkeit des Preßlings erhöht wird. Ein Schneidvorgang wird dann auf dem resultierenden gesinterten Preßling durchgeführt.

Jedoch weist ein solcher gesinterter Preßling eine unmäßig hohe Festigkeit im Hinblick auf einen Schneidvorgang auf. Ferner wird die Haltbarkeit eines Schneidwerkzeuges aufgrund der hohen Festigkeit des gesinterten Preßlings verkürzt. Andererseits kann ein Grünling dem Schneidvorgang nicht vor dem Sintern unterzogen werden, da der Grünling brüchig ist. Folglich ist eine Technologie erwünscht, durch die die Festigkeit eines Grünlings vor dem Sinterungsverfahren erhöht wird, so daß der Grünling anschließend einem Schneidvorgang unterzogen und schließlich gesintert werden kann.

Ein Dokument von Tianjun Liu et al. (Funtai oyobi Funmatsu yakin (Journal of the Japan Society of Powder and Powder metallurgy) Bd. 50, Nr. 11, S. 832–836 (2003)) offenbart ein Beispiel einer solchen Technologie. Gemäß dieser Technologie wird ein Polymerschmiermittel zu einem Pulvergemisch zugegeben, das ein Einsatzmaterial bildet, und ein Grünling aus dem resultierenden Pulvergemisch wird bei einer Temperatur unter der Sintertemperatur erhitzt. Folglich kann die Festigkeit des Preßlings nur durch diese Wärmebehandlung erhöht werden und daher kann ein Schneidvorgang vor dem Sinterungsverfahren durchgeführt werden. Jedoch kann, da ein Polymerschmiermittel als ein Schmiermittel verwendet wird, seine Schmierfähigkeit während des Formpressens unzureichend sein. Obwohl die Temperatur mit 190°C relativ gering ist, dauert es ferner etwa eine Stunde, um die Wärmebehandlung zu beenden, bevor der Schneidvorgang durchgeführt wird. Deshalb verringert diese Wärmebehandlung die Produktivität.

Bei der Pulvermetallurgie ist die Fließfähigkeit des Pulvergemisches eines der wichtigsten Merkmale, wenn ein Pulvergemisch aus einem Vorratstrichter entladen wird oder wenn eine Preßform mit dem Pulvergemisch gefüllt wird. Speziell verursacht eine geringe Fließfähigkeit eines Pulvergemisches die folgenden Probleme. Beispielsweise kann eine Aufbauchung an der oberen Seite einer Entladungsöffnung eines Trichters auftreten, was zu Entladungsversagen führt. Ebenso kann das Pulvergemisch einen Schlauch verstopfen, der den Trichter mit einem Vorsatzteilbehälter verbindet. Ferner kann, selbst wenn ein Pulvergemisch mit einer geringen Fließfähigkeit aus dem Schlauch zwangsweise entladen wird, das Pulver eine Preßform nicht zufriedenstellend füllen, insbesondere eine Preßform mit dünnen Wänden. Folglich kann ein zufriedenstellender Preßling nicht gebildet werden. Aus diesen Gründen ist ein Rohpulver für die Pulvermetallurgie mit ausgezeichneter Fließfähigkeit stark wünschenswert.

Obwohl sich der Gegenstand von dem der vorliegenden Erfindung unterscheidet, ist die folgende Technologie zur Herstellung eines gebundenen Magneten bekannt: Ein durch Wärme härtendes Harz wird zu einem magnetischen Pulver oder dergleichen zugegeben, und eine Wärmebehandlung wird dann durchgeführt. Folglich wird ein Preßling ohne Sintern gehärtet, während die magnetischen Eigenschaften des Preßlings sichergestellt werden. Der resultierende Preßling wird ohne weitere Behandlung verwendet. Folglich kann diese Herstellungstechnologie eines gebundenen Magneten auf die Pulvermetallurgie angewendet werden. Jedoch können bekannte Herstellungstechnologien von gebundenen Magneten als solche nicht auf die Pulvermetallurgie angewendet werden.

Beispielsweise offenbaren die japanischen ungeprüften Patentanmeldungen Veröffentlichungs-Nr. 4-284602 (Absatz Nr. 0007 und Beispiele), 6-112022 (Absätze Nr. 0015 und 0016 und Beispiele), 6-188137 (Absätze Nr. 0015 und 0020 und Beispiele) und 8-31677 (Absätze Nr. 0031 und 0033 und Beispiele) Verfahren zur Herstellung eines gebundenen Magneten, bei dem ein Gemisch aus einer Pulverlegierung und einem durch Wärme härtenden Harz (Bindemittel) als ein Einsatzmaterial verwendet wird. Jedoch sind der Typ und der Teilchendurchmesser des durch Wärme härtenden Harzes nicht ausführlich untersucht, da sich diese Technologien auf einen gebundenen Magneten beziehen, und ihre Gegenstände unterscheiden sich von dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist der Gehalt an durch Wärme härtendem Harz aus Sicht der Anwendung auf die Pulvermetallurgie relativ groß. Beispielsweise beträgt gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 4-284602 der Gehalt eines durch Wärme härtenden Harzbindemittels 0,5 bis 4 Masse-%, bezogen auf eine Legierung. Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 6-112022 werden 0,5 bis 5 Gewichtsteile (insbesondere 1 bis 3 Gewichtsteile) eines durch Wärme härtenden Harzes zu 100 Gewichtsteilen eines magnetischen Pulvers zugegeben. Jedoch beträgt in den Beispielen dieser Patentdokumente die Menge eines durch Wärme härtenden Harzes in bezug auf die Gesamtmenge einer Pulverlegierung 2 Masse-% oder mehr. Gemäß Untersuchungen, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, werden, wenn ein durch Wärme härtendes Harz übermäßig zu einem Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie zugegeben wird, die Fließfähigkeit des Pulvers und die Dichte des Grünlings verringert.

Gemäß der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 10-303009 (Ansprüche) wird ein Epoxidharzpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 &mgr;m oder weniger, das als ein Harzbindemittel verwendet wird, mit einem magnetischen Pulver gemischt, um einen gebundenen Magneten zu formen. Das Mischverhältnis des Epoxidharzpulvers zu dem magnetischen Pulver beträgt 0,1 bis 0,5 Masse-%. Ein anorganisches Additiv wird zu dem Pulvergemisch zugegeben, um den Abrieb in einer Preßform während des Formens zu unterdrücken. Jedoch wird in diesem Pulvergemisch eine Komponente, die die Festigkeit und Bearbeitbarkeit des Preßlings verbessert, nicht in Betracht gezogen. Außerdem ist der Gehalt dieses anorganischen Additivs sehr gering (20 bis 40 Masseprozent der Gesamtmenge des Harzbindemittels, 0,02 bis 0,2 Masse-% der Gesamtmenge des magnetischen Pulvers). Deshalb kann, selbst wenn das anorganische Additiv die Funktion zur Verbesserung der Festigkeit des Preßlings oder dergleichen aufweist, die Funktion in einem solchen geringen Gehalt nicht erfüllt werden.

US-A-5980603 offenbart die Verwendung eines durch Wärme härtenden Harzes zur Herstellung von gepreßten und gehärteten Teilen.

Im Hinblick auf die oben beschriebene Situation ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren unter Verwendung eines Pulvergemisches für die Pulvermetallurgie als ein Einsatzmaterial eines Grünlings bereitzustellen. Aufgrund seiner ausgezeichneten Fließfähigkeit stellt das Pulvergemisch eine hohe Produktivität bereit. Ferner weist ein Grünling unter Verwendung des Pulvergemisches als ein Einsatzmaterial ausreichende Dichte und Festigkeit auf und ist hinsichtlich der Bearbeitbarkeit ausgezeichnet. Deshalb kann ein Schneidvorgang vor dem Sinterungsverfahren durchgeführt werden, und außerdem kann die Haltbarkeit eines verwendeten Schneidwerkzeuges verlängert werden. Ebenso ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Grünling unter Verwendung dieses Pulvergemisches als ein Einsatzmaterial für die Pulvermetallurgie bereitzustellen, wobei der Grünling ausgezeichnete Festigkeit und dergleichen sogar vorm Sintern aufweist.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, untersuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung intensiv insbesondere die Zusammensetzung eines Pulvergemisches für die Pulvermetallurgie und fanden folgendes heraus: Wenn eine Komponente zum Verbessern der mechanischen Eigenschaften und ein durch Wärme härtendes Harz zu einem Grundpulver zugegeben werden, und außerdem ein entsprechendes durch Wärme härtendes Harz verwendet wird, kann ein Grünling mit einer ausreichenden Dichte und Festigkeit hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage dieser Ergebnisse gemacht worden.

Speziell wird in der vorliegenden Erfindung ein Pulvergemisch-für-die-Pulvermetallurgie als ein Einsatzmaterial eines Grünlings verwendet, und das Pulvergemisch umfaßt ein Eisenpulver und/oder ein Eisenlegierungspulver, eine Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften und ein durch Wärme härtendes Harzpulver. In dem Pulvergemisch besteht das durch Wärme härtende Harzpulver aus mindestens einem Harz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis, einem Harz auf Epoxy-Basis und einem Harz auf Acryl-Basis. Außerdem beträgt der durchschnittliche Teilchendurchmesser des durch Wärme härtenden Harzpulvers 100 &mgr;m oder weniger, und der Gehalt des durch Wärme härtenden Harzpulvers, relativ zu der Gesamtmenge des Eisenpulvers und/oder des Eisenlegierungspulvers, 0,05 bis 1,0 Masse-%.

Das Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie umfaßt bevorzugt ferner ein Schmiermittel. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Schmiermittel den Reibungskoeffizienten zwischen dem Grünling und einer Preßform verringert. Infolgedessen können die Erzeugung von Preßformreibung und eine Schädigung der Preßform unterdrückt werden. Das Schmiermittel ist bevorzugt mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenbisstearamid, Stearamid, Zinkstearat und Lithiumstearat. Dies ist darauf zurückzuführen, daß diese Verbindungen als eine zusätzliche Komponente des Pulvergemisches für die Pulvermetallurgie ausgezeichnet sind.

Die Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften ist mindestens eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Nickel, Chrom, Molybdän, Graphit und Mangansulfid. Dies ist darauf zurückzuführen, daß diese Substanzen in das Eisenpulver oder dergleichen während des Sinterungsverfahrens diffundieren. Folglich kann die Härte oder die Zähigkeit des Preßlings verbessert werden, oder die Bearbeitbarkeit des Preßlings kann verbessert werden.

Ferner wird ein Grünling, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wird, aus dem oben beschriebenen Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie hergestellt werden.

Das Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist ausgezeichnete Fließfähigkeit und dergleichen auf und stellt eine ausgezeichnete Produktivität bereit. Ferner kann ein Grünling einem Schneidvorgang unterzogen werden, da der Grünling unter Verwendung dieses Pulvergemisches als ein Einsatzmaterial eine ausreichende Dichte und Festigkeit sogar vor dem Sintern aufweist. Außerdem kann, da der Grünling keine übermäßig hohe Festigkeit aufweist, die Haltbarkeit eines verwendeten Schneidwerkzeugs verlängert werden. Folglich sind das Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und der Grünling, der das Pulvergemisch als ein Einsatzmaterial verwendet, für industrielle Anwendungen aus der Sicht, daß die Produktivität der Pulvermetallurgie verbessert werden kann, ausgezeichnet.

Ein Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt ein Eisenpulver und/oder ein Eisenlegierungspulver, eine Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften und ein durch Wärme härtendes Harzpulver. Das durch Wärme härtende Harzpulver besteht aus mindestens einem Harz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis, einem Harz auf Epoxy-Basis und einem Harz auf Acryl-Basis; der durchschnittliche Teilchendurchmesser des durch Wärme härtenden Harzpulvers beträgt 100 &mgr;m oder weniger; und der Gehalt des durch Wärme härtenden Harzpulvers, relativ zu der Gesamtmenge des Eisenpulvers und/oder des Eisenlegierungspulvers, beträgt 0,05 bis 1,0 Masse-%.

Beispielsweise können kommerziell erhältliche, normale Eisenpulver und/oder Eisenlegierungspulver, die für ein Material für die Metallurgie verwendet werden, in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften wird zugegeben, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, wie die Härte und die Zähigkeit eines Preßlings, oder um die Bearbeitbarkeit des Preßlings durch Diffundieren in ein Grundeisenpulver oder dergleichen während des Sinterungsverfahrens zu verbessern. Beispiele der Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften umfassen Metallpulver, die für Legierungen verwendet werden, wie Kupfer-, Nickel-, Chrom- und Molybdänpulver; und anorganische Pulver, wie Graphit- und Mangansulfidpulver. Diese Komponenten können allein oder in Kombinationen von zwei oder mehr Pulvern verwendet werden. Die Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften kann mit einem Eisenpulver oder dergleichen, falls verwendet, gemischt werden. Alternativ kann beispielsweise Graphit gleichmäßig an einem Eisenpulver oder dergleichen haften, mit einem Bindemittel dazwischen, falls eingesetzt.

Der Gehalt an Metallpulver, das für Legierungen verwendet wird und als Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften dient, beträgt 0,1 bis 4 Masse-% (hierin nachstehend wird, wenn nicht anders angegeben, „Masse-%" einfach durch „%" dargestellt), relativ zu der Gesamtmenge eines Grundeisenpulvers oder dergleichen. Bei einem Gehalt von weniger als 0,1% kann keine zufriedenstellend Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aufgrund einer kleinen Menge an Diffusion in das Grundpulver erreicht werden. Andererseits wird bei einem Gehalt von über 4% die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ebenso verringert. Außerdem kann bei einem solch übermäßig hohen Gehalt ein Grünling mit einer zufriedenstellenden Dichte nicht hergestellt werden, da die Komprimierbarkeit beeinträchtigt wird. Der Gehalt an anorganischem Pulver, wie Graphit, beträgt 0,1% bis 1%, relativ zu der Gesamtmenge eines Grundeisenpulvers oder dergleichen. Bei einem Gehalt von weniger als 0,1% kann die Verbesserung nicht zufriedenstellend sein. Bei einem Gehalt über 1% können die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.

Das durch Wärme härtende Harzpulver, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird auf der Oberfläche oder innerhalb eines Grünlings durch eine einfache Wärmebehandlung gehärtet, um die Bindungsfestigkeit zwischen Grundeisenteilchen oder dergleichen zu erhöhen. Infolgedessen kann sogar vor dem Sinterungsverfahren ein Schneidvorgang durchgeführt werden. Beispiele des Materials des durch Wärme härtenden Harzpulvers der vorliegenden Erfindung umfassen hauptsächlich (1) Harze auf Epoxy-Polyester-Basis, (2) Harze auf Epoxy-Basis, (3) Harze auf Acryl-Basis und (4) Gemische, umfassend mindestens zwei von diesen.

Das durch Wärme härtende Harzpulver ist keine Flüssigkeit, sondern muß ein Pulver sein, da es Fließfähigkeit während des Herstellungsverfahrens eines Grünlings zeigen muß. Folglich können Pulverbeschichtungen, die kein Pigment umfassen und farblos sind (d. h. klare Pulverbeschichtungen), für das durch Wärme härtende Harzpulver verwendet werden.

Das „Harz auf Epoxy-Polyester-Basis" bezieht sich auf ein Epoxygruppen-enthaltendes Harz, das mit einem Carbonsäuregruppen-enthaltenden Harz, das als ein Härtungsmittel dient, vernetzt ist.

Beispiele des Epoxygruppen-enthaltenden Harzes umfassen Verbindungen mit mindestens zwei Epoxygruppen pro Molekül. Spezieller umfassen Beispiele des Epoxygruppen-enthaltenden Harzes Reaktionsprodukte eines Phenolharzes vom Novolaktyp und Epichlorhydrin; Reaktionsprodukte eines Bisphenolharzes (A-, B-, F-Typen und dergleichen) und Epichlorhydrin; Reaktionsprodukte eines Phenolharzes vom Novolaktyp, eines Bisphenolharzes (A-, B-, F-Typen und dergleichen) und Epichlorhydrin; Reaktionsprodukte eines Phenolharzes vom Novolaktyp und eines Bisphenolharzes (A-, B-, F-Typen und dergleichen); Reaktionsprodukte einer Cresolverbindung, wie Cresolnovolak, und Epichlorhydrin; Glycidylether, erhalten durch Umsetzen einer Alkoholverbindung, wie Ethylenglycol, Propylenglycol, 1,4-Butandiol, Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Neopentylglycol oder Glycerol, mit Epichlorhydrin; Glycidylester, erhalten durch Umsetzen einer Carbonsäure, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Phthalsäure, Terephthalsäure, Hexahydrophthalsäure oder Trimellithsäure, mit Epichlorhydrin; Reaktionsprodukte einer Hydroxycarbonsäure, wie p-Hydroxybenzoesäure oder &bgr;-Oxynaphthoesäure, und Epichlorhydrin; Triglycidylisocyanurat und Derivate davon. Diese Epoxygruppen-enthaltenden Harze können in Kombinationen von zwei oder mehr Harzen verwendet werden.

Das „Carbonsäuregruppen-enthaltende Polyesterharz" umfaßt mindestens zwei Carbonsäuregruppen oder Carbonsäureanhydridgruppen. Beispiele des Carbonsäuregruppen-enthaltenden Polyesterharzes umfassen Harze, erhalten durch Kondensationspolymerisation unter Verwendung einer Säurekomponente, die hauptsächlich aus einer Polycarbonsäure besteht, und einer Alkoholkomponente, die hauptsächlich aus einem mehrwertigen Alkohol besteht.

Beispiele der Säurekomponente umfassen Terephthalsäure, Isophthalsäure, Phthalsäure und Anhydride davon; aromatische Dicarbonsäure, wie 2,6-Naphthalindicarbonsäure, 2,7-Naphthalindicarbonsäure und Anhydride davon; gesättigte aliphatische Dicarbonsäuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Dodecandicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure und Anhydride davon; Lactone, wie &ggr;-Butyrolacton und &egr;-Caprolacton; aromatische Hydroxymonocarbonsäuren, wie p-Hydroxyethoxybenzoesäure; und Hydroxycarbonsäuren, die diesen entsprechen. Diese Säurekomponenten können in Kombinationen von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden.

Beispiele der Alkoholkomponente umfassen Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, 1,2-Propandiol, 1,3-Propandiol, 1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,2-Pentandiol, 2,3-Pentandiol, 1,4-Pentandiol, 1,5-Pentandiol, 1,4-Hexandiol, 1,5-Hexandiol, 2,5-Hexandiol, 1,4-Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Alkylenoxidaddukte von Bisphenol A, Alkylenoxidaddukte von Bisphenol S, Neopentylglycol, 3-Methyl-1,5-pentandiol, 1,2-Dodecandiol, 1,2-Octadecandiol, Trimethylolpropan, Glycerin und Pentaerythritol. Diese Alkoholkomponenten können in Kombinationen von zwei oder mehr Komponenten verwendet werden.

Das Molverhältnis der Gesamtmenge an Epoxygruppen in dem Epoxygruppenenthaltenden Harz zu der Gesamtmenge an Säuregruppen in dem Carbonsäuregruppen-enthaltenden Polyesterharz wird geeigneterweise gemäß der minimalen Schmelzviskosität bestimmt. Im allgemeinen beträgt das Molverhältnis bevorzugt 1/1 bis 1/0,5 und stärker bevorzugt 1/0,8 bis 1/0,6.

Das „Harz auf Epoxy-Basis" bezieht sich auf ein Epoxygruppen-enthaltendes Harz, das mit einem Aminhärtungsmittel oder einem Säurehärtungsmittel vernetzt ist. Dieselben Epoxygruppen-enthaltenden Harze wie die, die als eine Komponente des obigen Harzes auf Epoxy-Polyester-Basis beschrieben sind, können für dieses Epoxygruppen-enthaltend Harz verwendet werden.

Beispiele des Aminhärtungsmittels umfassen kettenaliphatische Amine, wie Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin, Dipropylendiamin, Diethylaminopropylamin und Hexamethylendiamin; cyclische aliphatische Amine, wie Menthandiamin, Isophorondiamin, Bis(4-amino-3-methylcyclohexyl)methan, Diaminocyclohexylmethan, Bis(aminomethyl)cyclohexan, N-Aminoethylpiperazin und 3,9-Bis(3-aminopropyl)2,4,8,10-tetraoxaspiro[5.5]undecan; und aromatische Amine, wie m-Xyloldiamin, Metaphenylendiamin, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphenylsulfon und Diaminodiethyldiphenylmethan.

Beispiele des Säurehärtungsmittels umfassen aliphatische Säureanhydride, wie Dodecenylbernsteinsäureanhydrid, Polyadipinsäureanhydrid, Polyazelainsäureanhydrid, Polysebacinsäureanhydrid, Poly(ethyloctadecandisäure)anhydrid und Poly(phenylhexadecandisäure)anhydrid; alicyclische Säureanhydride, wie Methyltetrahydrophthalsäureanhydrid, Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, Methyl-3,6-endomethylen-tetrahydro-phthalsäureanhydrid (Methyl Himic Anhydride), Hexahydrophthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, ein Trialkyltetrahydrophthalsäureanhydrid und Methylcyclohexendicarbonsäureanhydrid; aromatische Säureanhydride, wie Phthalsäureanhydrid, Trimellithsäureanhydrid, Pyromellithsäureanhydrid, Benzophenontetracarbonsäureanhydrid, Ethylenglycolbistrimellitat und Glyceroltristrimellitat; und Halogen-enthaltende Säureanhydride, wie Het-Säureanhydrid und Tetrabromphthalsäureanhydrid.

Das „Harz auf Acryl-Basis" bezieht sich auf ein Acrylharz mit einer Glycidylgruppe in der Seitenkette, wobei das Acrylharz mit einer zweiwertigen Säure, die als ein Härtungsmittel dient, vernetzt ist.

Beispiele eines Monomers, das das „Acrylharz mit einer Glycidylgruppe in der Seitenkette" bildet, umfassen Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, &bgr;-Methylglycidylacrylat und &bgr;-Methylglycidylmethacrylat. Diese Monomere können in Kombinationen von zwei oder mehr Monomeren verwendet werden. Alternativ können diese Monomere mit einem anderen Monomer copolymerisiert werden, um das Acrylharz herzustellen. Beispiele des anderen Monomers umfassen Alkylvinylether, wie Ethylvinylether, Propylvinylether, Butylvinylether, Isobutylvinylether und Cyclohexylvinylether; Ester einer Alkylcarbonsäure und Vinylalkohol, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinylisobutyrat, Vinylvalerat und Vinylcyclohexancarboxylat; Alkylallylether, wie Ethylallylether, Propylallylether, Butylallylether, Isobutylallylether und Cyclohexylallylether; Alkylallylester, wie Ethylallylester, Propylallylester, Butylallylester, Isobutylallylester und Cyclohexylallylester; Alkene, wie Ethylen, Propylen, Butylen und Isobutylen; Acrylverbindungen; Ester von Acrylsäure oder Methacrylsäure, wie Ethylacrylat, Propylacrylat, Butylacrylat, Isobutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat und 2-Ethylhexylmethacrylat; Styrol und Derivate davon, wie Styrol und &agr;-Methylstyrol; Acrylamide, wie Acrylamid und Methacrylamid; Acrylnitrile, wie Acrylnitril und Methacrylnitril; Halogen-enthaltende Vinylmonomere und Silicium-enthaltende Vinylmonomere. Diese Monomere können in Kombinationen von zwei oder mehr Monomeren verwendet werden.

Die oben beschriebenen Monomere werden polymerisiert und dann mit einer zweiwertigen Säure vernetzt, um das Harz auf Acryl-Basis herzustellen, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Dieselben Säurehärtungsmittel wie die, die in dem Harz auf Epoxy-Basis verwendet werden, können als diese zweiwertige Säure verwendet werden.

Zusätzlich zu den obigen Harzen kann ein anderes Harz zugegeben werden. Beispiele des anderen Harzes umfassen Harze auf Polyurethan-Basis, hergestellt durch Härten eines Hydroxylgruppen-enthaltenden Polyesterharzes mit einem Isocyanathärtungsmittel, eines Harzes auf Polyester-Basis, hergestellt durch Härten eines Carboxylgruppen-enthaltenden Polyesterharzes mit Triglycidylisocyanat oder dergleichen, Harze, hergestellt durch Härten eines Hydroxylgruppen-enthaltenden Polyesterharzes mit einem Acrylharz mit einer Isocyanatgruppe in der Seitenkette, und Harze, hergestellt durch Härten eines Carboxylgruppen-enthaltenden Polyesterharzes mit einem Acrylharz mit einer Glycidylgruppe in der Seitenkette.

Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des durch Wärme härtenden Harzpulvers beträgt 100 &mgr;m oder weniger. Wenn ein durch Wärme härtendes Harzpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser über 100 &mgr;m verwendet wird, ist es schwierig, die gesamten Grundeisenteilchen oder dergleichen mit dem Harz, das durch eine Wärmebehandlung geschmolzen wird, zu beschichten. In einem solchen Fall kann die Festigkeit eines Preßlings nicht zufriedenstellend verbessert werden. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des durch Wärme härtendes Harzpulvers beträgt stärker bevorzugt 80 &mgr;m oder weniger, insbesondere 60 &mgr;m oder weniger. Obwohl die untere Grenze nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt die untere Grenze im allgemeinen etwa 30 &mgr;m. In bezug auf den „durchschnittlichen Teilchendurchmesser" in der vorliegenden Erfindung sollte, wenn ein kommerziell erhältliches Harzpulver verwendet wird, der Wert, der in einem Katalog oder dergleichen beschrieben ist, als der durchschnittliche Teilchendurchmesser betrachtet werden. Wenn der durchschnittliche Teilchendurchmesser nicht bekannt ist, wird die Teilchengrößenverteilung durch einen normalen Teilchengrößenverteilungsanalysator gemessen. Folglich wird der Teilchendurchmesser bei dem kumulativen Wert von 50% (D50) von dem kleinsten Teilchendurchmesser aus dem Ergebnis bestimmt und als der durchschnittliche Teilchendurchmesser definiert.

Der Gehalt an Harzpulver beträgt 0,05% bis 1,0%, relativ zu der Gesamtmenge eines Eisenpulvers und/oder eines Eisenlegierungspulvers. Bei einem Harzpulvergehalt von weniger als 0,05% kann die Festigkeit eines Grünlings nicht zufriedenstellend verbessert werden, und der Schneidvorgang vor dem Sinterungsverfahren kann nicht durchgeführt werden. Andererseits wird bei einem Harzpulvergehalt über 1,0% die Fließfähigkeit eines Pulvergemisches verringert, wodurch die Produktivität verringert wird. In einem solchen Fall wird die Dichte eines Grünlings ebenso verringert.

Einige der kommerziell erhältlichen Harzpulver umfassen ein Pigment für den Zweck der Färbung. Ein kommerziell erhältliches Harzpulver, einschließlich eines Pigments, kann für das Harzpulver in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Jedoch wird, da das Pigment eine nachteilige Wirkung auf die Festigkeit eines Grünlings haben kann, ein pigmentfreies Harzpulver bevorzugt verwendet werden.

Ein Schmiermittel kann zu dem Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie der vorliegenden Erfindung zugegeben werden. Das Schmiermittel verringert den Reibungskoeffizienten zwischen dem Grünling und einer Preßform, wodurch die Erzeugung der Preßformreibung und eine Schädigung der Preßform unterdrückt werden. Bevorzugte Beispiele des Schmiermittels, das in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, umfassen Ethylenbisstearamid, Stearamid, Zinkstearat, Lithiumstearat und Gemische aus mindestens zwei von diesen. Diese Schmiermittel, falls verwendet, sollten gemäß dem beabsichtigten Zweck des Preßlings ausgewählt sein.

Der Gehalt des Schmiermittels beträgt 0,05% bis 1,0%, relativ zu der Gesamtmenge eines Grundeisenpulvers oder dergleichen. Bei einem Gehalt von weniger als 0,05% kann die Schmierfähigkeit unzureichend sein. Bei einem Gehalt über 1,0% kann das Härten eines Harzpulvers nicht zufriedenstellend durchgeführt werden, und die Fließfähigkeit des Pulvergemisches kann unzureichend sein.

Das oben beschriebene Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird durch ein normales Verfahren geformt, um einen Grünling herzustellen. Beispielsweise wird eine Preßform mit dem Pulvergemisch gefüllt, und ein Druck von 5 bis 7 t/cm2 (490 bis 686 MPa) wird angelegt. Anschließend wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, damit das durch Wärme härtende Harzpulver gehärtet wird, um die Festigkeit des Grünlings zu erhöhen. Obwohl die Bedingungen für die Wärmebehandlung hauptsächlich von dem Typ des zugegebenen durch Wärme härtenden Harzpulvers abhängen, wird die Wärmebehandlung im allgemeinen bei lediglich etwa 150°C bis etwa 200°C für 10 bis 30 Minuten durchgeführt (stärker bevorzugt 15 bis 20 Minuten).

Im allgemeinen kann ein Grünling einem Schneidvorgang vor dem Sintern nicht unterzogen werden, da der Grünling brüchig ist. Jedoch weist beispielsweise, wenn das Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie der vorliegenden Erfindung bei einem Druck von 5 t/cm2 (490,3 MPa) geformt wird, der resultierende Grünling eine Festigkeit von mindestens 30 MPa auf, gemessen gemäß dem Standard M09-1992 der Japan Powder Metallurgy Association (JPMA). Daher kann die Verwendung des Pulvergemisches für die Pulvermetallurgie der vorliegenden Erfindung als ein Einsatzmaterial einen Grünling bereitstellen, der einem Schneidvorgang unterzogen werden kann. Mit anderen Worten kann, da der Grünling, erhalten durch die vorliegende Erfindung, eine ausreichende Dichte und Festigkeit noch vor dem Sinterungsverfahren aufweisen, der Grünling einem Schneidvorgang unterzogen werden, und außerdem kann die Haltbarkeit eines verwendeten Schneidwerkzeuges verlängert werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun durch die Beispiele ausführlicher beschrieben, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch diese Beispiele nicht eingeschränkt.

BEISPIELE BEISPIEL 1

Ein reines Eisenpulver (Markenname: „Atomel 300M" von Kobe Steel, Ltd.) wurde als ein Grundmetallpulver verwendet. Ein kommerziell erhältliches Kupferpulver (2,0 Masse-% der Menge des reinen Eisenpulvers) (hierin nachstehend wird „Masse-%" einfach als „%" bezeichnet), ein Graphitpulver (0,8%), Ethylenbisstearamid (0,75%) und eine klare Pulverbeschichtung (0,3%), bestehend aus einem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis (Konac Nr. 2700 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., ein Harz, hergestellt durch Umsetzen eines Epoxyharzes mit einem zweiwertigen Säurepolyester, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m), wurden zu dem reinen Eisenpulver zugegeben. Das Gemisch wurde bei einer hohen Geschwindigkeit mit einem Mischer mit Schaufeln gerührt. Die Schüttdichte des resultierenden Pulvergemisches wurde gemäß Japanese Industrial Standard (JIS) Z2504 gemessen. Die Fließgeschwindigkeit wurde ebenso gemäß JIS Z2502 gemessen.

Ein Grünling mit einem Durchmesser von 11,3 mm und einer Höhe von 10 mm wurde bei einem Druck von 5 t/cm2 (490,3 MPa) gemäß dem Standard 1-64 der Japan Society of Powder and Powder Metallurgy (JSPM) (ein Metallpulver-Komprimierbarkeits-Testverfahren) unter Verwendung des obigen Pulvergemisches als ein Einsatzmaterial hergestellt. Der Grünling wurde bei 170°C für 15 Minuten erhitzt. Die Dichte des Grünlings wurde dann gemessen. Ebenso wurde die Festigkeit des Grünlings gemäß JPMA M09-1992 gemessen.

Ferner wurde ein Grünling mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Höhe von 15 mm bei einem Oberflächendruck von 490 MPa unter Verwendung des obigen Pulvergemischs als ein Einsatzmaterial hergestellt, um eine Entformungskraft zu messen, die ein Indikator der Schmierfähigkeit ist. Speziell wurde der Abzugsdruck durch Teilen der Ladung, die für das Abziehen des Grünlings aus der Preßform während des Formens erforderlich ist, durch die Kontaktfläche zwischen der Preßform und dem Grünling berechnet. Diese Proben werden als Nr. 1 bezeichnet, und die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

BEISPIEL 2

Ein Pulvergemisch wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß eine klare Pulverbeschichtung, bestehend aus einem Harz auf Acryl-Basis (Konac Nr. 4600 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., ein Harz, hergestellt durch Vernetzen eines Acrylharzes mit einer Glycidylgruppe in der Seitenkette mit einer zweiwertigen Säure, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m) anstelle der klaren Pulverbeschichtung verwendet wurde, die aus dem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis bestand, das in Beispiel 1 verwendet wurde. Ferner wurde ein Grünling wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der Grünling bei 180°C für 15 Minuten erhitzt wurde. Diese Proben werden als Nr. 2 bezeichnet. Die Schüttdichte des Pulvergemisches, die Dichte des Grünlings und dergleichen wurden wie in Beispiel 1 gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

Ein Pulvergemisch und ein Grünling aus dem Pulvergemisch wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß eine klare Pulverbeschichtung, bestehend aus einem Harz auf Epoxy-Basis (Konac Nr. 3700 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., ein Harz, hergestellt durch Härten eines nicht gehärteten Epoxyharzes mit einem Aminhärtungsmittel, durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m), als ein durch Wärme härtendes Harzpulver verwendet wurde und der Grünling bei 160°C für 15 Minuten erhitzt wurde. Diese Proben werden als Nr. 3 bezeichnet. Die Schüttdichte des Pulvergemisches und dergleichen wurden durch dieselben Verfahren gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

BEISPIEL 3

Pulvergemische und Grünlinge aus den Pulvergemischen wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß der Gehalt der klaren Pulverbeschichtung, bestehend aus dem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis (Konac Nr. 2700 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m) 1,0% (Nr. 4) oder 0,1% (Nr. 5) betrug. Die Schüttdichte der Pulvergemische und dergleichen wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Pulvergemische und Grünlinge aus den Pulvergemischen wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die klare Pulverbeschichtung, bestehend aus dem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis (Konac Nr. 2700 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m), nicht enthalten war (Nr. 6), oder der Gehalt der klaren Pulverbeschichtung, bestehend aus dem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis (Konac Nr. 2700 von BASF NOF Coatings Co., Ltd., durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 40 &mgr;m) 0,03% (Nr. 7) oder 1,2% (Nr. 8) betrug.

Ferner wurden die Pulvergemische und Grünlinge aus den Pulvergemischen wie in Beispiel 1 hergestellt, außer das der durchschnittliche Teilchendurchmesser der klaren Pulverbeschichtung, bestehend aus dem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis, 150 &mgr;m (Nr. 9) oder 250 &mgr;m (Nr. 10) anstelle von 40 &mgr;m betrug.

Die Schüttdichte dieser Pulvergemische und dergleichen wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 1

Die Ergebnisse zeigten, daß die Grünlinge, bestehend aus einem Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, das kein Harzpulver enthielt, oder einem Pulvergemisch für die Pulvermetallurgie, bei dem der Gehalt eines Harzpulvers weniger als die in der vorliegenden Erfindung spezifizierte Menge betrug, eine unzureichende Festigkeit aufwiesen und einem Schneidvorgang nicht unterzogen werden konnten (Nr. 6 und 7). Die Grünlinge, bestehend aus einem Pulvergemisch, bei dem der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Harzpulvers den Bereich in der vorliegenden Erfindung überschritt, zeigten ebenso dieselben Ergebnisse (Nr. 9 und 10). Außerdem wies, wenn der Gehalt des Harzpulvers den in der vorliegenden Erfindung spezifizierten Bereich überschritt, der Grünling eine zufriedenstellende Festigkeit auf, aber eine niedrige Dichte. Dieser Grünling war ebenso nicht für einen Schneidvorgang geeignet, und außerdem wies das Pulvergemisch selbst geringe Fließfähigkeit auf (Nr. 8).

Im Gegensatz dazu wiesen die Pulvergemische für die Pulvermetallurgie, enthaltend ein Harzpulver innerhalb des in der vorliegenden Erfindung spezifizierten Gehaltbereiches, ausgezeichnete Fließfähigkeit auf, und Grünlinge aus diesen Pulvergemischen wiesen eine ausreichende Dichte und Festigkeit auf, und waren daher für einen Schneidvorgang geeignet. Diese Beispiele zeigen, daß gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Grünling eine ausreichende Dichte und Festigkeit sogar vor dem Sinterungsverfahren aufweist, der Grünling einem Schneidvorgang unterzogen werden kann, und außerdem die Haltbarkeit eines verwendeten Schneidwerkzeuges verlängert werden kann.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Grünkörperkompakts bzw. Grünlings, umfassend das Formen eines Pulvergemisches, umfassend:

ein Eisenpulver und/oder ein Eisenlegierungspulver,

eine Komponente zum Verbessern mechanischer Eigenschaften, welche mindestens eine Substanz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Kupfer, Nickel, Chrom, Molybdän, Graphit und Mangansulfid, ist, und

ein durch Wärme härtendes Harzpulver, wobei das durch Wärme härtende Harzpulver mindestens ein Harz, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Harz auf Epoxy-Polyester-Basis, einem Harz auf Epoxy-Basis und einem Harz auf Acryl-Basis, umfaßt,

wobei der durchschnittliche Teilchendurchmesser des durch Wärme härtenden Harzpulvers 100 &mgr;m oder weniger beträgt, und wobei der Gehalt des durch Wärme härtenden Harzpulvers, relativ zu der Gesamtmenge des Eisenpulvers und/oder des Eisenlegierungspulvers, 0,05 bis 1,0 Masse-% beträgt, und

das Härten des geformten Pulvergemisches durch eine Wärmebehandlung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulvergemisch weiter ein Schmiermittel umfaßt. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Schmiermittel mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylenbisstearamid, Stearamid, Zinkstearat und Lithiumstearat, ist.






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