本發明涉及用于粉末冶金工業的新金屬粉末組合物。特別地，本發明涉及海綿鐵基粉末組合物，其包括潤滑劑，用于改進粉末性質、壓縮和加工。
背景技術：
：在工業中，通過壓縮和燒結鐵基粉末組合物生產的金屬產品的使用正變得越來越普遍。對這些金屬產品的質量要求正在連續上升，并且由此需要開發新的具有改善的性質的粉末組合物。因此存在改善粉末性質、壓縮方法和燒結方法的需要。可以改善的參數是例如金屬粉末本身的性質或各種添加劑的類型或性質。添加劑可以包括合金化元素(alloyingelement)、流動試劑(flowagent)、潤滑劑、可機加工性增強試劑或硬相材料。作為用于低密度PM應用的潤滑劑，由于其總體上良好的性能，經常使用硬脂酸鋅或酰胺蠟。關于金屬粉末本身的性質，人們的興趣集中在霧化(atomised)金屬粉末上和特別地在其和某些類型的潤滑劑一起的使用上。霧化金屬粉末可以通過將熔融金屬的細流(thinstream)與流體(例如水)的高能噴射流撞擊制備。如果在粉末冶金結構部件中尋求高生坯密度(greendensity)，霧化金屬粉末可能是有利的。霧化金屬粉末和特定潤滑劑一起使用的第一個實例在US2012/0187611中，其報道了霧化金屬粉末和三個成分即物質A、B和C的潤滑組合一起的使用。聚乙烯蠟是優選的物質A。物質B的選項包括脂肪酸酰胺、脂肪酸雙酰胺、飽和脂肪醇和飽和脂肪酸甘油。物質C是酰胺低聚物，其可以具有500和30,000之間的分子量。物質C通常用作潤滑劑的主要成分。物質A被報道為對于推出(ejection)行為具有負面影響。為了補償這一在例舉的都基于霧化金屬粉末的金屬粉末組合物中看到的負面影響，物質B使用的量至少是物質A的量的一半。第二個實例在US2001/0027170中，其報道了霧化金屬粉末和具有第一潤滑劑(優選亞乙基雙硬脂酰胺(EBS))的核、核的表面被第二潤滑劑(優選硬脂酸鋅)涂覆的聚集顆粒(aggregateparticle)的潤滑劑組合的使用。該實例報道了這一特定聚集體(即具有位于第一潤滑劑的核顆粒的表面上的第二潤滑劑的顆粒)使得可以改善得到的基于霧化金屬粉末的組合物與第一和第二潤滑劑的其他組合的方法相比的流動。第三個實例在US7,993,429中，其報道了霧化金屬粉末和具有包含固體有機潤滑劑的核、粘附在該表面上的細微碳顆粒的復合潤滑劑顆粒一起的使用。用于核的優選的固體有機潤滑劑包括脂肪酸、脂肪酸單酰胺和脂肪酸雙酰胺。該例子報道了粘附在固體有機核的表面上的碳顆粒有助于對于得到的基于霧化金屬粉末的組合物的避免聚集和改善流動。另一類型的金屬粉末是所謂海綿鐵粉末。由海綿鐵粉末壓縮制備的部件具有與當壓縮例如霧化粉末時得到的生坯強度(greenstrength)相比很高的生坯強度。為了改善壓縮和壓縮部件從工具推出期間的性能，通常將潤滑劑加入粉末混合物。這具有例如可能導致更長的填充時間的粉末流動速率降低的缺點。特別地，海綿粉末顯示與霧化粉末相比較低的流動速率。這進一步使得潤滑劑在海綿鐵基粉末組合物中的使用復雜化。向金屬粉末添加常用的潤滑劑、例如金屬硬脂酸鹽可能導致殘留潤滑劑沉積在用于燒結的爐中，并且還導致最終產品的表面缺陷，導致更高的廢品率(scraprate)和更昂貴的維護。關于潤滑劑和海綿金屬粉末的使用的例子，可以參考例如GB391,155，其中脂肪酸例如硬脂酸、棕櫚酸或油酸可以用于潤滑海綿鐵。一個更新近的例子是US2010/0116240，其中描述了將合成蠟例如亞乙基雙硬脂酰胺蠟和海綿鐵粉末一起使用。發明概述本發明特別基于這樣的出人意料的發現，即對于海綿鐵顆粒(或海綿鐵基顆粒)，兩種或更多種不同的脂肪酸酰胺的組合的使用有助于解決上述可流動性問題。特別地，這樣的組合的使用使得可以提供在提供合適的表觀密度的同時具有優異的可流動性的金屬粉末組合物。這樣的組合的使用也提供了進一步的將從以下給出的對本發明的描述變得明顯起來的優點。由此，本發明涉及包含海綿鐵顆粒(或海綿鐵基顆粒)和潤滑劑的金屬粉末組合物。特別地，本發明涉及新的粉末組合物，其包含(i)海綿鐵粉末或海綿鐵基粉末，和(ii)特定的潤滑劑。由此，任選地，海綿鐵粉末可以包括至少至少一種合金化試劑，在此情況下其被稱為海綿鐵基粉末(或顆粒)。潤滑劑帶來了在生產壓縮部件的方法中較低的推出力，對流動速率具有很小的負面影響。本發明還涉及由粉末組合物制備的部件。發明詳述海綿鐵由用可由天然氣或煤生產的還原氣體直接還原鐵礦石(其形式為塊、丸粒或細粉)生產。這樣的鐵可以研磨或壓碎以生產顆粒。這些顆粒通常具有不規則的形狀、高表面積和內部孔隙。多個這樣的顆粒形成粉末。金屬粉末可以在研磨或壓碎后退火。本發明提供了金屬粉末組合物，其包含(i)海綿鐵顆粒或海綿鐵基顆粒，和(ii)包含至少兩種不同的脂肪酸酰胺的潤滑劑。海綿鐵粉末顆粒可以基本由鐵組成或可以是所謂鐵基的并且包括其他合金化元素，例如C、Cu、Ni或Mo(優選Cu、Ni或Mo；或者，在一個特別優選的實施方案中，使用C和Cu二者)。當C被用作合金化元素時，優選其為石墨形式。因此，在本發明的一個優選的方面，金屬粉末組合物的成分(i)是包含海綿鐵顆粒和C、Cu、Ni和Mo的一種或多種的海綿鐵基顆粒。特別地，海綿鐵基顆粒優選包含海綿鐵顆粒和C、Cu、Ni和Mo的一種或多種的顆粒。在這些方面中，優選使用C和Cu二者。優選地，在這一方面海綿鐵基顆粒包含至少80重量％、更優選至少90重量％、仍更優選至少95重量％的海綿鐵顆粒。由此，海綿鐵基顆粒優選包含20重量％或更少、更優選10重量％或更少、仍更優選5重量％或更少的合金化元素(其如上所述優選是C、Cu、Ni和Mo的一種或多種，通常是顆粒的形式)。根據本發明的金屬粉末組合物含有海綿鐵或海綿鐵基粉末，例如MH80.23、NC100.24和SC100.26(可由瑞典AB獲得)，任選至少一種合金化元素，以及至少一種潤滑劑。可以以粉末形式添加到鐵粉末的合金化元素可以包括石墨，或者非鐵的金屬粉末(例如Cu、Ni或Mo)。用于本發明中的潤滑劑包含至少兩種不同的脂肪酸酰胺。潤滑劑可以包括兩種、三種、四種、五種或更多種不同的脂肪酸酰胺。但是，優選地，其包含至少三種不同的脂肪酸酰胺，例如三種或四種脂肪酸酰胺。用于本發明中的脂肪酸酰胺的至少一種優選是單酰胺，更優選是式R-C(O)-NH2的單酰胺，其中R為烴基。優選地，用于本發明中的脂肪酸酰胺的至少兩種應為單酰胺，更優選是式R-C(O)-NH2的單酰胺，其中R為烴基。如上所述，潤滑劑優選包含至少三種不同的脂肪酸酰胺。在此方面，優選地，所述至少三種不同的脂肪酸酰胺應為單酰胺，更優選是式R-C(O)-NH2的單酰胺，其中R為烴基。對于每一種不同的式R-C(O)-NH2的單酰胺，烴基(R)當然應不同。但是，烴基(R)通常可以含有3至27個碳原子，從而使得脂肪酸酰胺本身共含有4至28個碳原子。通常也優選R含有至少7個、優選至少9個、甚至更優選至少11個、甚至更優選至少13個、并且甚至更優選至少15個碳原子。通常也優選R含有25個或更少、更優選23個或更少、甚至更優選21個或更少碳原子。烴基(R)可以是直鏈或支化的，但優選是直鏈的。烴基(R)可以是飽和或不飽和的。當不飽和時，其優選含有5個或更少、更優選含有4個或更少、甚至優選含有3個或更少、甚至優選含有2個或更少、通常僅1個烯基基團。優選烴基(R)可以是飽和。用于本發明的脂肪酸酰胺的優選的選項包括飽和脂肪酸酰胺辛酸酰胺、癸酸酰胺、月桂酸酰胺、肉豆蔻酸酰胺、棕櫚酸酰胺、硬脂酸酰胺、花生酸酰胺、二十二烷酸酰胺、二十四烷酸酰胺和二十六烷酸酰胺；不飽和脂肪酸酰胺肉豆蔻腦酰胺、棕櫚油酸酰胺、sapienicacidamide、油酸酰胺、反油酸酰胺、11-十八碳烯酸酰胺、亞油酸酰胺、linoelaidicacidamide、α-亞麻酸酰胺、花生四烯酸酰胺、二十碳五烯酸酰胺、芥酸酰胺和docosahexaenoicacidamide。特別優選的是飽和和非支化的脂肪酸單酰胺(即其中烴基(R)為正烷基的化合物)，特別是其中烴基(R)含有13至23個碳原子、更優選15至21個碳原子的那些。因此，棕櫚酸酰胺(CH3(CH2)14C(O)NH2)、硬脂酸酰胺(CH3-(CH2)16C(O)NH2)、花生酸酰胺(CH3(CH2)18C(O)NH2)和二十二烷酸酰胺(CH3(CH2)20C(O)NH2)是脂肪酸酰胺的優選的選項。潤滑劑優選包含這樣的特別優選的脂肪酸酰胺的至少三種。優選地，脂肪酸酰胺的至少一種(即所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺的至少一種)具有具有15個或更少碳原子的烴基。更優選地，脂肪酸酰胺的至少一種具有具有15個或更少但至少13個碳原子的烴基。甚至更優選地，脂肪酸酰胺的至少一種是棕櫚酸酰胺。在本發明的一個具體的優選方面，潤滑劑是硬脂酰胺和棕櫚酰胺的混合物，并且可以進一步包括花生酰胺和/或二十二烷酰胺。更優選地，潤滑劑是(i)硬脂酸酰胺，(ii)棕櫚酸酰胺和(iii)花生酸酰胺和/或二十二烷酸酰胺的混合物。用于本發明的潤滑劑優選包含所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺作為主要組分。特別地，所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺優選占潤滑劑的至少50重量％，更優選至少80重量％，甚至更優選至少90重量％。典型地，潤滑劑基本由所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺組成。關于所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺的每一種的相對量，一種這樣的脂肪酸酰胺相對于另一種的比例優選為1:1至1:4，更優選1:1至1:3，再更優選1:1至1:2。這當然不排除其他脂肪酸酰胺以次要量的可能的存在。當潤滑劑包含至少三種不同的脂肪酸酰胺時，其優選包含至少25重量％的一種脂肪酸酰胺，以及至少10％的其他兩種脂肪酸酰胺的每一種。更優選其包含至少40重量％的一種脂肪酸酰胺，以及至少20％的其他兩種脂肪酸酰胺的每一種(例如在一個特別優選的實施方案中其包含至少50重量％的一種脂肪酸酰胺，以及至少25％的其他兩種脂肪酸酰胺的每一種)。在此方面，如通常在此，除非另外指出，％指的是重量％。在一個優選的實施方案中，用于本發明的潤滑劑(并且優選還有本發明的金屬粉末組合物)基本不含非脂肪酸酰胺的有機潤滑劑。特別地，優選基本不含非優選的如此處所述的用于本發明的脂肪酸單酰胺的有機潤滑劑。因此，優選基本不含脂肪酸、脂肪酸雙酰胺、脂肪酸醇、脂肪酸甘油和/或相對重的酰胺(例如分子量為500g/mol或更高的酰胺低聚物)。也優選基本不含金屬皂，例如硬脂酸鋅。避免含金屬潤滑劑如金屬皂是有利的，因為其降低潤滑劑已經分解后不希望的“灰”殘留的量。在本發明的一個具體優選方面，潤滑劑是二十二烷酰胺、硬脂酰胺和棕櫚酰胺的混合物。量優選20至50重量％的硬脂酰胺，20至50重量％的棕櫚酰胺，并可進一步包括花生酰胺，余量為二十二烷酰胺。更優選地，量為25重量％的硬脂酰胺，25重量％的棕櫚酰胺和50重量％的二十二烷酰胺。本發明涉及包含海綿鐵顆粒和潤滑劑的金屬粉末組合物。優選地，潤滑劑是二十二烷酰胺、硬脂酰胺和棕櫚酰胺的混合物。潤滑劑優選為顆粒形式。在這一方面，潤滑劑可以包含所述至少兩種不同的脂肪酸酰胺的每一種的分開的顆粒。或者，潤滑劑可以是顆粒形式的不同的脂肪酸酰胺的混合物(即每一單獨的顆粒通常包含不同的脂肪酸酰胺的混合物)。潤滑劑的量優選為0.2重量％和1.4重量％之間，優選0.4重量％和1.0重量％之間，或者更0.6重量％和1.0重量％之間。由此，本發明的金屬粉末組合物包含這樣的量的潤滑劑。潤滑劑的工作溫度從在壓縮工具中的RT(室溫)到在生產中的較長序列中的標準工作溫度，例如～60℃并且直到80℃。在本發明的金屬粉末組合物中，海綿鐵顆粒優選具有至少5μm的平均顆粒度，優選至少10μm，更優選至少20μm，甚至更優選至少50μm。海綿鐵顆粒優選具有500μm或更低的平均顆粒度，更優選300μm或更低，甚至更優選200μm或更低，甚至更優選150μm或更低。當使用時，合金化元素優選為顆粒形式。在這一方面，合金化元素顆粒優選具有至少5μm的平均顆粒度，優選至少10μm，更優選至少20μm，甚至更優選至少50μm。合金化元素顆粒優選具有500μm或更低的平均顆粒度，更優選300μm或更低，甚至更優選200μm或更低，甚至更優選150μm或更低。如上所述，潤滑劑可以優選以顆粒形式使用。在這一方面，潤滑劑顆粒優選具有至少0.5μm的平均顆粒度，優選至少1μm，更優選至少2μm，甚至更優選至少5μm。潤滑劑顆粒優選具有500μm或更低的平均顆粒度，更優選200μm或更低，甚至更優選100μm或更低，甚至更優選50μm或更低。如此處使用的，平均顆粒度優選指由激光衍射散射方法測量的平均顆粒度。粉末組合物具有更好的流動，其增加最終部件的生產率和質量。粉末系統在壓縮操作期間顯示低摩擦并且降低部件從壓縮工具推出期間發生的推出力和推出能。這些能量的降低導致較少的工具磨損和最終產品中更少的表面缺陷。生坯強度也得以改善并且這降低了生坯破裂和燒結操作之前部件上其他“生坯(green)”相關的損壞的風險。較高的生坯強度改善了生產效率和降低了生產中的廢品率。通過使用新的混合粉末系統，可降低或避免當在金屬粉末混合物中使用常規潤滑劑時通常出現的表面缺陷。本發明還提供了這樣的方法，其包括(i)壓縮如上所述的本發明的金屬粉末組合物，和(ii)燒結如此得到的壓縮金屬粉末組合物以生產金屬產品。本發明還提供了可通過或通過這樣的方法獲得的金屬產品。實施例1制備根據表1的不同的鐵基粉末冶金混合物。作為鐵基粉末，使用海綿鐵粉末MH80.23、NC100.24和SC100.26(可由瑞典AB獲得)。還使用ABC100.30(霧化鐵粉末)、2％Cu-100目(來自意大利Poemton的銅粉末)、DACu(可由瑞典AB獲得的DistaloyACu)和0.5％C-UF4(來自德國AG的石墨)。表1標記化學特性供應商X50％二十二烷酰胺/25％硬脂酰胺/25％棕櫚酰胺AbrilindustrialwaxesZnst硬脂酸鋅Faci,UK酰胺蠟PM亞乙基雙硬脂酰胺Faci,ItalyPS50％棕櫚酰胺/50％硬脂酰胺Croda,UKB17％二十二烷酰胺/46％花生酰胺/37％硬脂酰胺表2、制備的鐵基粉末冶金混合物1(本發明)NCx0.4NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.4％X2(本發明)NCx0.6NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.6％X3(本發明)NCx0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％X4(本發明)NCx1.0NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+1.0％X5(對比)NCZ0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％ZnSt6(對比)NCA0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蠟PM7(本發明)MHx0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％X8(對比)MHZ0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％ZnSt9(對比)MHA0.8MH80.23+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蠟PM10(本發明)NCB0.8NC100.24+2％Cu-100+0.5％C-UF4+0.8％B11(對比)ABCx0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％X12(對比)ABCA0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％酰胺蠟PM13(對比)ABCPS0.8ABC100.30+1.5％Cu(DACu)+0.5％C-UF4+0.8％PS根據ISO4490測量Hall流動(FH)速率并且根據ISO13517:2013測量FlowGustavsson(FG)并且根據ISO3923測量表觀密度。表3、鐵基粉末冶金混合物的流速(FH和FG)和表觀密度(AD)表3顯示新的海綿鐵粉末混合物顯示出作為具有酰胺蠟的混合物類似的表觀密度水平并且對于具有硬脂酸鋅的混合物獲得了最高的表觀密度。所有的具有X的混合物顯示出根據兩種不同的測量流量的方法的改善的流動性。另外，具有-B的混合物(混合物10)如與不含金屬的雙酰胺蠟(混合物6)相比改善了流動性。表4、金屬粉末的流動速率(FH)和表觀AD(AD)，無潤滑劑對于所有的混合物，通過記錄為了從模具推出壓縮樣品需要的每包封面積(envelopedarea)的總能量以及每包封面積的峰值推出力，測量潤滑劑性質。部件為直徑25mm、高度15mm的圓筒狀，并且施加的壓縮壓力為250、400和550MPa。表5、峰值推出力和推出能表5對于混合物1至6顯示X的降低的量，其中NC100.24給出了與硬脂酸鋅和酰胺蠟混合物在0.8％潤滑劑水平類似的性質。使用B(在混合物10中)也給出了相似的結果。總的來說，X的結果比對比例好，除了在550MPa下使用SC100.26作為基礎粉末的靜態推出力。在所有制備的混合物上測量在6.45g/cm3下的生坯強度。在TRS測試條上測試生坯強度。表6、生坯強度當使用X時對于NC100.24混合物的生坯強度比較顯示改善為50至75％，并且改善在使用B時也可以看到。對于使用MH80.23的混合物生坯強度提高了30至50％，比X更好。當前第1頁1 2 3