專利名稱：通過聚結生產(chǎn)金屬物體的方法及所生產(chǎn)的金屬物體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過聚結(coalescence)生產(chǎn)金屬物體的方法以及由該方法所生產(chǎn)的金屬物體。
背景技術：
WO9700751A1描述了一種沖壓機和一種利用該沖壓機切割棒材的方法。該文件還描述了一種使金屬物體發(fā)生變形的方法。該方法是利用該文件中所描述的沖壓機，其特征為將固態(tài)或粉末狀如丸狀、顆粒和類似形狀的金屬材料固定在模、支承物或類似物體的端部，并通過沖壓單元例如沖頭使材料承受絕熱聚結，而沖頭由液體來使其產(chǎn)生運動。在該WO文件中充分地對該沖壓機進行了描述。
WO9700751A1還描述了例如球形這樣的部件成型。將金屬粉末供應給分成兩部分的工具，且粉末是通過連接管進行供應的。金屬粉末最好是已經(jīng)被氣體霧化的。穿過連接管的桿承受沖壓機的沖擊，從而影響封閉在球形模中的材料。但在任何一個實施例中都未說明根據(jù)該方法如何生產(chǎn)物體的確定參數(shù)。
根據(jù)該文件，沖壓分多個步驟進行，例如，三個步驟。這些步驟進行得很快，下面將描述這三個沖壓過程。
沖程1極輕的沖擊，其將大部分空氣從粉末中排出，并使粉末顆粒定向排列以確保沒有大的不規(guī)整。
沖程2以很大的能量密度和大的沖擊速度進行沖擊，以便使粉末顆粒局部絕熱聚結，從而相互壓縮靠在一起達到極高的密度。每個顆粒的局部溫度的升高量取決于在沖擊過程中的變形程度。
沖程3具有中高能量和高接觸能量的沖擊，以便最終形成基本壓實的材料物體。然后對壓實的物體進行燒結。
SE9803956-3公開了一種用于使材料物體變形的方法和裝置。這基本上是WO9700751A1所描述的發(fā)明的一種改進。在該瑞典專利申請所描述的方法中，沖壓單元以使其產(chǎn)生至少一次回彈沖擊的速度來作用于材料，其中，回彈沖擊被反作用，因此，沖壓單元還產(chǎn)生了至少一次另外的沖擊。
該WO文件方法所進行的沖擊使材料中局部溫度有很大的提高，這在加熱或冷卻過程中導致材料中發(fā)生相變。當利用回彈沖擊的反作用并在產(chǎn)生至少一次另外的沖擊時，該沖擊促使由第一次沖擊動能所產(chǎn)生的波動來回運動，并在較長的時間內(nèi)進行。這導致材料進一步變形，并帶有沒有反作用所必須的小的沖擊。這些文件中的沖壓機不能很好地進行工作。例如，在兩次沖擊之間不能獲得時間間隔。另外，沒有給出一個可形成物體的實施例。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種由金屬有效地生產(chǎn)產(chǎn)品的、低成本的方法。這些產(chǎn)品可以是醫(yī)用設備，例如醫(yī)用植入物、外科手術刀或診斷設備這樣的醫(yī)療儀器，或者非醫(yī)用裝置，例如球軸承、切削刀具、磨損表面，或者電子元件。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述類型的金屬制品。
應當還可能以比上述文件中所描述的方法要低得多的速度來進行新的方法。另外，該方法不應當局限于利用上述的設備。
按照權利要求1所限定的新方法，可壓縮不同的金屬和金屬合金。材料為粉末、顆粒、丸狀等形式，并裝在模中，通過至少一次沖程進行預壓和壓縮。該方法所用的設備可以是WO9700751A1和SE9803956-3中所描述的設備中的一個。
本發(fā)明的方法利用沖壓機中的液壓裝置，該沖壓機為WO9700751A1和SE9803956-3中所用的沖壓機。在使用該沖壓機中的純液壓裝置時，沖壓裝置可提供這樣的運動，當沖擊待壓縮材料時，沖壓裝置就可以足夠的速度發(fā)出足夠的能量來完成聚結。這種聚結可以是絕熱的。沖程進行得很快，對于有些材料，材料中的波動在5-15毫秒(ms)內(nèi)消失。與使用壓縮空氣相比，使用該液壓裝置還具有較好的程序控制性和較低的運行成本。彈簧致動的沖壓機操作復雜，且在將其與其它設備安裝集成在一起時，需要較長的調(diào)整裝配時間且裝配靈活性較差。本發(fā)明方法成本低且便于操作。優(yōu)選的設備具有用于預壓和后沖壓的大型沖壓機和高速小型沖壓裝置。因此，使用具有這種結構的設備是非常有益的。也可使用不同的設備，一個用于進行預壓和后沖壓，而另一個用于進行壓縮。

在整個圖中圖1是用于使粉末、顆粒、細粒等形式的材料發(fā)生變形的設備的橫截面圖。
圖2-24和26-47示出了實驗結果，其顯示了相對密度與總沖擊能量、單位質(zhì)量的沖擊能量、沖擊速度和沖擊次數(shù)的函數(shù)關系。
圖25示出了總孔隙度與總沖擊能量的函數(shù)關系。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種通過聚結來生產(chǎn)金屬物體的方法，該方法包括以下步驟a)將粉末、顆粒、丸狀等形式的金屬材料裝填入預壓模，b)至少預壓材料一次，c)至少在一個沖程中壓縮壓模中的材料，其中，在沖壓裝入壓模中的材料，產(chǎn)生材料聚結時，沖壓裝置發(fā)出足夠的動能以便形成物體。
預壓?？梢耘c壓模相同，這就意味著在步驟b)和c)之間不必移動材料。也可采用不同的模，并在步驟b)和c)之間將材料從預壓模移動到壓模中。如果物體由預壓步驟中的材料構成，可只進行這一步。
圖1中的設備包括沖壓裝置2。圖1中的材料為粉末、顆粒、丸狀或類似的物質(zhì)形式。該設備設有沖壓裝置3，通過強有力的沖擊可使材料物體1發(fā)生瞬時的且相對較大的變形。本發(fā)明還涉及對物體進行壓縮，下面將進行描述。在此情況下，可將固體物質(zhì)1例如固態(tài)均質(zhì)金屬物體放置在模中。
沖壓裝置2這樣進行布置，在作用于其上的重力作用下，沖壓裝置2加速壓靠在材料1上。沖壓裝置2的質(zhì)量m最好大于材料1的質(zhì)量。這樣就可使所需的沖壓裝置2的較大的沖擊速度略微減小一些。沖壓裝置2沖擊材料1，且在沖壓壓模中的材料時，其產(chǎn)生足夠的動能來壓縮和形成物體。這就產(chǎn)生局部聚結，并因此而導致材料1產(chǎn)生變形。材料1的這種變形是塑性的且是永久的。沿沖壓裝置2的沖擊方向在材料1中產(chǎn)生波動或振動。這種波動或振動具有較大的動能，并會激活材料中的滑移面，而且會使粉末的顆粒產(chǎn)生相對移動。很可能聚結是絕熱(adiabatic)聚結。溫度局部升高使得在材料中形成點焊(顆粒間熔合)，并因此而增大了密度。
預壓是一個非常重要的步驟。這是為了將材料中的空氣排出并使顆粒定向排列。預壓步驟比壓縮步驟慢得多，因此，容易將空氣排出。壓縮步驟進行得較快，不可能將空氣排出。在此情況下，空氣就被封閉在所形成的物體內(nèi)，這是非常糟糕的。預壓在足以獲得最大的壓實或者足以獲得在顆粒之間形成最大接觸表面的顆粒的最小壓力下進行。這是由材料決定的，其取決于材料的柔軟度和熔點。
實施例中的預壓步驟是通過大約117680N的軸向壓縮力來進行的。這是在預壓模或最終的模中進行的。根據(jù)該說明書中的實施例，這是在圓柱形模中進行，該模是工具的一部分，其具有30毫米直徑的圓形橫截面，且該橫截面的面積大約為7cm2。這就意味著所使用的壓力大約為1.7×108N/m2。例如，不銹鋼是采用至少約0.25×108N/m2的壓力進行預壓的材料，且最好是采用至少約0.6×108N/m2的壓力進行預壓的材料。這是由材料決定的，對于更軟的金屬，其大約在2000N/m2的壓力下就足以進行壓縮了。其它可能的壓力值為1.0×108N/m2和1.5×108N/m2。本申請是在空氣和室溫條件下進行研究的。研究中所獲得的所有數(shù)值都是在空氣和室溫條件下獲得的。如果采用真空或加熱的材料，就可采用較低的壓力。柱體的高度是60毫米。在權利要求書中涉及到?jīng)_壓面積，該面積是作用于模中材料的沖壓裝置的圓形橫截面的面積。在此情況下，沖壓面積就是橫截面面積。
在權利要求書中還涉及到用于該實施例的柱形模。在該模中，沖壓面積和柱形模的橫截面面積是相同的。但是，也可采用其它結構的模，例如，球形模。在該模中，沖壓面積小于球形模的橫截面面積。
本發(fā)明還包括一種通過聚結來生產(chǎn)金屬物體的方法，其中，該方法包括至少在一個沖程中壓縮壓模中的固態(tài)金屬物體形式的材料，沖壓裝置發(fā)出足夠的能量，從而在物體中產(chǎn)生材料聚結。在材料局部溫度產(chǎn)生較大升高的過程中會激活滑移面，從而產(chǎn)生變形。該方法還包括使物體變形。
下面將對本發(fā)明的方法進行描述。
1)將粉末壓成坯料物體，通過沖擊將該物體壓縮成(半)固態(tài)物體，此后，通過后沖壓在該物體中形成能量滯留。該過程被描述為動力沖擊鍛壓能量滯留(Dynamic Forging Impact Energy Retention)(DFIER)，其包括三個主要的步驟。
a)加壓加壓步驟與冷和熱壓非常類似。其目的是由粉末形成坯料物體。對粉末進行兩次沖壓已被證明是最為有效的。只進行一次沖壓所獲得的密度比對粉末進行兩次連續(xù)的沖壓所獲得的密度大約低2-3％。該步驟是通過以有效的方式排出空氣和使粉末顆粒定向排列來對粉末進行預處理。坯料物體的密度高于或低于正常冷和熱壓時的密度。
b)沖擊沖擊步驟是高速進行的步驟，沖壓裝置用確定的區(qū)域來沖壓粉末。在粉末中產(chǎn)生材料波動，并在粉末顆粒之間產(chǎn)生顆粒間熔合。沖壓裝置的速度只在開始很短的時間內(nèi)起著重要的作用。粉末的質(zhì)量和材料的性能決定了顆粒間熔合的發(fā)生范圍。
c)能量滯留能量滯留步驟的目的是將提供的能量保持在所生產(chǎn)的固態(tài)物體內(nèi)。實際上，這是利用與預壓粉末的壓力至少相同的壓力來進行沖壓。其結果是使所生產(chǎn)的物體的密度提高大約1-2％。這可通過利用與預壓壓力至少相同的壓力進行沖擊和加壓之后使沖壓裝置停留在固態(tài)物體上或者在沖擊步驟之后進行釋放來進行。其目的是在所生產(chǎn)的物體中產(chǎn)生更大的粉末變換。
根據(jù)該方法，在空氣中和在室溫條件下，壓縮沖程產(chǎn)生的總能量相當于在沖壓面積為7cm2的柱形工具中產(chǎn)生至少100Nm。其它的總能量級可以是至少300、600、1000、1500、2000、2500、3000和3500Nm。還可采用至少為10000和20000Nm的能量級。有一種新設備，其一次沖擊的沖壓能力為60000Nm。當然，也可采用這樣高的沖壓值。如果進行多次這種沖壓，總的能量就可達到數(shù)倍的100000Nm。能量級取決于所用的材料，且取決于所生產(chǎn)的物體的用途。一種材料的不同的能量級會給物體帶來不同的相對密度。能量級越高，所獲得的物體的密度越大。不同的材料需要不同的能量級來獲得相同的密度。這取決于材料的硬度和材料的熔點。
根據(jù)該方法，在空氣和室溫條件下，壓縮沖程發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的柱形工具中產(chǎn)生至少5Nm/g的每單位質(zhì)量的能量。其它的每單位質(zhì)量的能量可以是至少20、50、100、150、200、250、350和450Nm/g。
對于相同的每單位質(zhì)量的能量，相對密度對于較大的質(zhì)量將達到較高的水平，對于較小的質(zhì)量將達到較低的水平。對于較低的每單位質(zhì)量的能量，不同質(zhì)量的這些相對密度之間的差異是最大的。這在本實施例的不銹鋼質(zhì)量參數(shù)的研究中有清楚的反映，并顯示在圖26中，其中，相對密度是單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。對于2×28g的試樣，對于較低的每單位質(zhì)量的能量可獲得較高的密度，而對于0.25×28g的試樣，在相同的每單位質(zhì)量的能量處可獲得較低的密度。這也顯示在圖27中，其中，相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。對于2×28g的質(zhì)量，在相當于11Nm/g的總能量為625Nm的條件下所獲得的相對密度大約為80％。對于0.25×28g的試樣，獲得相對密度為80％所需的總能量大約為220Nm，相當于35Nm/g的單位質(zhì)量的能量。因此，對于較大的質(zhì)量，需要較低的單位質(zhì)量的能量來獲得相同的相對密度。
在該實施例中所測試的試樣在質(zhì)量參數(shù)方面的研究結果如下。當獲得基本上較大的密度時，該方法不依賴于單位質(zhì)量的能量，但總能量好像與質(zhì)量無關。因此，對于壓縮沖程，相同的總能量可為所生產(chǎn)的物體帶來與重量無關的相同密度。在圖27中，所有質(zhì)量的圖線在基本上較小密度的地方是分離開的，而在基本上較大密度的地方就相互靠得較近。這就意味著在基本上較大密度的地方總能量與質(zhì)量無關。這顯示的是不銹鋼，且曲線分離和交匯或者大和小的密度的界限大約是90％，對于不銹鋼，相對密度為90％處的總能量大約是1500Nm。
這些數(shù)值將根據(jù)所用的材料而變化。本領域技術人員可測試出在什么值處是與質(zhì)量有關的，且在什么時候開始與質(zhì)量無關。密度從小到大的轉變是依賴于材料而變的。這些數(shù)值是近似值。
能量級需要進行修正并使其適合于模的形式和結構。例如，如果模是球形的，就需要另一個能量級。本領域技術人員可在上述所給數(shù)值的幫助和引導下測試出特定形式模所需的能量級。能量級取決于物體將用于什么，也就是所需要的相對密度，以及取決于模的幾何形狀和材料的性能。在沖壓裝入壓模內(nèi)的材料時，沖壓裝置必須產(chǎn)生足夠的動能來形成物體。通過以較大的速度進行沖擊，就可在顆粒之間產(chǎn)生更大的振動和更大的摩擦，增大局部熱量，并增大材料顆粒間的熔合。沖擊面積越大，振動就越大。存在一個傳遞給工具的能量比傳遞給材料的能量要大的界限。因此，也存在著一個材料高度的最優(yōu)值。
在金屬材料粉末裝入到模中并通過沖壓裝置來沖壓材料時，就可在粉末材料中產(chǎn)生聚結，且材料會浮動。一種可能的解釋是材料中的聚結是由沖壓裝置從材料物體或模中的材料上彈起時所來回產(chǎn)生的波動而引起。這些波動在材料物體中產(chǎn)生動能。由于所傳遞的能量的作用，使得溫度局部升高，并使顆粒軟化、變形且顆粒表面產(chǎn)生熔化。顆粒間熔合可使顆粒重新固化在一起，并獲得密實材料。這也影響了物體表面的光滑度。材料通過聚結技術壓縮得越大，所獲得的表面就越光滑。通過該方法還可影響材料和表面的孔隙度。如果需要多孔的表面或物體，材料就不應當壓縮得與不多孔的表面或物體一樣。
單個沖擊會影響材料的定向排列、空氣的排出、預先模制、聚結、工具裝填和最終的標定。來回產(chǎn)生的波動大致沿沖壓裝置的沖壓方向運動，也就是，從沖壓裝置所沖擊的材料物體表面運動到靠在模底部的表面，然后返回。
上面已對涉及固態(tài)物體的能量的轉換和波動的產(chǎn)生進行了描述。在本發(fā)明中，固態(tài)物體是具有用于特定用途的目標密度的物體。
在沖壓過程中，沖壓裝置速度最好為至少0.1m/s或至少1.5m/s，以便進行所需能量級的沖擊。與現(xiàn)有技術相比，可采用更低的速度。速度取決于沖壓裝置的重量和所需的能量。壓縮步驟中的總能量級至少約為100-4000Nm。但也可采用更大的能量級?？偰芰勘硎舅袥_擊能量級之和。沖壓裝置至少進行一次沖擊或多次連續(xù)的沖擊。該實施例兩次沖擊之間的間隔為0.4-0.8秒。例如，可進行至少兩次的沖擊。根據(jù)該實施例，一次沖擊已具有令人滿意的結果。這些實施例是在空氣和室溫條件下進行的。如果采用真空和加熱或其它的改進處理，也許可用更小的能量就可獲得較好的相對密度。
金屬可壓縮到70％，最好是75％的相對密度。更好的相對密度還可以是80％和85％。其它優(yōu)選的相對密度為90-100％。但其它相對密度也是可以的。如果要生產(chǎn)坯料物體(green body)，它可具有大約50-60％的相對密度。低承載植入物需要的相對密度為90-100％，且在有些生物材料中帶有一定孔隙度是較好的。如果獲得至多5％的孔隙度且這就足夠用了，那么就不必進行進一步的后處理。這也許是用于一定用途的一種選擇。如果獲得的相對密度小于95％且不足用時，就需要繼續(xù)進行進一步的處理，例如進行燒結。與普通的加工方法相比，在此情況下，多個加工步驟被削減了。
該方法還包括預壓材料至少兩次。在該實施例中已表明，這是優(yōu)選的，以便于與采用相同的總能量進行沖擊且只進行一次預壓相比，獲得較大的相對密度。根據(jù)所用的材料，兩次沖壓獲得的密度比一次沖壓所獲得的密度約高1-5％。而對于其它的材料提高可能更大。在預壓兩次時，壓實步驟間的間隔較短，例如大約為5秒。在第二次預壓中所用的壓力大致相同。
另外，該方法還包括在壓縮步驟之后對材料至少進行一次壓實的步驟。這樣可具有較好的效果。后沖壓應當按照至少與0.25×108N/m2的預壓壓力相同的壓力進行。其它可能的值為1.0×108N/m2。也可采用更大的后沖壓壓力，例如，采用兩倍于預壓壓力的壓力。對于不銹鋼，預壓壓力至少約為0.25N/m2，且這是不銹鋼的最小的后沖壓壓力。必須對于每一種材料測試出預壓值。后續(xù)沖壓對試樣的影響與預壓差別很大。由于沖擊而傳遞的能量使粉末顆粒之間的局部溫度升高，且所傳遞的能量可保持較長的時間，并可使試樣在沖擊之后長時間固結。能量保持在所生產(chǎn)的固態(tài)物體內(nèi)。可能是試樣中材料波動的“持續(xù)時間”增加，長時間影響試樣，并使更多的顆粒熔合在一起。通過利用至少與預壓壓力相同的壓力，也就是對于不銹鋼大約至少為0.25N/m2，進行沖擊和加壓之后使沖壓裝置停留在固態(tài)物體上來進行后續(xù)沖壓或后沖壓。在所生產(chǎn)的物體中將產(chǎn)生更多的粉末轉換。其結果是所生產(chǎn)的物體的密度增加大約1-4％，并且也是取決于材料。
當利用預壓和/或后續(xù)沖壓時，由于可使用較小的能量級，因此，就可采用較輕的沖擊和較高的預先和/或后續(xù)沖壓，這可節(jié)省工具。這取決于所需的用途和所用的材料。這也是一條獲得較高相對密度的途徑。
為了獲得更大的相對密度，也可在加工之前對材料進行預處理。可對粉末進行軟退火來軟化粉末，從而使粉末易于壓實。粉末的另一種預處理是根據(jù)所要預加熱的材料種類將粉末預加熱到～200-300℃或更高的溫度?？蓪⒎勰╊A加熱到接近材料熔合溫度的溫度?？刹捎眠m當?shù)霓k法來進行預加熱，例如，在加熱爐中正常加熱粉末。一種辦法是使電流通過粉末來加熱粉末。為了獲得更致密的材料，在預壓步驟中可采用真空或惰性氣體。其效果是在處理過程中相同范圍內(nèi)的材料不包含空氣。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，在壓縮或后沖壓之后的任何時間，可對物體進行加熱和/或燒結。后加熱用于使材料中的結合(由結合應變增大而產(chǎn)生的)放松。由于壓實的物體比通過其它粉末壓縮方法而獲得的壓縮體具有較高的密度，因此可采用較低的燒結溫度。這是較優(yōu)的，因為較高的溫度可使組成材料分解或發(fā)生變化。所生產(chǎn)的物體也可以其它的方式進行后處理，例如HIP(熱等靜壓(Hot IsostaticPressing))。
另外，所生產(chǎn)的物體可以是一個坯料物體，且該方法還可包括一個燒結坯料物體的步驟。本發(fā)明的坯料物體即使不采用任何添加劑也可形成一種粘著成一體的物體。因此，坯料物體可以進行儲藏、搬運，也可進行加工，例如拋光或切割。還可以將坯料物體作為成品而不進行任何的中間燒結。這是在物體為骨植入物或替代物時的情況，在那種情況下植入物被重新吸收到骨中。
金屬選自包括輕金屬或合金、鐵基合金、非鐵基合金和高熔點金屬或硬合金的集合組。金屬可選自包括鋁、鈦和包含其中至少一種的合金的集合組，而鐵基合金選自包括不銹鋼、馬氏體鋼、低鍛鋼和工具鋼的集合組，高熔點金屬或硬合金可選自包括Co、Cr、Mo和Ni以及包含其中至少一種的合金的集合組。用于醫(yī)用植入物的優(yōu)選合金為TiAlV和CoCrMo。CoCrMo優(yōu)選的合金為Co28Cr6Mo(28％重量的Cr、6％重量的Mo、其余為Co)，且TiAlV的優(yōu)選合金為Ti6Al4V(6％重量的Al、4％重量的V、其余為Ti)。
對于輕金屬，壓縮沖程需要發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的柱形工具上至少100Nm的總能量。對于鐵基金屬相同的數(shù)值是100Nm，對于高熔點和硬合金為100Nm。對于金屬，壓縮沖程需要發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的柱形工具上至少5Nm/g的每單位質(zhì)量的能量。
前面已表明，采用具有不規(guī)則顆粒形態(tài)的顆?？色@得較好的結果。顆粒尺寸的分布應當是廣泛的。小顆?？沙錆M大顆粒之間的空隙。
金屬材料可包括潤滑劑和/或輔助燒結劑。潤滑劑可用于與材料混合。有時材料需要位于模內(nèi)的潤滑劑，以便于較容易地將物體取出。在一定情況下，可選擇在材料中是否使用潤滑劑，因為這也易于將物體從模中取出。
潤滑劑冷卻，消除間隙，并潤滑材料顆粒。這是正反兩個方面。
內(nèi)部潤滑是較好的，因為顆?？筛菀椎鼗瑒泳臀唬瑥亩鴮⑽矬w壓實到較高的程度。這對純壓縮是有效的。內(nèi)部潤滑減小了顆粒之間的摩擦，從而發(fā)出較少的能量，其結果是顆粒間熔合較少。這不利于壓縮而獲得高密度，且對于采用燒結的實施例必須除去潤滑劑。
外部潤滑增大了傳遞給材料的能量量，從而間接地減小了工具上的載荷。導致材料中的振動更大，增大了能量，且顆粒間熔化的程度更高。極少的材料粘結在模上，且物體更容易擠壓成形。對壓實和壓縮都是有利的。
潤滑劑的一個例子是合成脂肪酸酯(Acrawax)C，但也可采用其它普通潤滑劑。如果材料用于醫(yī)學物體中，潤滑劑需要是可醫(yī)用的，或者在處理過程中應當以一定的方式將其除去。
如果潤滑工具和如果預先加熱粉末，可避免對工具進行拋光和清潔。
輔助燒結劑也可包含在材料中。輔助燒結劑在后處理步驟例如燒結步驟中是有用的。但是，在有些情況下，輔助燒結劑在不包含燒結步驟的方法過程中不是很有效。輔助燒結劑可以是硼酸或Cu-Mg，或者一些其它的普通輔助燒結劑。如果用于醫(yī)學體，象潤滑劑一樣，輔助燒結劑也應當是可醫(yī)用的，或者應當將其除去。
在有些情況下，同時使用潤滑劑和輔助燒結劑是有利的。這取決于所用的方法、所用的材料和所生產(chǎn)的物體的用途。
在有些情況下，必須使用模內(nèi)潤滑劑以便于將物體方便地從模中取出。也可使用涂覆在模中的涂層。涂層可由TiNAl或Balinit Hardlube制成。如果工具具有最適當?shù)耐繉樱筒粫胁牧险辰Y到工具部件上，也不會消耗所傳遞的能量，從而增加了傳遞到粉末上的能量。在難于取出成形物體的情況下，就不必花費時間進行潤滑。
在實施例4中就使用了多個外部潤滑。表明潤滑脂和包含石墨的潤滑脂比潤滑油的效果好。
當通過聚結來生產(chǎn)金屬材料時，可獲得非常致密的材料，且視材料情況而定，可獲得硬材料。材料的表面將是非常光滑的，這在很多情況下是非常重要的。
如果采用多次沖擊，可連續(xù)地進行，或者在兩次沖擊之間留有間隔，從而為沖擊提供寬范圍的變化。
例如，可采用一到大約六次沖擊。所有沖擊的能量級可以是一致的，可增大或減小能量。沖擊系列可由具有相同量級的至少兩次沖擊開始，且最后一次沖擊具有兩倍的能量。也可反而用之。在同一實施例中，對按連續(xù)次序的不同類型的沖擊進行研究。
通過一次沖擊傳遞的總能量可獲得最大的密度。如果總能量通過多次沖擊進行傳遞，就可獲得較低的相對密度，但節(jié)省工具。在不需要獲得最大相對密度的情況下可采用多次沖擊。
通過一系列快速的沖擊，材料物體就連續(xù)地承受動能，從而使來回移動的波動保持下去。這就促使材料進一步產(chǎn)生變形，同時新的沖擊使材料產(chǎn)生進一步的塑性永久變形。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，對于一系列沖擊中的每一次沖擊，沖壓裝置沖擊材料物體的沖擊力降低。最好第一和第二次沖擊之間的差別較大。而且較為容易地在如此短的時間(最好大約為1ms)內(nèi)采用比第一次沖擊要小的沖擊力通過有效地降低回彈沖擊就完成第二次沖擊。但如果需要，也可采用比第一次或先前的沖擊要大的沖擊力。
根據(jù)本發(fā)明，可采用多種不同的沖壓。不必對沖壓裝置進行反作用平衡，以便在后續(xù)的沖擊中采用較小的沖擊力。也可采用其它的變化形式，例如，在后續(xù)的沖擊中沖擊力增大，或者只有一次沖擊采用較大或較小的沖擊。也可采用沖壓之間具有不同的時間間隔的多種不同系列的沖壓。
本發(fā)明方法所生產(chǎn)的金屬物體可用于醫(yī)療裝置中，例如用于植入物或諸如外科手術刀和診斷儀這樣的醫(yī)療儀器。這種植入物可以是骨骼或牙齒的修補物。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，材料是可醫(yī)用的。這種材料為適當?shù)慕饘?，例如，鈦、Ti6Al4V、不銹鋼和Co28Cr6Mo。
用于植入物的材料必須是具有生物相容性和血液相容性以及機械耐久性的，例如，鈦或上述其它適當?shù)慕饘佟?br> 根據(jù)本發(fā)明，其它可用的金屬或合金為NiTi、ZrxTiy和CoCrMo。其它的例子是鐵系金屬、稀土金屬和鉑系金屬。
本發(fā)明方法所生產(chǎn)的物體也可以是非醫(yī)用產(chǎn)品，例如球軸承、切割刀具、耐磨表面和電子元件，例如用于印刷電路這樣的電子電路中的晶片。在生產(chǎn)晶片時，材料物體可包含少量的摻雜填料。
下面介紹一些材料的用途。不銹鋼髖關節(jié)球頭(hip ball)，需要抗腐蝕的部件。工具鋼鉆頭、錘、螺絲刀和榫槽鑿。鋁合金用于汽車以減小重量，密度小，用途廣泛，抗腐蝕性高，導電率高，強度高、加工性能好。鈦用于植入物，例如板、螺釘和人造關節(jié)修補物。Ti6Al4V矯形植入物，例如，臀部假體的股骨部分。鎳合金因抗腐蝕而用于潮濕環(huán)境，蠕變強度仍較高的高溫環(huán)境，電阻元件和加熱板。Co28Cr6Mo涉及關節(jié)疾病的矯形植入物。因此，本發(fā)明可廣泛地應用于生產(chǎn)產(chǎn)品。
在裝入模中的材料受到聚結時，就可在所形成的物體上形成堅硬、光滑和致密的表面。這是物體的一個重要的特點。堅硬的表面使物體具有良好的機械性能，例如，抗磨損和抗刮擦性高。光滑和致密的表面使材料耐腐蝕。在產(chǎn)品中可獲得極少的孔隙和較高的強度。這指的是開口孔隙和孔隙總量兩個方面。在傳統(tǒng)的方法中，由于開口孔隙不可能通過燒結而得到降低，因此，其目標是減少開口孔隙的數(shù)量。
混合粉末混合物直到其盡可能地均勻以便獲得最佳性能的物體是非常重要的。
還可按照本發(fā)明的方法來制造涂層。一種金屬涂層可形成于另一種金屬或其它一些材料的金屬元件的表面上。在制造涂覆元件時，將該元件放置在模中并通過普通的方式將其固定在其中。通過氣體霧化的方式將涂層材料嵌入到圍繞著待涂覆元件的模中，此后，通過聚結而形成涂層。待涂覆元件可以是任何按照本申請而形成的材料，或者其可以是任何普通形成的元件。由于涂層可使元件具有特殊的性能，因此，這種涂層是非常好的。
涂層還可以普通的方式，例如以浸涂和噴涂的方式涂覆在本發(fā)明所生產(chǎn)的物體上。
也可首先在第一模中通過至少一次沖擊來壓縮材料。此后，將材料移到另一個更大的模中，并將另外的金屬材料裝入模中，然后，通過至少一次沖擊將材料壓縮在首先被壓縮的材料的頂部或側部。通過選擇沖擊能量和材料可有多種不同的組合方式。
本發(fā)明還涉及由上述方法所獲得的產(chǎn)品。
本發(fā)明方法比壓制具有很多優(yōu)點。壓制方法包括從包含輔助燒結劑的粉末形成坯料物體的第一步驟。在第二步驟中將對坯料物體進行燒結，其中，輔助燒結劑被燒盡或者在另外的步驟中被燒盡。由于必須對表面進行機械加工，因此，壓制方法還需要對所生產(chǎn)的物體進行最終加工。根據(jù)本發(fā)明的方法，可在一個步驟或兩個步驟中生產(chǎn)出物體，并不需要對物體表面進行機械加工。
在按照傳統(tǒng)方法生產(chǎn)假體時，對用于假體的桿狀材料進行切割，熔化所獲得的桿件并放入燒結模中。然后進行包括拋光在內(nèi)的加工步驟。該方法既花費時間又消耗能量，并包括20-50％的原始材料損失。因此，在一個步驟中可制造出假體的方法既節(jié)省材料又節(jié)省時間。另外，不必按照與傳統(tǒng)方法相同的方式去制備粉末。
通過使用本方法，可以一件的方式生產(chǎn)出較大的物體。在包括鑄造的目前所用的方法中，通常必須以多件的方式生產(chǎn)出預定物件，以便在使用之前將它們連接在一起。例如，這些件可利用螺釘或粘結劑或其組合而進行連接。
本發(fā)明方法的另外的優(yōu)點是可用于帶有排斥顆粒的電荷的粉末，而不必對粉末進行處理來中和電荷。該方法可在不考慮粉末顆粒電荷或表面張力的情況下進行。但這并不排斥利用其它粉末或帶有相反電荷的添加劑。通過使用該方法，可控制所生產(chǎn)的物體的表面張力。在一些情況下，需要獲得較低的表面張力，例如，用于需要液體膜的磨損表面，而在另一些情況下，需要獲得較大的表面張力。
下面就通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
實施例對9種金屬進行測試，它們是鋁合金、不銹鋼、馬氏體鋼、低鍛鋼、工具鋼、Co28Cr6Mo合金、Ti6Al4V合金、鈦和鎳合金。
實施例1，能量和添加劑的研究，加熱研究采用和不采用添加劑來對材料進行測試。比較沖擊的能量級。除了其中兩個(鈦和鈦合金，當存在鈦時，輔助燒結劑不是必須的)之外，在每個金屬種類中，測試4個批次?！芭?”是純粉末，“批次2”是帶有潤滑劑(合成脂肪酸酯(Acrawax)C)的粉末，“批次3”是帶有輔助燒結劑(硼酸或Cu-Mg)的粉末，“批次4”是帶有潤滑劑(合成脂肪酸酯(Acrawax)C)和輔助燒結劑(硼酸或Cu-Mg)的粉末。但在圖中只顯示了不銹鋼的4個批次的結果。其它金屬只顯示了批次1和批次2的圖線結果。
制備粉末如果不特別說明，對于所有的金屬制備都是相同的。批次1，純粉末初始干燥混合10分鐘，從而在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
批次2，帶有潤滑劑的粉末初始與1重量％的合成脂肪酸酯(Acrawax)C干燥混合15分鐘，從而在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
批次3，鋁合金粉末已包含了輔助燒結劑(Cu-Mg)，因此，只混合10分鐘，從而在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
對于批次3其它所有的金屬類型，甲醇與硼酸混合，并與粉末攪拌在一起。將混合物弄干，然后在310℃下放置30分鐘，以便使金屬和硼酸發(fā)生預期的反應。然后，粉末被放置使其冷卻下來，之后，干燥混合粉末15分鐘，以便在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
批次4，Al合金粉末已包含了輔助燒結劑(Cu-Mg)，因此，只與1重量％的合成脂肪酸酯C混合15分鐘，從而在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布和在粉末與潤滑劑之間形成均勻的混合物。
對于批次4其它所有的金屬類型，甲醇與硼酸混合，并與粉末攪拌在一起。將混合物弄干，然后在310℃下放置30分鐘，以便使金屬和硼酸發(fā)生預期的反應。然后，粉末被放置使其冷卻下來，之后粉末與1重量％的合成脂肪酸酯C干燥混合15分鐘，以便在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
說明對包括在能量和添加劑研究中的所有4個批次中的第一試樣通過117680N的軸向載荷預壓一次。其余的試樣首先預壓一次，然后再利用一次沖擊進行壓縮。在此系列中的沖擊能量為150-4050Nm(一些批次停留在較低的沖擊能量)之間，每個沖擊能量級的間隔為150或300Nm。
在制成每個試樣之后，將所有的工具的部件拆卸下來，并取出試樣。通過電子測微器測量其直徑和厚度，并由此而可推出物體的體積。然后，用數(shù)字天平秤出其重量。對于每個批次，由測微器和天平得出的所有輸入值都自動記錄并存儲在用于每一批次的單獨的文件中。通過這些結果，用重量除以體積就可獲得密度1。
為了繼續(xù)下一個試樣，有時需要對工具進行清潔，只用丙酮或者用砂布來拋光工具的表面，以便將留在工具上的材料除去。
采用三個可視標度以便于確定所制造的試樣的狀態(tài)?？梢晿硕?對應于粉末試樣，可視標度2對應于脆性試樣，可視標度3對應于固態(tài)試樣。
理論密度由制造商給出，或者通過根據(jù)特定材料的百分比而得出所包含的所有材料的重量而計算出來。將所得出的每個試樣的密度除以理論密度就獲得相對密度。
對所有的試樣通過浮力法測量其密度2。每個試樣測量三次，并獲得三個密度。由這些密度值得出其平均密度并用于圖中。開始，在加熱爐中將所有的試樣在110℃下干燥3小時，以便將其所包含的水分蒸發(fā)掉。在試樣冷卻下來之后，確定試樣的干燥重量(m0)。然后進行滲水過程，將試樣保持在真空和加入兩滴潤濕劑的水中。真空排出所有空氣而孔隙被水充滿。一小時后，測量試樣在水中的重量(m2)和在空氣中的重量(m1)。由m0、m1、m2和水的溫度來確定密度2。
還要測量開口孔隙和封閉孔隙的體積。將開口孔隙中充滿水，并計算水的體積?？偪紫兜捏w積百分比為100％與相對密度的差，因此，就可計算出封閉孔隙為總孔隙和開口孔隙的體積％差。試樣尺寸在此試驗中，所制造的試樣是直徑為～30.0mm，高度為5-10mm的圓盤。高度隨所得到的相對密度而定。由于已選擇了每種金屬的質(zhì)量以得到相同的體積，因此，如果應當獲得的相對密度為100％，那么，對于所有的金屬，其厚度為5.00mm。
在成型模(工具的部件)中，鉆有直徑為30.00mm的孔。高度為60毫米。采用兩個沖頭(也是工具的部件)。下沖頭放置在成型模的下部。粉末裝入到成型模與下沖頭之間所形成的空腔中。然后，將沖擊沖頭放置在成型模的上部，并準備好進行沖擊。
由于在加入添加劑時，真實的理論密度很難計算，因此，在能量和添加劑研究中，批次2、3和4的理論密度確定為與純粉末的理論密度相同。
對所有金屬，選擇相對密度與總沖擊能量以及相對密度與每單位質(zhì)量的能量的關系。但對于不銹鋼316L，圖中顯示的是相對密度與沖擊速度的關系。對于不銹鋼，給出了4個批次的圖線，但對于其它金屬，只給出了兩個批次的圖線，因為曲線之間的差異是類似的。除了不可能測量出密度2的情況之外，在大多數(shù)情況下采用密度2。
在一些情況下，使用外部潤滑劑合成脂肪酸酯C以便于可方便地將試樣取出。有時，需要對工具進行清潔以便于將該過程中所粘結的材料除去。
結果表1和2示出了金屬的性能。表1包括非鐵基金屬，表2包括鐵基金屬。鈦是在Good Fellows制造的，它們不能告訴顆粒分布。
表1
表2
不銹鋼316LHD(H_gan_s)試樣重量28g。試樣的數(shù)目為，批次128，批次211，批次3批次411。批次1的能量級間隔為150Nm，批次2、3和4的能量級間隔為300Nm。圖2表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。來自包含潤滑劑的批次和包含輔助燒結劑的批次，除了預壓試樣以外，所有試樣都是固態(tài)的。對只帶有輔助燒結劑的批次進行預壓之后，只獲得粉末。對于只帶有加入潤滑劑的批次，可獲得脆性試樣。
當用最低的總能量300Nm進行沖擊時，在所有批次中可獲得固態(tài)試樣(對于純的批次為150Nm)。
對于純粉末，在3450Nm時獲得的最大相對密度為95.1％，對于包含潤滑劑的批次，在2550Nm時為90.5％，對于包含輔助燒結劑的批次，在3300Nm時為93.3％，對于包含潤滑劑和輔助燒結劑的批次，在3150Nm時為89.6％。
圖3表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。對于純粉末，在123Nm/g時所獲得的最大相對密度為95.0％。對于包含潤滑劑的批次，在91Nm/g時所獲得的最大相對密度為91.4％。對于只包含輔助燒結劑的批次，在80.2Nm/g時所獲得的最大相對密度為85.6％。對于包含潤滑劑和輔助燒結劑的批次，在113Nm/g時所獲得的最大相對密度為89.6％。
圖4表明相對密度是沖壓裝置的沖擊速度的函數(shù)。
純的批次與包含潤滑劑的批次之間的密度差是由所生產(chǎn)的物體中的潤滑劑的體積所引起的。
象在普通燒結中那樣，輔助燒結劑只在一些范圍不起反應或一點也不起反應。與純粉末相比，所生產(chǎn)的物體具有較低的相對密度。
對于下述金屬，只有批次1和批次2顯示在圖中。
馬氏體鋼，(410L，H_gan_s)試樣重量27.1g。試樣的數(shù)目為，批次121，批次211。批次1的沖擊能量級間隔為150Nm，批次2的沖擊能量級間隔為300Nm。圖5表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓(可視標度3)后，純粉末的批次是固態(tài)的。對于包含潤滑劑的批次，在300Nm的沖擊能量處獲得第一物體試樣。批次2的預壓試樣具有可視標度1。對于純粉末，最大密度在2250Nm處為96.0％，對于批次2，最大密度在3000Nm處為92.5％。
圖6表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
低鍛鋼，(Astaloy CrM，H_gan_s)試樣重量27.4g。試樣的數(shù)目為，批次129，批次211。沖擊能量級間隔批次1150Nm，批次2300Nm。材料是軟退火的。圖7表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。在預壓(可視標度3)處，不帶潤滑添加劑的批次試樣是固態(tài)物體。對于包含潤滑添加劑的批次，在300Nm的沖擊能量處獲得第一固態(tài)物體試樣。包含潤滑添加劑的批次中的預壓試樣是脆性的，且在接觸時就會崩塌(可視標度2)。對于批次1，最大相對密度在3000Nm處為97.6％，對于批次2，最大相對密度在2400Nm處為93.1％。
圖8表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
工具鋼，(H13，Powdrex(H_gan_s，英國))試樣重量27.4g。批次1的沖擊能量級間隔為150Nm，批次2的沖擊能量級間隔為300Nm。材料是退火的。
圖9表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓后，試樣是固態(tài)的。2700Nm處的最大相對密度為95.6％。
圖10表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
鋁合金Al12Si(12重量百分比Si，其余為Al)，(Eckart-granules(顆粒))試樣重量9.4g。試樣數(shù)目，批次121，批次211。批次1的沖擊能量級間隔為150Nm，批次2的沖擊能量級間隔為300Nm。
圖11表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓處理后，對于純粉末批次，獲得固態(tài)試樣。對于只帶有潤滑添加劑的批次，獲得脆性試樣(可視標度2)。
在進行300Nm的第一次沖擊時，在所有批次中獲得固態(tài)試樣(批次1為150Nm)。只包含潤滑劑的批次在3000Nm處的最大密度為98.2％。批次1在3750Nm處的最大密度為97.1％。
圖12表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。鋁合金在表面具有氧化層，在此過程中這是很不利的，需要使用更大的能量。
純度為99.5％的鈦(Goodfellow)試樣重量16g。試樣數(shù)目，批次125，批次211。沖擊能量級間隔批次1150Nm，批次2300Nm。
圖13表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓處理后，對于純粉末批次，獲得固態(tài)試樣(可視標度3)。帶有潤滑劑合成脂肪酸酯C的批次預壓后，獲得脆性試樣(可視標度2)。
在分別進行150和300Nm的第一次沖擊時，在兩個批次中獲得固態(tài)試樣。
在低于1050Nm的沖擊能量處，純粉末批次的相對密度低于添加了潤滑劑的批次，但在1050Nm以上，帶有潤滑劑的批次的曲線變平，但純粉末批次的曲線仍升高。
批次1的最大相對密度為97.0％，批次2的最大相對密度為93.9％。
圖14表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
Ti6Al4V(Sulzer)試樣重量16g。試樣數(shù)目，批次120，批次211。沖擊能量級間隔批次1150Nm，批次2150Nm，300Nm。
圖15表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓處理后，對于純粉末批次，獲得固態(tài)試樣(可視標度3)。帶有潤滑劑合成脂肪酸酯C的批次預壓后，獲得脆性試樣(可視標度2)。
在對純粉末進行150Nm的第一次沖擊和對帶有潤滑劑的批次進行1200Nm的第4次沖擊時，獲得固態(tài)試樣。因此，對于批次2，獲得的可視標度2為300、600和900Nm?？梢晿硕?還可以是3000Nm。在2550Nm處，批次1的最大相對密度為93.5％。
圖16表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
鎳合金(Hastelloy X，H_gan_s)試樣重量23g。試樣數(shù)目，批次127，批次211。沖擊能量級間隔批次1150Nm，批次2300Nm。
圖17表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。預壓處理后，對于純粉末批次，獲得固態(tài)試樣。批次2預壓后，獲得粉末試樣(可視標度1)。
在進行300Nm的第一次沖擊時，對于批次2，獲得可視標度2，且可視標度3為600-3000Nm。在4170Nm處，批次1的最大相對密度為91.8％。
圖18表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
C028Cr6Mo(Stellite，H_gan_s)試樣重量30g。試樣數(shù)目，批次126，批次211。沖擊能量級間隔批次1150Nm，批次2300Nm。
圖19表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。幾乎所有的試樣都是脆性的，它們中的一些還省掉了試樣的一些成分。對于純粉末和包含潤滑劑的批次，在進行了第一次沖擊后，不形成材料物體(仍為粉末)。對于這兩個批次，在600Nm處獲得第一固態(tài)物體，可視標度2。在3900Nm處，批次1的最大相對密度為87.3％，在1800Nm處，批次2的最大相對密度為83.3％。
圖20表明相對密度是每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。
圖21是非鐵基金屬的相對密度與總沖擊能量的函數(shù)關系圖，圖22是鐵基金屬的相對密度與總沖擊能量的函數(shù)關系圖。由于鋁合金是軟合金并具有較低的熔點，因此，其具有可以預計的最大密度。鈦在較大的沖擊能量處具有大致相同的相對密度。對于鐵基金屬，低鍛鋼在較低的沖擊能量處具有最大的密度，而工具鋼在較大的沖擊能量處具有大致相同的密度。
在大多數(shù)情況下，可采用內(nèi)部潤滑來避免使用外部潤滑。對于具有添加材料的金屬批次，通?？色@得較低的相對密度。因為在添加材料時相對密度是很難計算的。而且，材料包含添加劑時，很難獲得較大的相對密度。預壓后可視標度的差別表明，添加了潤滑劑或輔助燒結劑的試樣的相對密度比純粉末批次1的相對密度要低。在硼酸與粉末混合之前，將硼酸熔合到甲醇中，因此，硼酸可作為涂層涂覆到每個顆粒周圍。這就使得在粉末顆粒之間很難使顆粒間熔合。內(nèi)部潤滑劑合成脂肪酸酯C似乎在粉末中占據(jù)了空間。粉末不熔合，并且在每個顆粒周圍沒有涂覆，但是，當顆粒融合合成脂肪酸酯C時，顆粒就會妨礙顆粒間熔合。在后處理例如燒結過程中，必須經(jīng)常將所有的添加劑除去。但是，結果表明，包含添加劑的材料可壓縮成固態(tài)物體。存在這樣的趨勢較硬的金屬例如Co28Cr6Mo很難進行壓縮而形成具有較大相對密度的固態(tài)試樣。由于硬度降低，因此，軟退火的粉末易于壓縮。
圖23是非鐵基金屬的相對密度與單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)關系圖，圖24是鐵基金屬的相對密度與單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)關系圖。在圖23中，在小于75Nm/g處，鋁合金獲得最大的相對密度。此后，依次為鈦、鎳合金，然后是Co-28Cr-6Mo和Ti-6Al-4V。但在每單位質(zhì)量的沖擊能量大于75Nm/g處，每種材料所獲得的相對密度的變化是崩塌的。鈦的最大相對密度為97.0％。此后，相鄰的鋁合金在每單位質(zhì)量的沖擊能量高于鈦的地方的相對密度也達到97.0％。此后，Ti-6Al-4V為95.0％，鎳合金為91.8％，Co-28Cr-6Mo為87.3％。
在圖24中，在鐵基材料中低鍛鋼具有最大的相對密度97.6％。此后，依次為馬氏體鋼97.0％，不銹鋼316L95.5％，工具鋼95.0％。
重要的是試樣不含有任何的開口孔隙，因為通過燒結只能減少封閉孔隙。材料的強度隨著總的和/或開口的孔隙量的減少而增大。通過該方法可獲得等于或好于3％體積的封閉孔隙和0％體積的開口孔隙，其結果好于燒結前普通粉末處理的結果。圖25是鋁合金的總孔隙度與孔隙量的函數(shù)關系圖。三條曲線對比了測試試樣的總孔隙量、封閉孔隙量和開口孔隙量。具有最大孔隙量的試樣可用最小的能量級進行壓縮。
開口孔隙曲線從18vol％下降到0vol％。封閉孔隙曲線從～12vol％下降到～2.7vol％。具有2.7vol％封閉孔隙和0vol％開口孔隙的試樣的相對密度為97.0％，并可利用2100Nm的沖擊能量來進行壓縮。
結果表明，該方法可獲得與傳統(tǒng)粉末處理方法類似的孔隙度結果。
加熱研究在加熱研究中對Co-28Cr-6Mo進行測試。很難將Co-28Cr-6Mo粉末適當?shù)貕嚎s到較高的密度。
加熱測試的目的是評估預熱不同的材料對試樣的壓縮過程和密度影響如何。
首先將粉末預熱2小時到210℃，以便粉末中的溫度均勻。然后，將粉末傾注到室內(nèi)回火的模中，并在傾注到模中的過程中測量粉末的溫度。盡可能快地安裝工具，并用117680N的軸向載荷對粉末進行預壓，且以300-3000Nm的能量進行沖擊。然后，將其結果與不進行預熱的測試結果組進行比較。
對所有的試樣用浮力法測量氮化硅酮，Co-23Cr-6Mo的密度。每個試樣測量三次，從而獲得三個密度值。由這些密度得出平均密度，并用于圖中。如上所述測量密度。
圖44和45示出了Co28Cr6Mo的相對密度與總沖擊能量和單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)關系。粉末在壓實之前的溫度為150-180℃。
粉末在壓實之前的溫度為170-190℃。試樣重量為30.0g。不進行預熱的試樣的數(shù)目為26，進行預熱的試樣的數(shù)目為8。兩條曲線相互跟隨。預熱的和不預熱的粉末之間的差別是預熱的試樣已在300Nm的沖擊能量處較早地達到可視標度3。預熱測試的試樣不是脆性的，并具有看似拋光的較細外表面。與不進行預熱測試的試樣相比，在～1200Nm處獲得第一固態(tài)物體。兩個預壓試樣都具有可視標度1。
預熱對取出后的試樣的狀態(tài)有積極的影響。Co28Cr6Mo看似沒有脆性，并在較小的沖擊能量處就達到較好的可視標度。在壓縮預熱的Co28Cr6Mo粉末之后，在工具上沒有材料覆層。
能量研究利用多次沖擊對不銹鋼進行能量研究，其中，每次沖擊的沖擊能量為1200或2400。然后，對試樣進行1-5次沖擊，兩次沖擊之間的時間間隔為0.4或0.8s。
圖46示出了具有不同時間間隔的每次沖擊為2400Nm的曲線。曲線是平行的，因此，0.4和0.8s之間的時間間隔變化對結果無影響。在5次沖擊下，相當于12000Nm，它們的最大密度為96.6％。
實施例2，參數(shù)研究參數(shù)研究包括重量研究、速度研究、時間間隔研究和沖擊次數(shù)研究。只對不銹鋼316L進行這些研究。
參數(shù)研究采用純粉末，這就表明粉末是通過干燥混合粉末10分鐘制備而成。
說明在重量研究中，沖擊能量的間隔為300-3000Nm，且沖擊能量級間隔為300Nm。唯一變化的參數(shù)是試樣的重量。其反映了不同的每單位質(zhì)量的沖擊能量。
在速度研究中，沖擊能量的間隔為300-3000Nm，且沖擊能量級間隔為300Nm。但這里采用不同的沖壓裝置(重量不同)來獲得不同的最大沖擊速度。
在時間間隔研究和沖擊次數(shù)研究中，總沖擊能量為1200或2400Nm。對2-6次沖擊進行測試研究。在沖擊之前，利用117680N的靜態(tài)軸向壓力對試樣進行預壓。連續(xù)沖擊之間的時間間隔為0.4或0.8s。在沖擊次數(shù)研究中，對5次不同沖擊的圖線進行測試研究。
象實施例1中一樣，同樣地取出試樣和測量試樣的密度。
重量研究利用HYP35-18沖壓機對三組三個不同試樣重量7、14、28和56g的不銹鋼粉末進行壓縮。28g試樣組是實施例1中所描述的不銹鋼組。7g、14g和56g試樣為28g試樣重量的4倍、0.5倍和2倍。試驗組通過從最小沖擊量以遞增的能量級間隔增加到最大沖擊量而進行一次沖擊來完成。最大、最小和遞增的能量都列在表1中。在沖擊之前，所有的試樣都進行預壓。
在圖26和27中，給出了作為每單位質(zhì)量的沖擊能量和總沖擊能量的函數(shù)的相對密度的4組測試結果。由于最大總沖擊能量是恒定的(最大3000Nm)，因此，0.5倍重量和4倍重量組將達到較高的每單位質(zhì)量的能量水平。所達到的最大相對密度分別為94.4、94.3、95.6和94.5％。結果表明對于給定的每單位質(zhì)量的能量水平，當試樣質(zhì)量增大時，可獲得較大的密度。對于質(zhì)量較大的物體，該方法需要較小的每單位質(zhì)量的能量就可達到相同的密度。如圖26所示，較大的物體可很快地達到最大密度。
結果表明，對于所獲得的較低的密度，該方法取決于每單位質(zhì)量的能量。當獲得較大的密度時，該方法就不取決于每單位質(zhì)量的能量，但總能量與質(zhì)量無關。這在前面的說明書中已有描述。
速度研究利用HYP35-18、HYP36-60和高速沖擊機來壓縮不銹鋼粉末。對于高速沖擊機，可改變沖頭的重量，并使用三個不同的質(zhì)量7.5、14.0和20.6kg。HYP35-60的沖頭重量為1200kg，而HYP35-18的沖頭重量為350kg。試樣重量為28g。對所有的試樣進行一次沖擊。沖擊能量從預壓值以300Nm的遞增間隔增加到最大值3000Nm來進行沖擊。在沖擊之前，所有的試樣也都進行預壓。HYP35-18的預壓力為135KN，HYP35-60為260KN，高速沖擊機為18KN。對于HYP35-60沖擊機在最大沖擊能量3000Nm的情況下，用7kg沖頭獲得的最大沖擊速度為28.3m/s，用1200kg沖頭獲得的最小沖擊速度為2.2m/s。
在圖28中，給出了作為每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)的相對密度的5組測試結果。圖29表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)，圖30表明相對密度是沖擊速度的函數(shù)。5組測試結果的最大密度之間的差高達10％。結果表明，當沖頭質(zhì)量增大或等效降低沖擊速度時，可獲得較大的相對密度增量。當能量增大時，其影響降低。預壓時的相對密度很大程度上依賴于靜壓力。對于7.5、14.0和20.6kg沖頭，預壓試樣不轉化為固態(tài)物體，而是粉末并表示為可視標度1。圖31顯示了總沖擊能量為1500、2100和3000Nm時的相對密度與沖擊速度的函數(shù)關系。圖中表明沖擊速度降低時相對密度增大。
時間間隔研究和沖擊次數(shù)研究該研究的試樣通過總沖擊能量為1200或2400Nm的多次沖擊來進行制造。對每次沖擊具有相同的能量的2-6次沖擊進行測試研究。在沖擊之前，利用117680N的靜態(tài)軸向壓力對試樣進行預壓。連續(xù)沖擊之間的時間間隔為0.4或0.8s。對5次不同沖擊的圖線，“低-高”、“高-低”、“階梯上升”、“階梯下降”和“水平”進行測試研究。在“低-高”的序列中，該序列中最后的沖擊量為等量的前次沖擊的總能量的兩倍。因此，“高-低”序列是初始高沖擊能量沖擊序列的鏡像序列。階梯上升和下降序列在相同的序列中能量水平是逐漸增大或降低的。序列中所有的增大或降低的間隔都是相同的。“水平”序列是按照每次沖擊都是在相同的沖擊能量水平上進行。試樣重量為28.0g。
圖32和33分別示出了1200和2400Nm的水平?jīng)_擊序列。每個能量都以沖擊間隔時間t1＝0.4s和t2＝0.8s進行。圖32表明，當總能量被分成較多數(shù)目的沖擊時，t＝0.4s序列的密度下降。當沖擊次數(shù)增大時，t＝0.8s序列的密度無任何改變。對于2499Nm的能量水平，在圖32中，t＝0.4s和t＝0.8s間隔序列的密度都隨著沖擊次數(shù)的增大而降低。但對于t＝0.8s序列趨勢更明顯。通常，對于兩個能量水平，通過研究序列的平均值，t＝0.8s序列的密度高于t＝0.4s序列的密度。對于1200Nm的能量，t＝0.4s的序列的平均相對密度為89.8％，t＝0.8s序列的平均相對密度為90.4％。對于2400Nm能量，則相對密度分別為92.4和92.8％。
圖34示出了1200Nm能量和t＝0.4s的沖擊圖線。由于HYP沖擊機程序限定了4個單獨的沖擊，因此，“階梯”序列限定為2、3和4個沖擊序列。通常對于第一個三次沖擊，密度增加。對于第五和第六沖擊序列，密度下降。但對于階梯序列并不能得出后面的結論?！半A梯上升”和“低-高”序列的密度高于它們對應的相反序列“階梯下降”和“高-低”的密度。對于未示出的能量為1200Nm，t＝0.8s的序列也有同樣的結論。通常，對于相同的總沖擊能量，不同沖擊形態(tài)序列的差異極小。具有“低-高”形態(tài)的4個沖擊序列在2400Nm處的最大相對密度為94.7％。
實施例3，壓實研究在該研究中使用不銹鋼。開始將粉末干燥混合10分鐘，從而在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
進行5次不同的壓縮測試。所有的測試組都從300-3000Nm且每次測試的能量間隔為300Nm下進行沖擊測試。
第一組為進行兩次預壓的組。所有的試樣都用117680N的軸向載荷進行兩次預壓，且兩次預壓的時間間隔大約為5-10s。
第二組是進行三次預壓的組。所有的試樣都用117680N的軸向載荷進行三次預壓，且預壓的時間間隔大約為5-10s。
在第三組中，首先對試樣進行預壓，沖擊，并在沖擊之后直接以115720N的軸向載荷進行后壓縮，這就意味著沖壓裝置在沖壓了粉末之后不返回到其初始位置。而是沖壓裝置在其最低沖壓位置保持5s，并對壓縮的試樣進行加壓。
在第四組中，試樣首先進行預壓，沖擊，并在沖擊之后以115720N的軸向載荷進行后壓縮，但延時10s，這就意味著沖壓裝置在沖壓之后返回到其初始位置，然后以117680N的軸向載荷對試樣進行后壓縮。
在第五組中，以117680N的軸向載荷對試樣進行兩次預壓，沖擊，并在沖擊之后直接以115720N的軸向載荷進行后壓縮。
按照用于實施例1和2的方法來測量密度。
圖35表明相對密度為總沖擊能量的函數(shù)，其示出了相互比較的所有不同的沖壓組，圖36表明相對密度為每單位質(zhì)量的沖擊能量的函數(shù)。在兩個圖中，x軸分別從600Nm和20Nm/g開始，y軸都從83％開始。
三次預壓所獲得的最大預壓結果為59.5％，比一次預壓的試樣高1.2％。所有的預壓試樣在從工具上取下后具有可視標度2。在300Nm(11Nm/g，1.3m/s)沖擊能量處，對于所有的測試組，都可獲得具有可視標度3的第一物體，對于進行一次預壓和延遲后壓縮的試樣，可獲得的最大相對密度為77.7％。
對于進行一次預壓且?guī)в醒舆t后壓縮的組，在3000Nm(109Nm/g，4.1m/s)處的最大相對密度為95.7％，且對于進行兩次預壓并直接進行后壓縮的組，在2400Nm(86Nm/g，3.7)處的最大相對密度為95.3％。
這比進行一次預壓的組的相對密度高1.5％。
該測試的數(shù)據(jù)列在表3中。
表3
所有的測試組都顯示了形態(tài)的趨勢多次預壓或后壓縮增大了相對密度。一種原因可能是較大壓力的預壓可將粉末中更多的空氣排出。結果表明兩次預壓比一次預壓的效果好，這可能是沖擊粉末之前必須獲得最佳半成品密度的總壓力是要進行兩次預壓。
后壓縮對試樣的影響與預壓是不同的。這可能是沖擊所傳遞的能量提高了粉末顆粒之間的局部溫度，且保持時間較長，而且沖擊之后的較長時間內(nèi)影響試樣的固化。這些結果也支持了沖擊后材料中的材料波動提高的理論?？赡芴岣吡嗽嚇又胁牧喜▌拥摹俺掷m(xù)時間”，并可長期影響試樣，使更多的顆粒一起熔合。
在有些曲線中，不可能測量出相對密度，那些點已被剔除。
圖47表明相對密度是沖擊次數(shù)的函數(shù)。通過3000和4000Nm的總沖擊能量對試樣沖擊1-21次。圖47對所得出的兩條曲線進行了比較。
兩次沖擊且總沖擊能量為4000Nm所達到的最大相對密度是95.1％。隨著沖擊次數(shù)的增大，4000nm曲線的相對密度有規(guī)律地下降～11％，從95.1％下降到84％。3000Nm的曲線位于4000Nm曲線下方2％的地方，并也存在這種趨勢。相對密度從93％下降到82％，也下降了11％。
實施例4，潤滑劑測試象用于模中的外部潤滑劑一樣，對一些潤滑劑進行測試。利用不銹鋼316L和純鈦進行測試。盡管粘結到工具表面的金屬要比不銹鋼316L要多很多，但也對純鈦進行主要部分的測試。所測試的潤滑劑是添加了不同量石墨的Li-CaX潤滑脂、具有不同粘度的潤滑油、特氟隆(Teflon)噴霧和特氟隆潤滑脂、添加石墨的潤滑脂、帶有不同組合滑石粉的潤滑脂、添加了不同量的氮化硼的LiX潤滑脂以及其它類型的潤滑脂和潤滑油。
所用的潤滑劑如下與底盤潤滑脂混合的3-9重量％的石墨烹調(diào)油馬達油MoS2-潤滑脂純滑石粉粉末或3-9重量％的與底盤潤滑脂相混合噴霧狀的Teflon油滑道(Glide way)220(潤滑油)索道(Chain way)BioPine(鏈鋸油)脂道(Grease way)CaH(潤滑脂)帶有潤滑脂的硬脂酸鹽Li(LiX混合物)純的氮化硼或5-15重量％的與潤滑脂(LiX混合物)相混合純的帶有潤滑脂(Li-CaX 90)的硬酯酸Li-Ca或與5-15重量％的石墨相混合石墨180粘度的酯基油650粘度的酯基油1050粘度的酯基油特氟隆潤滑脂利用涂料刷將外部潤滑劑涂覆在下沖頭(與粉末接觸的側面和與模相接觸的側面)、模和沖擊沖頭(與粉末接觸的側面和與模接觸的側面)上。這便于取下沖頭和試樣，并避免粉末附著在工具上。
測試不同的潤滑劑對所獲得的相對密度影響如何。測試多種類型的潤滑劑，其中改變不同的參數(shù)。石墨量、兩種類型的石墨、潤滑脂中氮化硼的量以及粘度都進行測試以確定每個參數(shù)的特性。
開始對不銹鋼316L和鈦干燥混合10分鐘，以便在粉末中獲得均勻的顆粒尺寸分布。
將每種潤滑劑涂覆在工具表面。在有些批次中對第一試樣以117680N的軸向載荷進行預壓，而有些不用。對余下的試樣(和有些批次中的第一試樣)首先進行預壓，然后進行一次沖擊。這些組中的沖擊能量按照殘留在工具表面上的材料量是不同的。每個測試從300Nm開始，并以300Nm的沖擊能量間隔進行遞增。
在每個測試之間，需要對工具只用擦拭材料、丙酮進行清潔，或者用砂布對工具表面進行拋光，以便將殘留在工具上的材料除去。
為便于確定工具所需清潔的狀態(tài)，在制造出試樣之后，采用6個粘附性標度。表4中列出了每個粘附性標度的說明。
表4
按照實施例1和2中所描述的方法測量其密度。
添加不同量石墨的Li-CaX潤滑脂圖37表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。利用合成脂肪酸酯C曲線作為已添加了不同量石墨的Li-CaX潤滑脂曲線的參考曲線。同時也是其它潤滑劑的參考曲線。表5列出了不同沖擊能量的粘附性標度。
表5
所有的試樣具有可視標度3。所有批次所獲得的相對密度是類似的。帶有10重量％石墨的Li-CaX的粘附性標度到?jīng)_擊能量1500Nm表現(xiàn)為粘附性標度0，而其它批次在較低的沖擊能量處具有較高的粘附性標度。
具有不同粘度的潤滑油圖38表明相對密度為總沖擊能量的函數(shù)。通過將烹調(diào)油作為潤滑劑，與其它潤滑劑相比，獲得的相對密度低～5％。不能確定獲得最大相對密度的殘留潤滑油的粘度是多少。對于粘度為650和1050PaS的潤滑油，試樣具有可視標度2。對于烹調(diào)油和180PaS的潤滑油，試樣具有可視標度3。與所有的潤滑油相比，合成脂肪酸酯C具有最大的相對密度。
表6給出了具有不同粘度的潤滑油粘附性標度的結果。
表6
聚四氟乙烯(特氟隆Teflon)噴霧和特氟隆潤滑脂圖39表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。潤滑脂中的Teflon使試樣具有可視標度2，但潤滑油(噴霧)中的特氟隆具有可視標度3。
特氟隆潤滑油所獲得的相對密度高于特氟隆潤滑脂所獲得的相對密度，但很多材料殘留物粘附在特氟隆潤滑油的工具表面，并不再進行進一步的測試。600Nm沖擊能量處的合成脂肪酸酯C和特氟隆潤滑脂的相對密度類似。在較大的沖擊能量處，合成脂肪酸酯C比特氟隆潤滑脂具有較高的相對密度。在2700Nm處，合成脂肪酸酯C和特氟隆潤滑脂具有大致相同的相對密度。
表7示出了特氟隆潤滑油和潤滑脂的粘附性標度結果。
表7
添加白石墨的潤滑脂圖40表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。對于將3重量％的白石墨加入到潤滑脂中的潤滑劑，可獲得可視標度2。而將9重量％的白石墨加入到潤滑脂中，試樣具有可視標度3。
所有批次所獲得的相對密度是類似的。沒有任何的趨勢表明多少量的石墨可表現(xiàn)出最大的相對密度。但與合成脂肪酸酯C相比，這兩種潤滑劑所表現(xiàn)出的相對密度都比它高～2％。
表8示出了添加不同量石墨的潤滑脂的粘附性標度的結果。
表8
具有不同組合滑石粉的潤滑脂圖41表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。所有的試樣具有可視標度3。
各批次所獲得的相對密度是不同的。與其它的批次相比，純滑石粉粉末狀附著在工具表面上的試樣具有較低的相對密度。在900-1500Nm沖擊能量之間其相對密度實際上是下降的。對于其它的批次，所獲得的相對密度是類似的。具有9重量％滑石粉的潤滑脂表現(xiàn)出最大的相對密度，然后是合成脂肪酸酯C、位于預潤滑工具表面上的滑石粉和具有3重量％石墨的的潤滑脂。
表9示出了添加不同量滑石粉的潤滑脂的粘附性標度的結果。
表9
添加不同量氮化硼的LiX潤滑脂圖42表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。對于預壓300、600、1500、1800、2100、2400、2700Nm，由具有5重量％氮化硼的潤滑脂作為潤滑劑的一些試樣具有可視標度2。其它潤滑劑表現(xiàn)出具有可視標度3。
在較低的沖擊能量處，各批次所獲得的相對密度是無規(guī)律的。所有的潤滑劑都表現(xiàn)出具有相同的相對密度。潤滑劑之間的粘附性標度是不同的。合成脂肪酸酯C從開始就具有較大的粘附性標度2。然后是純LiX、具有5重量％的LiX和具有15重量％的LiX。
表10示出了添加不同量氮化硼的LiX潤滑脂的粘附性標度的結果。
表10
作為潤滑劑的其它類型的潤滑脂和潤滑油圖43表明相對密度是總沖擊能量的函數(shù)。以MoS2潤滑脂作為潤滑劑的批次的試樣具有可視標度2。其它的批次、馬達油、潤滑油、鏈鋸油、潤滑脂和合成脂肪酸酯C都表現(xiàn)出具有可視標度3。
各批次所獲得的相對密度是不同的。在所有的試樣中，以鏈鋸油作為潤滑劑的批次表現(xiàn)出具有較低的相對密度，但在2700Nm處，相對密度增大到其它潤滑劑所能獲得的相對密度水平。由于材料殘留在工具表面，因此，在600和1200Nm停止關于潤滑油和潤滑脂的測試。測試表明合成脂肪酸酯C表現(xiàn)出具有最大的相對密度。然后是MoS2、潤滑脂和馬達油。
關于粘附性標度，合成脂肪酸酯C開始于粘附性標度2。潤滑脂和潤滑油開始于粘附性標度1，但其它物體具有可視標度3。這些潤滑劑沒有一個出現(xiàn)出清潔的工具表面。
表11示出了不同潤滑脂和潤滑油的粘附性標度結果。
表11
對于潤滑油，相對密度低于其它的潤滑劑。在該潤滑劑類型的測試中，具有9重量％滑石粉的潤滑脂可獲得最大的相對密度。其甚至比合成脂肪酸酯C還高。同時，具有9重量％滑石粉的潤滑脂可獲得最低的粘附性標度。
對于Co28Cr6Mo，采用另一種潤滑劑MOLYKOTE(二硫化鉬潤滑劑)，并與合成脂肪酸酯C進行比較。MOLYKOTE可帶來較好的相對密度，但是，MOLYKOTE不適合用在醫(yī)用材料中，且其不可能通過燒結除去。
外部潤滑劑既影響相對密度又影響與工具表面的粘附度。有些潤滑劑可能降低工具表面和粉末之間的摩擦。在此情況下，與具有高摩擦性的潤滑劑相比，就可能獲得較高的相對密度。對于較低的摩擦，沖壓裝置可利用設置好的沖擊能量進行沖擊，并可獲得較高的密度。但是，在很多情況下，在此兩方面潤滑劑的結果是不同的。如果潤滑劑增大了相對密度，那么，它對模的粘附性就是不利的，反之亦然。但是，具有90％滑石粉的潤滑脂既可獲得較高的相對密度又可獲得較低的粘附性標度，這是它很大的優(yōu)點。
材料的硬度看起來也會影響其結果。材料越軟，顆粒就越軟和越易變形。在顆粒間熔合發(fā)生之前，可對顆粒進行軟化、變形和壓縮。從Co28Cr6Mo與其它材料之間所進行的能量和添加劑研究中可看出其差異。Co28Cr6Mo的硬度為～460-830HV，這比其它材料的硬度要大得多，例如，鈦為60HV，低鍛鋼為130-280HV。在下面例子所描述的可視標度的不同表明了所測試的金屬類型和硬度的結果。在包含于能量和添加劑研究中的有些批次中，在制造粉末的過程中已熔合了碳，以便增大最終部件的硬度。為了降低粉末的硬度，在不必改變最終部件的性能的情況下，可對粉末進行軟退化。該預處理的粉末可能獲得更高的相對密度。有些其它材料也很硬，例如工具鋼，但經(jīng)過軟退化，就可增大相對密度。
熔合溫度看起來也會影響材料的壓縮程度。例如，鋁合金的熔合溫度是鎳合金的三分之一。在能量和添加劑研究中，所有的鋁合金批次都獲得了較高的相對密度。相反，鎳合金則很難獲得較高的相對密度。該參數(shù)是影響壓縮程度的參數(shù)中的一種。
本發(fā)明給出了一種新的方法，其包括進行預壓和在有些情況下進行后沖壓，且其中至少在一次沖擊中作用于材料。新的方法可帶來較好的結果，并比現(xiàn)有技術有了很大的改進。
本發(fā)明并不局限于上述的實施例。本發(fā)明方法的優(yōu)點是不需要使用輔助燒結劑也不產(chǎn)生凝固的坯料物體，而且可采用較低的燒結溫度。但是，如果在有些情況下證明是有效的，可在本發(fā)明方法中使用輔助燒結劑、潤滑劑或其它添加劑。類似地，通常不必利用真空或惰性氣體來防止材料物體氧化壓縮。但是，有些材料需要真空或惰性氣體來生產(chǎn)非常純凈或較高密度的物體。因此，盡管根據(jù)本發(fā)明不要求使用輔助燒結劑、真空和惰性氣體，但也不排除使用它們。對本發(fā)明的方法和產(chǎn)品所作的其它改進也包括在本發(fā)明權利要求書的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種通過聚結來生產(chǎn)金屬物體的方法，其特征在于該方法包括以下的步驟a)將粉末、顆粒、丸狀和類似形式的金屬材料裝填入預壓模中，b)對該材料至少進行一次預壓，c)至少通過一次沖擊壓縮壓模中的材料，其中，在沖壓裝入壓模中的材料，產(chǎn)生材料聚結時，沖壓裝置發(fā)出足夠的動能以便形成物體。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于預壓模和壓模是同一個模。
3.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其用于生產(chǎn)不銹鋼物體，其特征在于材料在空氣和室溫下以至少約0.25×108N/m2的壓力進行預壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于材料以至少約0.6×108N/m2的壓力進行預壓。
5.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于該方法包括預壓材料至少兩次。
6.一種通過聚結生產(chǎn)金屬物體的方法，其特征在于該方法包括在壓模中通過至少一次沖擊來壓縮固態(tài)金屬物體形式的材料，其中，沖壓裝置發(fā)出足夠的能量來使物體中的材料產(chǎn)生聚結。
7.根據(jù)權利要求1-5中的任何一項或權利要求6所述的方法，其特征在于在空氣和室溫條件下，壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的至少100Nm的總能量。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的至少300Nm的總能量。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的至少600Nm的總能量。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中產(chǎn)生至少1000Nm的總能量。
11.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中產(chǎn)生至少2000Nm的總能量。
12.根據(jù)權利要求1-5中任意一項或權利要求6所述的方法，其特征在于在空氣和室溫條件下，壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的每單位質(zhì)量的能量至少為5Nm/g。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的每單位質(zhì)量的能量至少為20Nm/g。
14.根據(jù)權利要求13所述的所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的每單位質(zhì)量的能量至少為100Nm/g。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的每單位質(zhì)量的能量至少為250Nm/g。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于壓縮沖擊發(fā)出相當于在沖壓面積為7cm2的圓柱形工具中的每單位質(zhì)量的能量至少為450Nm/g。
17.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于將金屬壓縮到相對密度至少為70％，最好是75％。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于將金屬壓縮到相對密度至少為80％，最好是85％。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于將金屬壓縮到相對密度至少為90％-100％。
20.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于該方法包括在壓縮步驟之后對材料進行至少一次后沖壓的步驟。
21.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于金屬選自包括輕金屬或合金、鐵基合金、非鐵基合金和高熔點金屬或硬合金的集合組。
22.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于金屬選自包括鋁、鈦和包含其中至少一種的合金的集合組。
23.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于鐵基合金選自包括不銹鋼、馬氏體鋼、低鍛鋼和工具鋼的集合組。
24.根據(jù)權利要求21所述的方法，其特征在于高熔點金屬或硬合金選自包括Co、Cr、Mo和Ni以及包含其中至少一種的合金的集合組。
25.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于所生產(chǎn)的物體為醫(yī)用植入物，例如骨骼或牙齒的修補物。
26.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于該方法包括在壓縮或后沖壓之后的任何時間對物體進行后加熱和/或燒結的步驟。
27.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于所生產(chǎn)的物體是坯料物體。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于該方法還包括燒結該坯料物體的另一個步驟。
29.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于材料為可醫(yī)用的材料。
30.根據(jù)前述任意一項權利要求所述的方法，其特征在于材料包括潤滑劑和/或輔助燒結劑。
31.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于該方法還包括使物體變形。
32.一種由權利要求1-31中任意一項所述的方法所獲得的產(chǎn)品。
33.根據(jù)權利要求32所述的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品是醫(yī)療裝置或儀器。
34.根據(jù)權利要求32所述的產(chǎn)品，其特征在于該產(chǎn)品是非醫(yī)療裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過聚結來生產(chǎn)金屬物體的方法，其中，該方法包括以下的步驟a)將粉末、顆粒、細粒和類似形式的金屬材料裝入預壓模中，b)對該材料至少進行一次預壓，以及c)至少在一個沖程中壓縮壓模中的材料，其中，在沖壓裝入壓模中的材料，產(chǎn)生材料聚結時，沖壓裝置發(fā)出足夠的動能以便形成物體。本發(fā)明還公開了一種通過聚結生產(chǎn)金屬物體的方法，其中，該方法包括在壓模中通過至少一個沖程來壓縮固態(tài)金屬物體形式的材料，其中，沖壓裝置發(fā)出足夠的能量來使物體中的材料產(chǎn)生聚結。本發(fā)明還公開了一種由本發(fā)明方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品。
文檔編號C22C1/05GK1458871SQ0181561
公開日2003年11月26日 申請日期2001年7月25日 優(yōu)先權日2000年7月25日
發(fā)明者肯特·奧爾森, 李建國 申請人:Ck管理股份公司