專利名稱：粒狀材料的冶金組合物、自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品以及獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由待燒結(jié)的粒狀材料(以金屬或非金屬粉末的形式)的冶金組合物整形(conform)制造成品(工件)及半成品(多種制品)的特定技術(shù)，除了在燒結(jié)步驟中待形成的產(chǎn)品的金屬結(jié)構(gòu)基體的成分組成外，所述產(chǎn)品還包含處于粒狀形式且可分散在金屬基體中的固體潤(rùn)滑劑，從而導(dǎo)致形成自潤(rùn)滑復(fù)合產(chǎn)品的顯微組織，其呈現(xiàn)為連續(xù)金屬基體并能夠賦予燒結(jié)產(chǎn)品低的摩擦系數(shù)以及高的機(jī)械強(qiáng)度和燒結(jié)工件或產(chǎn)品的高硬度。本發(fā)明涉及用于從所述組合物通過(guò)燒結(jié)形成自潤(rùn)滑復(fù)合產(chǎn)品(工件)的所述冶金組合物，以及用于通過(guò)粉末冶金獲得所述工件或產(chǎn)品特定替代性工藝或方法。
背景技術(shù)：
在機(jī)械工程中，存在對(duì)于獲取用于如下應(yīng)用的材料的日益增長(zhǎng)的研究所述應(yīng)用需要例如高機(jī)械強(qiáng)度和高耐磨強(qiáng)度與低摩擦系數(shù)組合的特性。當(dāng)前，磨損和腐蝕問(wèn)題共同帶來(lái)金球⑶P的2%到5%的損失；由于缺乏潤(rùn)滑而損失在地球上產(chǎn)生的全部機(jī)械能的約35%，其因摩擦而轉(zhuǎn)換成熱。除了能量的損失之外，產(chǎn)生的熱由于加熱而影響了機(jī)械系統(tǒng)的性能。因此，使機(jī)械工件在摩擦下保持低的摩擦系數(shù)非常重要，不僅是為了節(jié)省能量，還是為了增強(qiáng)了所述工件以及它們于其中操作的機(jī)械系統(tǒng)的耐久性，還有助于環(huán)境保護(hù)。用于減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的表面之間的磨損和摩擦的方式是將這些表面保持分隔，在其間插入潤(rùn)滑層。在可能的潤(rùn)滑方式中，流體動(dòng)力(流體潤(rùn)滑劑)是最常使用的。在流體動(dòng)力潤(rùn)滑中，形成使相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的表面完全分隔的油膜。然而應(yīng)指出，使用流體潤(rùn)滑劑通常存在問(wèn)題，如在溫度很高或很低的應(yīng)用中，在流體潤(rùn)滑劑可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且流體潤(rùn)滑劑可能充當(dāng)污染物的應(yīng)用中。另外，在從循環(huán)停止產(chǎn)生有限潤(rùn)滑的情況下，或在不可能形成連續(xù)油膜的情況下，工件之間發(fā)生接觸，從而導(dǎo)致工件的磨損。干式潤(rùn)滑，也就是使用固體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑，是對(duì)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑的替代，因?yàn)樗ㄟ^(guò)存在潤(rùn)滑層而起作用，這抑制了部件表面之間的接觸，而不呈現(xiàn)形成的層破裂。固體潤(rùn)滑在存在問(wèn)題的潤(rùn)滑領(lǐng)域中得到良好接受。它們可以在傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑不能使用的極限溫度下，在高載荷條件下以及在化學(xué)反應(yīng)環(huán)境中使用。另外，干式潤(rùn)滑(固體潤(rùn)滑劑)是一種環(huán)保的清潔選擇?？梢砸匀缦滦问綄⒐腆w潤(rùn)滑劑施用于摩擦對(duì)的部件沉積或產(chǎn)生于所述部件的表面上或納入所述部件材料的體積中的膜(或?qū)?的形式、第二相顆粒的形式。當(dāng)施用特定的膜或?qū)訒r(shí)，且在它們承受磨損的情況下，發(fā)生金屬與金屬的接觸，其結(jié)果是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件之間未受保護(hù)的相對(duì)表面之間的快速磨損。在這些施用膜或?qū)拥那樾沃?，還應(yīng)考慮更換潤(rùn)滑劑的難度，以及潤(rùn)滑劑的氧化和劣化。因此，允許提高材料壽命即部件壽命的更好方法是將固體潤(rùn)滑劑納入部件的材料組分的體積中，從而以低摩擦系數(shù)的復(fù)合材料形式形成部件結(jié)構(gòu)。這可以通過(guò)由粉末處理材料的工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，即通過(guò)壓實(shí)整形粉末混合物，包括壓制、輥壓、擠壓等或通過(guò)射壓造型， 然后進(jìn)行燒結(jié)從而獲得連續(xù)的復(fù)合材料，其通常已為最終的幾何形狀和尺寸(成品)或在幾何形狀和尺寸上與最終產(chǎn)品接近(半成品)。由復(fù)合材料通過(guò)粉末冶金制成的呈現(xiàn)低摩擦系數(shù)的自潤(rùn)滑機(jī)械部件(粉末冶金產(chǎn)品)，例如燒結(jié)的自潤(rùn)滑襯套，已經(jīng)應(yīng)用到不同的家庭用具和小型設(shè)備中，例如打印機(jī)、 電動(dòng)剃須刀、鉆具、混合器等，所述部件包含形成工件的結(jié)構(gòu)基體的粒狀前體，以及待納入工件的結(jié)構(gòu)基體中的粒狀固體潤(rùn)滑劑。已知的絕大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)基體的解決方法是使用青銅、銅、銀及純鐵。將如下用作固體潤(rùn)滑劑二硫化鉬(Μ0&)、銀(Ag)、聚四氟乙烯 (PTFE)以及二硒化鉬(Mok2)。已生產(chǎn)了主要具有青銅和銅基體的這種類型的自潤(rùn)滑襯套， 并在許多工程應(yīng)用中使用了數(shù)十年，所述基體包含作為固體潤(rùn)滑劑顆粒的石墨粉末、硒和二硫化鉬以及低熔點(diǎn)金屬。然而，這些工件不呈現(xiàn)高的機(jī)械強(qiáng)度，根據(jù)其高的固體潤(rùn)滑劑顆粒的體積含量 (從25%到40% )，這導(dǎo)致了低程度的基體相的連續(xù)性，而該基體相是負(fù)責(zé)工件的機(jī)械強(qiáng)度的顯微組織元素。固體潤(rùn)滑劑的這種高含量被認(rèn)為是在如下情形中獲得低摩擦系數(shù)所必要的金屬基體的機(jī)械性能(強(qiáng)度和硬度)以及顯微組織參數(shù)，例如基體內(nèi)分布的固體潤(rùn)滑劑顆粒的尺寸以及在形成的復(fù)合材料中這些顆粒之間的平均自由路徑，均不是優(yōu)化的。具有固有的低剪切強(qiáng)度的固體潤(rùn)滑劑的高體積百分比無(wú)助于金屬基體的機(jī)械強(qiáng)度。另外，金屬基體的低硬度允許在燒結(jié)材料或產(chǎn)品的接觸表面上發(fā)生固體潤(rùn)滑劑顆粒的逐漸阻礙。因此，為了保持足夠低的摩擦系數(shù)，在干燥的自潤(rùn)滑復(fù)合材料的組成中傳統(tǒng)地使用高體積百分比的固體潤(rùn)滑劑。與上面所述的相比，US6890368A公開(kāi)了部分地不同且更先進(jìn)的方案，它提出了一種在300°C到600°C的溫度范圍內(nèi)使用的自潤(rùn)滑復(fù)合材料，其具有足夠的牽引阻力
400MPa)以及低于0.3的摩擦系數(shù)。該文獻(xiàn)提出了一種用于獲得低摩擦系數(shù)的工件或產(chǎn)品的技術(shù)方案，該工件或產(chǎn)品由形成金屬結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料混合物燒結(jié)而成，該混合物在其體積中包括作為固體潤(rùn)滑劑顆粒的主要六方氮化硼、石墨或它們的混合物，且聲稱所述材料適合在300°C-60(TC的溫度下使用，具有足夠的牽引阻力(ot> 400MPa)以及小于0.3的摩擦系數(shù)。然而，由該粉末混合物的固結(jié)獲得的工件或產(chǎn)品在燒結(jié)后具有低的機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)易碎性，所述粉末混合物同時(shí)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)基體粉末以及固體潤(rùn)滑劑粉末，例如六方氮化硼和石墨。上述不足的產(chǎn)生原因是，在從圖IA所示條件到圖IB所示條件下，在待生產(chǎn)的工件或產(chǎn)品的混合與整形(致密化)的步驟中，結(jié)構(gòu)基體10的粉末顆粒之間的固體潤(rùn)滑劑20 相的不充分的剪切分散。通過(guò)剪切，固體潤(rùn)滑劑20粒狀擴(kuò)展在結(jié)構(gòu)基體10相的顆粒之間， 并在混合與整形步驟中趨于包圍所述顆粒，所述步驟例如通過(guò)壓實(shí)，通過(guò)粉末壓制，粉末輥壓、粉末擠壓、以及粉末射壓造型進(jìn)行，這些步驟使所述固體潤(rùn)滑劑承受超過(guò)其低剪切應(yīng)力的應(yīng)力，如附圖中的圖IB所示意性地表示。另一方面，在可溶于基體的固體潤(rùn)滑劑的情況下，結(jié)構(gòu)基體的(粉末的)顆粒之間的固體潤(rùn)滑劑層的存在并不損壞復(fù)合物的金屬結(jié)構(gòu)基體的顆粒之間的燒結(jié)頸部的形成。然而，在這種情況下，固體潤(rùn)滑劑在工件燒結(jié)過(guò)程中因溶解而失去其潤(rùn)滑作用，這是因?yàn)楣腆w潤(rùn)滑劑相因溶于基體中而消失。在固體潤(rùn)滑劑不可溶于結(jié)構(gòu)基體中的情況下，例如六方氮化硼，由于剪切而產(chǎn)生的層21 (見(jiàn)圖1B)損壞了這些顆粒之間的金屬接觸的形成，其在燒結(jié)過(guò)程中形成復(fù)合物的結(jié)構(gòu)基體10 ；這促進(jìn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)基體10相的連續(xù)性程度降低，使該材料和獲得的產(chǎn)品的在結(jié)構(gòu)上易碎。由于上述限制，抑制可溶于結(jié)構(gòu)基體中的潤(rùn)滑劑的溶解和重組不可溶的固體潤(rùn)滑劑的技術(shù)方案變得必要，所述固體潤(rùn)滑劑在機(jī)械均勻化步驟中以層21的形式分散，在整形 (致密化)步驟中以粒狀材料混合物形式，在燒結(jié)過(guò)程中以不連續(xù)顆粒形式。在不可溶固體潤(rùn)滑劑顆粒與復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)基體顆?；旌蠒r(shí)產(chǎn)生了與上述類似的情形，固體潤(rùn)滑劑20具有比構(gòu)成復(fù)合物的結(jié)構(gòu)基體10的材料顆粒(見(jiàn)圖2B)的顆粒尺寸小很多的顆粒尺寸。在這種情況下，固體潤(rùn)滑劑20的明顯更細(xì)小的顆粒趨于在結(jié)構(gòu)基體 10的金屬粉末顆粒之間形成相對(duì)連續(xù)的層21，即使在燒結(jié)之前的加工步驟中沒(méi)有剪切應(yīng)力。固體潤(rùn)滑劑20的粒狀材料的幾乎連續(xù)的層21損壞了金屬結(jié)構(gòu)基體10的顆粒之間的燒結(jié)，使最終工件易碎。在不可溶相的情況下，更充分的分散使復(fù)合基體的粒狀材料的顆粒以及待分散到基體中的固體潤(rùn)滑劑顆粒呈現(xiàn)出相同數(shù)量級(jí)的顆粒尺寸(見(jiàn)圖2A)。由于金屬結(jié)構(gòu)基體10是對(duì)于待形成的復(fù)合材料賦予機(jī)械強(qiáng)度的唯一顯微組織部分，因此所述復(fù)合物的金屬基體的連續(xù)性程度越高，利用該材料產(chǎn)生的燒結(jié)制品或工件的機(jī)械強(qiáng)度就越高。為了保持干的自潤(rùn)滑燒結(jié)復(fù)合材料的金屬結(jié)構(gòu)基體的高連續(xù)性，除了低孔隙率，固體潤(rùn)滑劑相的低體積百分比也是必要的，因?yàn)樗龉腆w潤(rùn)滑劑無(wú)助于材料的機(jī)械強(qiáng)度，因而無(wú)助于燒結(jié)產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。因此，需要一種技術(shù)方案，既在可溶于基體時(shí)抑制潤(rùn)滑劑的溶解，又在混合物的機(jī)械均勻化以及整形(致密化)步驟中過(guò)剪切重組固體潤(rùn)滑劑，導(dǎo)致材料體積中以層21形式的分散，從而損壞復(fù)合物的結(jié)構(gòu)基體10的燒結(jié)以及連續(xù)性程度。固體潤(rùn)滑劑20應(yīng)該以均勻分散的不連續(xù)顆粒的形式分散在復(fù)合材料的體積中，即在金屬結(jié)構(gòu)基體10的顆粒之間規(guī)則的平均自由路徑“ λ ”(見(jiàn)圖；3)。這允許提升較高的潤(rùn)滑劑效率，較高程度的復(fù)合物基體的連續(xù)性，確保了在燒結(jié)過(guò)程中形成的自潤(rùn)滑復(fù)合材料的較高機(jī)械強(qiáng)度，如圖3所示。制備用于產(chǎn)生自潤(rùn)滑復(fù)合物的組合物，作為構(gòu)成基體的材料，其具有金屬元素鐵或鐵基合金，并同時(shí)具有石墨作為固體潤(rùn)滑劑，由于鐵基體所致的碳溶解，導(dǎo)致自潤(rùn)滑燒結(jié)復(fù)合材料具有的基體可為非常硬且易碎而且摩擦系數(shù)高于預(yù)期和所需。在高的燒結(jié)溫度(超過(guò)723°C )下，石墨中的化學(xué)元素碳溶于鐵(Y鐵)的面心立方結(jié)構(gòu)或奧氏體鐵基合金的面心立方結(jié)構(gòu)中。因此，含石墨的固體潤(rùn)滑劑的使用導(dǎo)致碳與鐵在燒結(jié)過(guò)程中從超過(guò)723°C發(fā)生不期望的反應(yīng)，產(chǎn)生具有降低或不具有自潤(rùn)滑性能的工件，因?yàn)槭娜炕虼蟛糠痔疾辉僮鳛楣腆w潤(rùn)滑劑操作，而是形成了碳化鐵。所述文獻(xiàn)US6890368提出了用于構(gòu)成金屬基體的材料的方案，其中為了抑制固體潤(rùn)滑劑如石墨與鐵基結(jié)構(gòu)基體顆粒之間的相互反應(yīng)，提供了具有金屬的石墨顆粒涂層，其在高燒結(jié)溫度時(shí)，使涂覆石墨與鐵基結(jié)構(gòu)基體之間的相互反應(yīng)的可能性最小化。盡管US6890368給出的方案通過(guò)涂履石墨解決了工件燒結(jié)過(guò)程中石墨固體潤(rùn)滑劑損失的問(wèn)題，然而所述涂層抑制石墨擴(kuò)散從而在使用中(在相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦?xí)r)在工件工作表面上形成層，從而減少固體潤(rùn)滑劑的供給，因而使?jié)櫥瑒┑男式档?。另外，?dāng)固體潤(rùn)滑劑包含六方氮化硼時(shí)，僅對(duì)石墨進(jìn)行涂覆并不解決金屬基體的脆性問(wèn)題，因?yàn)樵谀C(jī)中的機(jī)械混合和整形(致密化)步驟中，氮化硼可通過(guò)剪切在基體顆粒之間產(chǎn)生膜。由于六方氮化硼的固體潤(rùn)滑劑的剪切，燒結(jié)工件的脆性問(wèn)題在所述現(xiàn)有技術(shù)US文獻(xiàn)中沒(méi)有討論， 盡管該文獻(xiàn)考慮到了將壓實(shí)和預(yù)燒結(jié)作為用于造型包含低剪切應(yīng)力的所述固體潤(rùn)滑劑的待燒結(jié)工件的可能工藝。除了上述缺陷之外，由于使用的材料的作用以及需要將所述固體潤(rùn)滑劑的預(yù)先金屬化處理的操作，因此所述石墨涂覆方案具有高的成本。另外，至今在自潤(rùn)滑復(fù)合材料的工件或產(chǎn)品制造中通常使用的基體類型，并不呈現(xiàn)出抑制固體潤(rùn)滑劑相的顆粒被基體相快速涂覆所需的硬度，由于工件的工作表面承受的機(jī)械力而產(chǎn)生的塑性微變形，因此削弱了通過(guò)擴(kuò)展在工件的所述工作表面上的固體潤(rùn)滑劑的摩擦層(tribolayer)。該材料的金屬基體需要高度抵抗塑性變形，從而不僅作為承受必要的允許載荷的機(jī)械支撐，也抑制工件在操作中(在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦?xí)r)固體潤(rùn)滑劑顆粒被結(jié)構(gòu)基體的塑性變形覆蓋，抑制固體潤(rùn)滑劑擴(kuò)展到工件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的界面中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供由金屬結(jié)構(gòu)基體和非金屬固體潤(rùn)滑劑形成的復(fù)合材料的冶金組合物，其適于通過(guò)整形(致密化)和燒結(jié)操作制造燒結(jié)產(chǎn)品(成品和半成品)，其呈現(xiàn)與高機(jī)械強(qiáng)度和高硬度聯(lián)合的低摩擦系數(shù)。同樣，本發(fā)明的目的是提供復(fù)合材料的冶金組合物，用于通過(guò)整形(致密化)和燒結(jié)操作來(lái)制造燒結(jié)產(chǎn)品(例如上述引用的)，且當(dāng)應(yīng)用到基于鐵或鐵基合金的基體時(shí)，即使所述基體允許碳在燒結(jié)溫度下溶解，其仍無(wú)需含碳(來(lái)自石墨)的粒狀固體潤(rùn)滑劑的預(yù)先處理。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供如上提到的組合物，且其能夠以低成本容易地獲得。本發(fā)明的又一目的是提供一種通過(guò)如下方式獲得的燒結(jié)產(chǎn)品通過(guò)經(jīng)由壓制、輥壓、擠壓以及其它，或通過(guò)射壓造型的整形，接著對(duì)上述確定的組合物進(jìn)行燒結(jié)，且其呈現(xiàn)高度的金屬結(jié)構(gòu)基體的連續(xù)性，低的摩擦系數(shù)和高的機(jī)械強(qiáng)度，通過(guò)使用包含例如石墨、六方氮化硼或二者混合物的固體潤(rùn)滑劑進(jìn)行。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過(guò)整形(致密化)和燒結(jié)獲得燒結(jié)產(chǎn)品的方法，其避免了預(yù)先制備所使用的組合物顆粒的需求，從而確保結(jié)構(gòu)基體的連續(xù)性以及所得產(chǎn)品的所需摩擦系數(shù)和機(jī)械強(qiáng)度值。在本發(fā)明的第一方面，通過(guò)用于制造自潤(rùn)滑燒結(jié)復(fù)合產(chǎn)品的復(fù)合材料的冶金組合物實(shí)現(xiàn)上述目的，通過(guò)對(duì)所述組合物進(jìn)行壓實(shí)和射壓造型中一種操作來(lái)預(yù)先整形，該組合物包含如下的混合物確定金屬結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料；確定固體潤(rùn)滑劑的粒狀材料，其在組分混合物的機(jī)械均勻化或復(fù)合材料的組合物的整形(致密化)時(shí)，承受剪切并在形成金屬結(jié)構(gòu)基體的材料顆粒上形成層；以及至少一種確定在燒結(jié)過(guò)程中能夠形成液相的粒狀合金元素(化學(xué)元素)的粒狀材料，通過(guò)與復(fù)合材料的基體發(fā)生反應(yīng)，從而在燒結(jié)過(guò)程中允許使以層狀形式存在的固體潤(rùn)滑劑的有害分布進(jìn)行改變(reverse)。由粒狀組分混合物的相互擴(kuò)散以及存在于形成中的材料內(nèi)的基體材料顆粒上擴(kuò)展而形成的液相，穿過(guò)這些顆粒與附著的固體潤(rùn)滑劑層之間，將所述固體潤(rùn)滑劑去除，引起固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚成分散于基體材料體積中的不連續(xù)顆粒，從而在燒結(jié)過(guò)程中允許基體相的顆粒材料的連續(xù)性。在本發(fā)明的另一方面，提供了復(fù)合材料的冶金組合物，用于從預(yù)先整形(致密化的)的組分以及上述確定的組合物制造燒結(jié)產(chǎn)品，該組合物包含以下的混合物確定金屬結(jié)構(gòu)基體(復(fù)合物基體)的粒狀材料，以及確定固體潤(rùn)滑劑的粒狀材料，其在所述粒狀材料的燒結(jié)溫度下與金屬結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料發(fā)生反應(yīng)；以及至少一種確定合金組分的粒狀材料，它在所述燒結(jié)溫度使金屬結(jié)構(gòu)基體(復(fù)合物基體)材料的α相穩(wěn)定。在本發(fā)明的另一方面，通過(guò)包含金屬結(jié)構(gòu)基體的燒結(jié)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)上述目的，其通過(guò)任何前述組合物獲得并呈現(xiàn)固體潤(rùn)滑劑的不連續(xù)顆粒的分散，該金屬結(jié)構(gòu)基體是連續(xù)的， 且具有的固體潤(rùn)滑劑的量與用于產(chǎn)品形成的所述冶金組合物中的所含量相等。本發(fā)明的另一方面，通過(guò)用于從上述確定且呈現(xiàn)固體潤(rùn)滑劑顆粒的分散的冶金組合物獲得燒結(jié)產(chǎn)品的方法實(shí)現(xiàn)上述目的，所述方法包括如下步驟a_例如在碾磨機(jī)/混合器中以預(yù)定量機(jī)械地混合確定冶金組合物的粒狀材料，并進(jìn)行均勻化；b_提供獲得的混合物的整形(致密化)，對(duì)所述混合物賦予待燒結(jié)產(chǎn)品(工件)的形狀；以及C-燒結(jié)該預(yù)壓實(shí)材料。在燒結(jié)之前，當(dāng)通過(guò)擠壓或通過(guò)射壓造型來(lái)進(jìn)行冶金組合物的整形時(shí)，在所述組合物中包含有機(jī)粘結(jié)劑是必要的，以便在整形階段中對(duì)組合物提供流動(dòng)性。本發(fā)明獲得的自潤(rùn)滑復(fù)合材料可以用于制造高機(jī)械強(qiáng)度的部件，也就是說(shuō)，用于制造機(jī)械部件，例如傳動(dòng)裝置、小齒輪、式冠狀物、叉狀物和驅(qū)動(dòng)器、活塞以及用于壓實(shí)機(jī)的連接桿等，而不僅用于干式自潤(rùn)滑襯套。高機(jī)械性能兼具摩擦性能來(lái)源于與基體的機(jī)械性能以及為組合物材料設(shè)計(jì)的顯微組織參數(shù)相關(guān)的一系列具體需求的應(yīng)用，它們是基體的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，分散在基體中的固體潤(rùn)滑劑顆粒之間的尺寸和平均自由路徑；基體的連續(xù)性程度；分散在結(jié)構(gòu)基體中的固體潤(rùn)滑劑顆粒的體積百分比；以及固體潤(rùn)滑劑相與基體之間的相對(duì)穩(wěn)定性。


將在下面通過(guò)結(jié)合附圖并參考本發(fā)明的實(shí)施方案的例子來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，其中圖IA概略性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的粒狀材料組合物的部分顯微組織，其包含結(jié)構(gòu)基體以及含有六方氮化硼和/或石墨的固體潤(rùn)滑劑，在承受粒狀材料混合物的機(jī)械均勻化以及工件整形(致密化)操作之前，在燒結(jié)之前；圖IB類似于圖1A，但示出了相同現(xiàn)有技術(shù)的粒狀材料組合物的顯微組織，在均勻化以及整形之后，其中結(jié)構(gòu)基體的顆粒之間形成固體潤(rùn)滑劑層；圖2A概略性地示出了金屬結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料混合物或組合物的部分顯微組織，而粒狀固體潤(rùn)滑劑的材料具有與金屬結(jié)構(gòu)基體的顆粒尺寸類似的顆粒尺寸(相同的數(shù)量級(jí))，有助于后者的連續(xù)性程度；圖2B概略性地示出了結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料組合物的部分顯微組織，其中固體潤(rùn)滑劑具有比金屬結(jié)構(gòu)基體的顆粒尺寸小得多的顆粒尺寸，由此顯著更細(xì)小的固體潤(rùn)滑劑顆粒在金屬結(jié)構(gòu)基體的顆粒之間趨于形成相對(duì)連續(xù)的層，即使在燒結(jié)之前的加工步驟中沒(méi)有剪切應(yīng)力；
圖3概咯性地示出了均勻分布的不連續(xù)顆粒形式的固體潤(rùn)滑劑，在本發(fā)明的粒狀材料組合物的部分顯微組織中，具有規(guī)則的平均自由路徑“ λ ” ；圖4表示結(jié)構(gòu)基體為鐵基合金的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的顯微組織圖，顯示了石墨和六方氮化硼顆粒以及提供在燒結(jié)過(guò)程中分散于結(jié)構(gòu)基體的粒狀材料中的液體相；圖5用簡(jiǎn)化圖概略性地示出后續(xù)將燒結(jié)的工件或產(chǎn)品的形成中的壓實(shí)的實(shí)施例， 進(jìn)行所述壓實(shí)以便在待燒結(jié)產(chǎn)品的兩個(gè)相對(duì)面中提供自潤(rùn)滑層；圖6Α、6Β和6C表示其整形是通過(guò)由擠壓來(lái)進(jìn)行壓實(shí)所獲得的產(chǎn)品的實(shí)施例，分別為自潤(rùn)滑復(fù)合材料的棒，自潤(rùn)滑復(fù)合材料的管，以及芯部為金屬合金并涂覆有自潤(rùn)滑材料外層的棒；以及圖7用簡(jiǎn)化圖概略性地示出了后續(xù)待燒結(jié)的工件或產(chǎn)品的形成中的壓實(shí)的實(shí)施例，通過(guò)在金屬合金板或帶的相對(duì)面上輥壓自潤(rùn)滑復(fù)合材料進(jìn)行所述壓實(shí)。發(fā)明描述如上述提到的，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供粒狀材料的冶金組合物，其可以均勻地混合并通過(guò)壓實(shí)(壓制、輥壓、擠壓)或通過(guò)射壓造型來(lái)整形(致密化)，使其可表現(xiàn)待承受燒結(jié)操作的確定幾何形狀(工件)，以獲得相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)所獲得的產(chǎn)品呈現(xiàn)出高的硬度、機(jī)械強(qiáng)度以及減小的摩擦系數(shù)的產(chǎn)品。本冶金組合物包含主粒狀金屬材料，它在組合物的形成中是主要的，以及至少一種粒狀硬化合金元素，這些組分負(fù)責(zé)在待燒結(jié)的復(fù)合產(chǎn)品形成結(jié)構(gòu)基體10。根據(jù)本發(fā)明，主粒狀金屬材料通常為鐵或鎳，從而確定鐵基結(jié)構(gòu)基體或鎳基結(jié)構(gòu)基體。在使用鐵作為主粒狀金屬材料的組合物中，具有硬化基體作用的粒狀硬化合金元素確定為例如選自鉻、鉬、碳、硅、錳和鎳中的至少一種，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以在結(jié)構(gòu)基體10 中采用相同作用的其它元素。值得注意的是，本發(fā)明需要提供可實(shí)施將待形成結(jié)構(gòu)基體10 的硬化作用的合金硬化元素，但這方面不應(yīng)限于此處給出的示例性合金元素。除了形成結(jié)構(gòu)基體10的組分外，本組合物還包含非金屬粒狀固體潤(rùn)滑劑20，其優(yōu)選但不限于確定為六方氮化硼、石墨或二者以任何比例的混合物，所述粒狀固體潤(rùn)滑劑20 的體積百分?jǐn)?shù)占待形成的復(fù)合材料體積的約15%或少于15%，所述百分?jǐn)?shù)比現(xiàn)有技術(shù)中通常的25%到40%低，實(shí)質(zhì)上有助于結(jié)構(gòu)基體10的較高程度的連續(xù)性，從而有助于獲得的燒結(jié)產(chǎn)品的較高機(jī)械強(qiáng)度。如在現(xiàn)有技術(shù)的論述中已提到的，如圖認(rèn)、讓、2々和28所示，由于在組合物形成中使用的非金屬粒狀固體潤(rùn)滑劑的低剪切應(yīng)力，以及后來(lái)的燒結(jié)復(fù)合產(chǎn)品在組合物的粒狀材料的混合步驟中，以及在通過(guò)壓實(shí)或通過(guò)射壓造型的組合物整形步驟中，施加到固體潤(rùn)滑劑20的應(yīng)力引起后者在形成結(jié)構(gòu)基體10相的顆粒之間擴(kuò)展，趨于將它們包圍在膜或?qū)?1 中，在粒狀固體潤(rùn)滑劑20不可溶于結(jié)構(gòu)基體10中的情況下，損壞在形成金屬結(jié)構(gòu)基體10 的顆粒之間的燒結(jié)頸部的形成，如發(fā)生在六方氮化硼相對(duì)于鐵基或鎳基結(jié)構(gòu)基體10那樣。為了避免上述缺陷，本發(fā)明的組合物還包含至少一種粒合金元素，它能夠在整形的冶金組合物的燒結(jié)溫度下，在形成結(jié)構(gòu)基體10的粒狀材料與粒狀固體潤(rùn)滑劑20之間形成液相，迫使后者團(tuán)聚成均勻地分散在結(jié)構(gòu)基體10的材料中的不連續(xù)顆粒，如圖3所示。液相的形成及其在粒狀固體潤(rùn)滑劑20上的作用允許在待得到的燒結(jié)復(fù)合產(chǎn)品中獲得結(jié)構(gòu)基體10的高度連續(xù)性。當(dāng)本發(fā)明的冶金組合物通過(guò)壓實(shí)而整形并使用鐵基結(jié)構(gòu)基體時(shí)，主要粒狀金屬鐵材料優(yōu)選具有約10 μ m到約90 μ m的平均顆粒尺寸。而具有硬化結(jié)構(gòu)基體10的作用的硬化元素，以及具有形成液相并使粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素，在通過(guò)壓實(shí)(致密化)而整形的冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中，具有小于約45μπι的平均顆粒尺寸。應(yīng)當(dāng)理解，主要粒狀金屬鐵材料的平均顆粒尺寸應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地比硬化元素以及合金元素的平均顆粒尺寸大。通過(guò)壓實(shí)或通過(guò)射壓造型所整形的上述具有鐵基結(jié)構(gòu)基體10的冶金組合物，當(dāng)粒狀固體潤(rùn)滑劑20為在所述鐵基結(jié)構(gòu)基體10內(nèi)的不可溶的類型時(shí)，能夠包括(completed with)硬化元素以及合金元素，例如六方氮化硼，因?yàn)樵诩s1125°C到約1250°C的燒結(jié)溫度下，粒狀固體潤(rùn)滑劑20不與形成結(jié)構(gòu)基體10的材料反應(yīng)。粒狀固體潤(rùn)滑20與結(jié)構(gòu)基體10 的反應(yīng)引起前者部分或全部在后者的材料中消失，從而削弱甚至消除了要得到的燒結(jié)產(chǎn)品的自潤(rùn)滑性能。然而，在結(jié)構(gòu)基體10例如為鐵基，且當(dāng)粒狀固體潤(rùn)滑劑20至少部分可溶于結(jié)構(gòu)基體10的情況下，在通過(guò)壓實(shí)或通過(guò)射壓造型所整形的冶金組合物的燒結(jié)溫度下，例如與石墨或者由石墨與六方氮化硼的混合物所發(fā)生的，本發(fā)明的冶金組合物還應(yīng)包括至少一種能夠在冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中穩(wěn)定鐵α相的合金組分，從而抑制溶解的發(fā)生，并將粒狀固體潤(rùn)滑劑20結(jié)合到鐵的結(jié)構(gòu)基體10中。根據(jù)本發(fā)明，穩(wěn)定鐵α相的合金組分確定為選自磷、硅、鈷、鉻和鉬中的至少一種元素。盡管這些元素被認(rèn)為是最適合在燒結(jié)溫度下(約1125°C到約1250°C )在穩(wěn)定鐵α 相中足以分別或單獨(dú)起作用，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明存在穩(wěn)定鐵α相的概念，而不存在必須使用此處示例的合金組分的事實(shí)。優(yōu)選地，對(duì)于具有鐵基結(jié)構(gòu)基體10和至少部分可溶于結(jié)構(gòu)基體10的粒狀固體潤(rùn)滑劑20(例如由石墨構(gòu)成或者由石墨與六方氮化硼組成的混合物構(gòu)成)的組合物，具有硬化結(jié)構(gòu)基體10的作用的粒狀硬化合金元素、具有形成液相并使粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素、以及具有穩(wěn)定鐵α相的作用合金組分，確定為例如選自硅的元素， 其含量為冶金組合物重量的約2%到5%，和選自硅、錳和碳的混合物，其含量為冶金組合物重量的約2%到8%。當(dāng)本發(fā)明的冶金組合物由射壓造型所整形并使用鐵基結(jié)構(gòu)基體時(shí)，鐵的主粒狀金屬材料優(yōu)選具有在約1 μ m與約45 μ m之間的顆粒尺寸。同樣的，具有硬化結(jié)構(gòu)基體10的作用的硬化元素，具有形成液相并團(tuán)聚粒狀固體潤(rùn)滑劑20的作用的粒狀合金元素，在由射壓造型所整形的冶金組合物與粒狀固體潤(rùn)滑劑的燒結(jié)過(guò)程中，呈現(xiàn)出也在約1 μ m與約45 μ m 之間的顆粒尺寸。如所述，冶金組合物的結(jié)構(gòu)基體10可以為鎳基的，并且在這種情況下，任何粒狀固體潤(rùn)滑劑20 (在此示例為石墨，六方氮化硼或它們以任何比例的混合物)，將在約1125°C 到約1250°C的冶金組合物的燒結(jié)溫度下具有不可溶于鎳結(jié)構(gòu)基體10的特性，而無(wú)需使用穩(wěn)定鐵α相的粒狀合金組分。在具有鎳結(jié)構(gòu)基體10的冶金組合物中，所需的具有形成液相并使粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素，在冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中，確定為例如選自鉻、磷、硅、鐵、碳、鎂、鈷以及錳中的至少一種元素。當(dāng)本發(fā)明的冶金組合物使用鎳基結(jié)構(gòu)基體10時(shí)，鎳的主粒狀金屬材料在通過(guò)壓實(shí)所整形后呈現(xiàn)出優(yōu)選在約 ο μ m到約90 μ m之間的平均顆粒尺寸，具有硬化結(jié)構(gòu)基體10 的作用的硬化元素，以及具有形成液相并使粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素，在燒結(jié)通過(guò)壓實(shí)(致密化)所整形的冶金組合物的過(guò)程中，呈現(xiàn)出等于或小于45μπι的平均顆粒尺寸。當(dāng)組合物的整形由射壓造型進(jìn)行時(shí)，優(yōu)選鎳的主粒狀金屬材料，以及具有硬化結(jié)構(gòu)基體10的作用的硬化元素，以及具有形成液相作用的粒狀合金元素，呈現(xiàn)出優(yōu)選在約1 μ m到約45 μ m之間的顆粒尺寸?？紤]到具有鎳基結(jié)構(gòu)基體10的冶金組合物，具有硬化鎳基體作用的硬化元素、以及具有形成液相并使粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚成不連續(xù)顆粒的作用的粒狀合金元素，確定為選自于硅、磷和鉻的元素，含量在約2%到約5%之間，或選自于由硅、磷和鉻組成的混合物，其含量占冶金組合物重量的約2%到約8%。當(dāng)燒結(jié)之前的冶金組合物的整形通過(guò)擠壓或通過(guò)射壓造型進(jìn)行時(shí)，組合物還應(yīng)當(dāng)包含優(yōu)選地選自石蠟和其它蠟、EVA和低熔點(diǎn)聚合物的至少一種有機(jī)粘結(jié)劑，在通過(guò)擠壓而整形時(shí)通常占冶金組合物總體積的約15%到約45%，而在通過(guò)射壓造型時(shí)，為約40%到約 45%。有機(jī)粘結(jié)劑在整形步驟后從組合物中提取出，例如在整形產(chǎn)品進(jìn)入燒結(jié)步驟之前通過(guò)蒸發(fā)作用提取。上述冶金組合物，是通過(guò)在任何合適的混合器中將預(yù)定量的粒狀材料進(jìn)行混合得到的，選擇所述粒狀材料用于形成組合物以及自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的后續(xù)獲得。將不同粒狀材料的混合物進(jìn)行均勻化，并通過(guò)整形，即通過(guò)壓制、輥壓或擠壓或通過(guò)射壓造型進(jìn)行致密化操作，使得可整形成對(duì)于由燒結(jié)獲得的產(chǎn)品的所需形狀。在通過(guò)射壓造型進(jìn)行整形的情況下，將包含有機(jī)粘結(jié)劑的組分混合物在不低于使有機(jī)粘結(jié)劑熔化的溫度下均勻化，將如此均勻化的混合物進(jìn)行造粒，以利于其處理、存儲(chǔ)以及提供給射壓機(jī)。在組合物的整形之后，將整形的工件進(jìn)行有機(jī)粘結(jié)劑的提取步驟，通常通過(guò)熱處理進(jìn)行。接下來(lái)，可將均勻化并整形的冶金組合物在約1125°C到約1250°C的溫度下進(jìn)行燒結(jié)步驟?？紤]到冶金組合物以及鐵基或鎳基結(jié)構(gòu)基體10包括至少一種具有形成液相作用的粒狀合金元素，其在燒結(jié)過(guò)程中，通過(guò)粒狀合金元素形成所述液相，并促進(jìn)粒狀固體潤(rùn)滑劑20團(tuán)聚成分布于結(jié)構(gòu)基體10的體積內(nèi)的不連續(xù)顆粒。當(dāng)冶金組合物包含至少部分可溶于鐵基結(jié)構(gòu)基體中的粒狀固體潤(rùn)滑劑時(shí)，如其與石墨及其與立方氮化硼的混合物所發(fā)生的，均勻化并整形的冶金組合物還包含至少一種上面已確定的合金組分，它能夠在冶金組合物的燒結(jié)步驟中，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)基體10的鐵α相，抑制確定為石墨的部分固體潤(rùn)滑劑在鐵結(jié)構(gòu)基體中的溶解。采用此處提出的冶金組合物，可從不需要對(duì)非金屬粒狀固體潤(rùn)滑劑進(jìn)行預(yù)處理的粒狀材料中獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)工件或產(chǎn)品，所述工件或產(chǎn)品呈現(xiàn)出在使用鐵基結(jié)構(gòu)基體10 的情況下，硬度HV彡230，摩擦系數(shù)μ彡0. 15，機(jī)械牽引阻力σ t彡450MPa，且對(duì)于由壓實(shí)來(lái)整形的產(chǎn)品，固體潤(rùn)滑劑20的不連續(xù)顆粒的分散，其平均顆粒尺寸為在約10 μ m到約 60 μ m之間，對(duì)于由射壓造型來(lái)整形的產(chǎn)品則在約2 μ m到約20 μ m之間；并且，在鎳基結(jié)構(gòu)基體10的情況下，硬度HV彡M0，摩擦系數(shù)μ彡0. 20，機(jī)械牽引阻力σ t彡350MPa，且對(duì)于由壓實(shí)來(lái)整形的產(chǎn)品，固體潤(rùn)滑劑20的不連續(xù)顆粒的分散，其平均顆粒尺寸在約ΙΟμπι 到約60 μ m之間，對(duì)于由射壓造型來(lái)整形的產(chǎn)品則在約2 μ m到約20 μ m之間。附圖中的圖5、6A、6B、6C以及7提出了旨在例示通過(guò)壓實(shí)特定的預(yù)定量冶金組合物成任何所需的形狀來(lái)整形本冶金組合物的不同可能性，它可以是希望獲得的自潤(rùn)滑的燒結(jié)最終工件或產(chǎn)品，或是接近所需的最終形狀的形狀。然而，在大量的應(yīng)用中，僅在待承受摩擦接觸以及其它相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件或工件的一個(gè)或多個(gè)表面區(qū)域中，自潤(rùn)滑特性才是必要的。因此，如圖5所示，所需的自潤(rùn)滑產(chǎn)品可以由結(jié)構(gòu)基材30組成，該結(jié)構(gòu)基材層優(yōu)選整形成粒狀材料，且在一個(gè)或兩個(gè)相對(duì)面31中接受本發(fā)明的冶金組合物40的表面層41。 在示出的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)基材30以及冶金組合物40的兩個(gè)相對(duì)表面層在任何合適的模具 M內(nèi)通過(guò)兩個(gè)相對(duì)的沖模P壓實(shí)，從而形成壓實(shí)并整形的復(fù)合產(chǎn)品1，隨后將其進(jìn)行燒結(jié)步驟。在這個(gè)實(shí)施例中，只有結(jié)構(gòu)基材30的兩個(gè)相對(duì)面31將呈現(xiàn)出所需的自潤(rùn)滑性能。圖6A和6B分別示出了通過(guò)在合適的擠壓基體(未示出)中擠壓冶金組合物40 來(lái)獲得棒2和管3形式的產(chǎn)品。在這種情況下，通過(guò)冶金組合物40的壓實(shí)的整形在后者的擠壓步驟中進(jìn)行。然后可對(duì)棒2或管3進(jìn)行燒結(jié)步驟，以用于鐵基或鎳基結(jié)構(gòu)基體10的形成以及結(jié)合分散的粒狀固體潤(rùn)滑劑20的不連續(xù)顆粒，如圖3和4所示。圖6C示出了由復(fù)合棒4形成的產(chǎn)品的另一實(shí)施例，其包含粒狀材料的結(jié)構(gòu)芯部 35，且在周圍和外部由本發(fā)明冶金組合物40形成的表面層41環(huán)繞。同樣在這種情況下，結(jié)構(gòu)芯部35以及冶金組合物40中的外表面層41的整形和壓實(shí)(致密化)是通過(guò)復(fù)合棒4 的兩部分的共擠壓獲得的，然后將該棒進(jìn)行燒結(jié)步驟。當(dāng)冶金組合物20的壓實(shí)通過(guò)擠壓進(jìn)行時(shí)，如同例如在圖6A、6B以及6C的棒2、3和 4的形成中所進(jìn)行的，所述組合物還可以包含從組合物中熱去除的有機(jī)粘結(jié)劑，在后者的整形之后并燒結(jié)步驟之前，通過(guò)任何已知的技術(shù)用于所述去除。有機(jī)粘結(jié)劑可以例如是選自石蠟和其它蠟、EVA以及低熔點(diǎn)聚合物中的任一種。圖7也示意性地表示了另一種獲得燒結(jié)復(fù)合產(chǎn)品的方法，展示了一個(gè)或多個(gè)具有自潤(rùn)滑特性的表面區(qū)域。在這個(gè)實(shí)施例中，待獲取的產(chǎn)品5具有由粒狀材料形成的結(jié)構(gòu)基材30，其已預(yù)先整形為帶材形式，注意，在結(jié)構(gòu)基材30(以連續(xù)帶材的形式)的至少一個(gè)相對(duì)面上輥壓成本發(fā)明的冶金組合物40的表面層41。然后，將復(fù)合產(chǎn)品5進(jìn)行燒結(jié)步驟。盡管在此公開(kāi)的本發(fā)明是通過(guò)冶金組合物結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)層的一些實(shí)施例來(lái)展示的，但應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的組合物和結(jié)合可能進(jìn)行的變形對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是清楚的，而不偏離本發(fā)明在結(jié)構(gòu)基體中控制不連續(xù)顆粒形式的固體潤(rùn)滑劑分布、以及在燒結(jié)步驟過(guò)程中所述固體潤(rùn)滑劑可能趨于溶于所述基體的思想，如附于本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的權(quán)利要求定義的。
權(quán)利要求
1.粒狀材料的冶金組合物，用于形成整形并燒結(jié)的自潤(rùn)滑復(fù)合產(chǎn)品，特征在于其包含主粒狀金屬材料，以主要的化學(xué)元素的形式，以及至少一種硬化元素，它在待燒結(jié)的復(fù)合產(chǎn)品中形成結(jié)構(gòu)基體(10)；非金屬粒狀固體潤(rùn)滑劑00)；以及至少一種粒狀合金元素，其在整形冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中能夠在形成結(jié)構(gòu)基體(10)的粒狀材料與粒狀固體潤(rùn)滑劑 (20)之間形成液相，從而使后者團(tuán)聚成不連續(xù)的顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，特征在于粒狀固體潤(rùn)滑劑00)占的體積百分比小于或等于待形成的復(fù)合材料的體積的約15%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的組合物，特征在于主粒狀金屬材料是鐵，具有在燒結(jié)過(guò)程中形成液相以使粒狀固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素確定為選自鎳、錳、銅、硅、磷和碳的元素中的至少一種。
4.如權(quán)利要求3所述的組合物，特征在于，具有硬化鐵基體的作用的粒狀合金材料確定為選自鉻、鉬、碳、硅、錳和鎳的元素中的至少一種。
5.如權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)所述的組合物，所述組合物通過(guò)壓實(shí)進(jìn)行整形，特征在于鐵的主粒狀金屬材料呈現(xiàn)出約10 μ m與約90 μ m之間的平均顆粒尺寸，具有硬化結(jié)構(gòu)基體 (10)的作用的硬化元素，以及具有形成液相并且使粒狀固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素，在通過(guò)壓實(shí)進(jìn)行整形的冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中，呈現(xiàn)出小于約45 μ m的平均顆粒尺寸。
6.如權(quán)利要求3或4中任一項(xiàng)所述的組合物，通過(guò)射壓造型對(duì)該組合物整形，特征在于其還包含有機(jī)粘結(jié)劑，且其中鐵的主粒狀金屬材料、硬化元素、形成液相的粒狀合金元素、 以及粒狀固體潤(rùn)滑劑呈現(xiàn)出在約1 μ m與約45 μ m之間的平均顆粒尺寸。
7.如權(quán)利要求3，4，5或6中任一項(xiàng)所述的組合物，其特征在于粒狀固體潤(rùn)滑劑00)是六方氮化硼。
8.如權(quán)利要求3，4，5或6中任一項(xiàng)所述的組合物，其使用在冶金組合物的燒結(jié)溫度下至少部分可溶于結(jié)構(gòu)鐵基體的粒狀固體潤(rùn)滑劑(20)，特征在于它還包含至少一種合金組分，所述合金組分能夠在冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中穩(wěn)定鐵α相，并抑制粒狀固體潤(rùn)滑劑在鐵中的溶解。
9.如權(quán)利要求8所述的組合物，特征在于粒狀固體潤(rùn)滑劑是石墨或者由任意比例的石墨和六方氮化硼組成的混合物，穩(wěn)定鐵α相的合金組分確定為選自磷、硅、鈷、鉻和鉬的元素中的至少一種。
10.如權(quán)利要求9所述的組合物，特征在于，具有硬化復(fù)合物的結(jié)構(gòu)基體的作用的合金元素；具有形成液相并且使固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素；以及具有穩(wěn)定鐵α相的作用的合金組分，確定為選自含量為冶金組合物重量的約2%到約5%的硅，以及選自含量為冶金組合物重量的約2%到約8%的由硅、錳和碳組成的混合物。
11.如權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的組合物，特征在于主要的主粒狀金屬材料是鎳， 粒狀固體潤(rùn)滑劑選自石墨、六方氮化硼或二者以任意比例的混合物，具有形成液相以使粒狀固體潤(rùn)滑劑在燒結(jié)過(guò)程中團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素確定為選自鉻、磷、硅、鐵、碳、鎂、 鈷以及錳的元素中的至少一種。
12.如權(quán)利要求11所述的組合物，通過(guò)壓實(shí)整形，且特征在于鎳的主粒狀金屬材料呈現(xiàn)出在約10 μ m與約90 μ m之間的平均顆粒尺寸，具有硬化基體的作用的硬化元素，以及具有形成液相并在通過(guò)壓實(shí)所整形的冶金組合物的燒結(jié)過(guò)程中使粒狀固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚的作用的粒狀合金元素，均呈現(xiàn)出等于或小于約45 μ m的平均顆粒尺寸。
13.如權(quán)利要求11所述的組合物，通過(guò)射壓造型進(jìn)行整形，特征在于其還包含有機(jī)粘結(jié)劑，并且鎳的主粒狀金屬材料、硬化元素、形成液相的粒狀合金元素、以及粒狀固體潤(rùn)滑劑呈現(xiàn)出約1 μ m與約45 μ m之間的平均顆粒尺寸。
14.如權(quán)利要求11，12或13中任一項(xiàng)所述的組合物，特征在于，具有硬化鎳基體的作用的粒狀硬化合金元素，具有形成液相并且使固體潤(rùn)滑劑團(tuán)聚成不連續(xù)顆粒的作用的粒狀合金元素，確定為選自含量為冶金組合物重量的約2%到約5%的硅、磷和鉻的元素，或選自含量為冶金組合物重量的約2%到約8%的由硅、磷和鉻組成的混合物。
15.如權(quán)利要求6或13中任一項(xiàng)所述的組合物，特征在于有機(jī)粘結(jié)劑選自石蠟和其它蠟、EVA以及低熔點(diǎn)聚合物，比例為冶金組合物總體積的約40%到約45%。
16.自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，由如權(quán)利要求3至10中任一項(xiàng)確定的粒狀材料的冶金組合物 (40)獲得，該冶金組合物在燒結(jié)前進(jìn)行整形，特征在于其呈現(xiàn)出硬度HV ≥ 230，摩擦系數(shù) μ ≤ 0. 15，以及牽引阻力O τ≥450MPa
17.自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，由如權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)確定的粒狀材料的冶金組合物 (40)獲得，該冶金組合物在燒結(jié)前進(jìn)行整形，特征在于其呈現(xiàn)出硬度HV ≥240，摩擦系數(shù) μ≤0. 20，以及彎曲斷裂強(qiáng)度σ τ≥350MPa。
18.如權(quán)利要求16或17中任一項(xiàng)所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，通過(guò)壓實(shí)進(jìn)行整形，特征在于，它包含結(jié)構(gòu)基體(10)，其中分散有平均顆粒尺寸在約10 μ m與約60 μ m之間的固體潤(rùn)滑劑00)的不連續(xù)顆粒。
19.如權(quán)利要求16或17中任一項(xiàng)所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，通過(guò)射壓造型進(jìn)行整形，特征在于，它包含結(jié)構(gòu)基體(10)，其中分散有固體潤(rùn)滑劑00)的不連續(xù)顆粒，所述顆粒具有在約2 μ m與約20 μ m之間的平均顆粒尺寸。
20.如權(quán)利要求16，17或18中任一項(xiàng)所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，特征在于其確定了至少一個(gè)與結(jié)構(gòu)基材(30)結(jié)合的所述冶金組合物GO)的表面層Gl)。
21.如權(quán)利要求18所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，其特征在于在粒狀材料中確定與冶金組合物GO)的表面層Gl) —起燒結(jié)的結(jié)構(gòu)基材(30)。
22.如權(quán)利要求21所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，其特征在于結(jié)構(gòu)基材(30)為板或帶的形式，其相對(duì)面中的至少一個(gè)與所述冶金組合物GO)的表面層Gl)結(jié)合。
23.如權(quán)利要求21所述的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，特征在于結(jié)構(gòu)基材(30)為復(fù)合棒(4)的結(jié)構(gòu)芯部(35)的形式，其在周圍和外部與所述冶金組合物GO)的表面層Gl)結(jié)合。
24.由權(quán)利要求1至5以及11和12中任一項(xiàng)所述的粒狀材料的冶金組合物獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的方法，特征在于它包括步驟-以預(yù)定的量對(duì)粒狀材料進(jìn)行混合，這確定冶金組合物；-對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行均勻化；-對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行壓實(shí)，以對(duì)混合物提供待燒結(jié)產(chǎn)品的形狀；-在約1125°C到約1250°C的溫度下對(duì)壓實(shí)并整形的混合物進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中與粒狀合金元素形成液相，從而促進(jìn)固體潤(rùn)滑劑的團(tuán)聚成分散在結(jié)構(gòu)基體的體積中的不連續(xù)顆粒。
25.由權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所限定的粒狀材料的冶金組合物獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的方法，其特征在于它包括步驟-以預(yù)定的量對(duì)粒狀材料進(jìn)行混合，這確定冶金組合物； -對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行均勻化；-壓實(shí)粒狀材料混合物，以對(duì)混合物提供待燒結(jié)產(chǎn)品的形狀；和 -在約1125°C到約1250°C的溫度下對(duì)所述壓實(shí)并整形的混合物進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中與粒狀合金元素形成液相，從而促進(jìn)固體潤(rùn)滑劑的團(tuán)聚成分散在結(jié)構(gòu)基體的體積中的不連續(xù)顆粒，并穩(wěn)定結(jié)構(gòu)基體的鐵α相，以抑制確定為石墨的固體潤(rùn)滑劑部分溶于鐵結(jié)構(gòu)基體中。
26.如權(quán)利要求M或25中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于確定冶金組合物00)的粒狀材料混合物進(jìn)行壓實(shí)的步驟包括將冶金組合物GO)輥壓成待后續(xù)燒結(jié)的板或帶的形式。
27.如權(quán)利要求M或25中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于確定冶金組合物00)的將粒狀材料混合物進(jìn)行壓實(shí)的步驟包括在結(jié)構(gòu)基材(30)的至少一個(gè)相對(duì)面上輥壓冶金組合物，該結(jié)構(gòu)基材為粒狀材料的板或帶的形式，與形成結(jié)構(gòu)基體(10)的主粒狀金屬材料相容。
28.如權(quán)利要求沈或27中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于在粒狀材料的燒結(jié)之后，它還包括將板或帶進(jìn)行冷軋的附加步驟，用于降低殘余孔隙率。
29.如權(quán)利要求M或25中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于確定冶金組合物00)的將粒狀材料混合物進(jìn)行壓實(shí)的步驟包括以由棒材( 和管材C3)確定的形狀中的一種形狀進(jìn)行擠壓。
30.如權(quán)利要求M或25中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于確定冶金組合物00)的粒狀材料混合物進(jìn)行壓實(shí)的步驟包括圍繞著粒狀材料棒形式的結(jié)構(gòu)芯部(35)共擠壓表面層 (41)形式的冶金組合物，所述粒狀材料棒與形成結(jié)構(gòu)基體(10)的主粒狀金屬材料相容，從而形成復(fù)合棒(4)。
31.如權(quán)利要求四和30中任一項(xiàng)所述的方法，特征在于冶金組合物G0)包含在燒結(jié)步驟之前要從產(chǎn)品熱去除的有機(jī)粘結(jié)劑。
32.由權(quán)利要求6或13中任一項(xiàng)所述的粒狀材料的冶金組合物獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的方法，所述冶金組合物包含不可溶于結(jié)構(gòu)基體的固體潤(rùn)滑劑，特征在于它包括步驟-以預(yù)定的量對(duì)粒狀材料進(jìn)行混合，這確定冶金組合物； -在不低于有機(jī)粘結(jié)劑熔化溫度的溫度下，對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行均勻化； -對(duì)該組合物進(jìn)行造粒，以便于其處理、存儲(chǔ)以及供給到射壓機(jī)中； -對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行射壓造型，從而給混合物提供待燒結(jié)產(chǎn)品的形狀； -從造型的工件中提取有機(jī)粘結(jié)劑；以及-在約1125°C到約1250°C的溫度下對(duì)經(jīng)整形的混合物進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中與粒狀合金元素形成液相，從而促進(jìn)固體潤(rùn)滑劑的團(tuán)聚成分散在結(jié)構(gòu)基體體積中的不連續(xù)顆粒。
33.由引用權(quán)利要求6的情況下的權(quán)利要求8所確定的粒狀材料的冶金組合物獲得自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品的方法，特征在于它包括步驟-以預(yù)定的量對(duì)粒狀材料進(jìn)行混合，這確定冶金組合物； -在不低于有機(jī)粘結(jié)劑熔化溫度的溫度下，對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行均勻化；-對(duì)該組合物進(jìn)行造粒，以便于其處理、存儲(chǔ)以及供給到射壓機(jī)中； -對(duì)粒狀材料混合物進(jìn)行射壓造型，從而給混合物提供待燒結(jié)產(chǎn)品的形狀； -從造型的工件中提取有機(jī)粘結(jié)劑；以及-在約1125°C到約1250°C的溫度下對(duì)經(jīng)整形的混合物進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)過(guò)程中與粒狀合金元素形成液相，從而促進(jìn)固體潤(rùn)滑劑的團(tuán)聚成分散在結(jié)構(gòu)基體體積中的不連續(xù)顆粒， 并穩(wěn)定結(jié)構(gòu)基體的鐵α相，以抑制確定為石墨的固體潤(rùn)滑劑部分溶于鐵結(jié)構(gòu)基體中。
全文摘要
冶金組合物，包含主粒狀金屬材料，例如鐵或鎳，以及至少一種用于硬化形成結(jié)構(gòu)基體(10)的金屬材料的合金元素；粒狀固體潤(rùn)滑劑(20)，例如石墨、六方氮化硼或它們的混合物；以及粒狀合金元素，它能夠在由壓實(shí)或射壓造型所整形的組合物的燒結(jié)過(guò)程中形成液相，使固體潤(rùn)滑劑(20)團(tuán)聚成不連續(xù)顆粒形式。該組合物可以包含在燒結(jié)過(guò)程中穩(wěn)定α鐵基體相的合金組分，以抑制石墨固體潤(rùn)滑劑溶于鐵中。本發(fā)明還涉及由該組合物獲得的自潤(rùn)滑燒結(jié)產(chǎn)品，以及獲得所述產(chǎn)品的方法。
文檔編號(hào)B22F1/00GK102202816SQ200980135814
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者A·N·克雷恩, C·賓德, G·哈梅斯, M·L·帕魯克爾, R·賓德, W·瑞斯登朱尼爾 申請(qǐng)人:盧帕技術(shù)私人控股公司, 圣卡塔琳娜州聯(lián)邦大學(xué), 惠而浦股份有限公司