高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法，其制造方法包括先準備一金屬混合粉末，包含鎢粉、鉻-鐵粉及鎳粉；接著，將上述金屬混合粉末按一預定重量比例與一黏結(jié)劑混合成一胚料；隨后，將所述胚料射出至一模具中成型為一初胚；之后，卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏結(jié)劑；以及最后，對上述去除所述黏結(jié)劑后的初胚進行高溫燒結(jié)，以在冷卻后形成一配重塊合金。通過上述金屬粉末射出成型制造方法可制得高比重的配重塊合金，并能通過使用鉻-鐵粉來避免在配重塊合金的表面形成金屬氧化物，以提高配重塊的可焊接性。
【專利說明】高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種高爾夫球頭合金及其制造方法，特別是關(guān)于一種使用金屬粉末射出成型(MIM)制造方法制作的高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法。
【背景技術(shù)】 [0002]近年來，高爾夫球運動的風氣逐漸盛行，因此連帶提高了運動愛好者對于高爾夫球桿等相關(guān)商品的需求，一般來說，一套高爾夫球具包含數(shù)種不同用途的球桿，而各球桿則分別具有由各種合金材質(zhì)制成的桿頭，其中球桿通常可分為下列數(shù)種:木桿(wood)3至5支、鐵桿(iron) 7至8支、劈起桿(PW) I支、砂坑桿(SW) I支、推桿(putter) I支。上述木桿的桿頭一般呈中空殼形，主要包含主殼體、擊球面板、底面與頂蓋等構(gòu)件，各構(gòu)件通常由不同的合金或碳纖維材料分別制成后，再加以組裝成木桿桿頭。上述鐵桿、劈起桿及砂坑桿的桿頭皆屬于鐵桿類桿頭，此類桿頭一般呈上薄下厚的實心板塊狀，主要包含桿頭本體、擊球面板及配重塊等構(gòu)件，各構(gòu)件可選擇由相同的合金材料一體成型制成；或由不同的合金材料分別制成后，再加以組裝成鐵桿桿頭。此外，為了使鐵桿桿頭兼具傳統(tǒng)木桿的長距離打擊及鐵桿的準確性打擊等優(yōu)點，亦有將鐵桿桿頭制成空心者。
[0003]再者，目前高爾夫鐵桿頭的制造方式主要分為精密脫蠟鑄造工藝(lost-waxprecision casting process)、鍛造加工工藝(forging process)及粉末冶金工藝(powdermetallurgical process)等,整體而言,精密脫臘鑄造工藝的成本相對較低，但其桿頭構(gòu)件在鑄造后尚需進行較多的功能性及外觀修飾性加工；而鍛造加工工藝具有較多方面的優(yōu)點，如控球性佳、甜蜜區(qū)大、擊球距離遠、重心可調(diào)性大、增加扭轉(zhuǎn)慣性，以及準確性與穩(wěn)定性高等。粉末治金工藝則多用于制造配重塊，但因粉末顆粒大(粒徑約50~100 μ m)，導致其燒結(jié)后的成品通常較難獲得符合標準的尺寸公差(±0.7%)與致密度(〈92%)。
[0004]此外，用以制作鐵桿頭的合金材料除了必須兼具適當強度及高延展特性，同時另需具備耐蝕性或其他性能需求。例如，目前工業(yè)用的不銹鋼合金材料雖具有適當強度及高延展特性，但并不能完全合乎鐵桿頭各種構(gòu)件的所有性能要求，特別是針對由桿頭本體與配重塊結(jié)合而成的兩件式鐵桿頭構(gòu)造而言，其中的配重塊必需另外選用含鎢的高比重合金來制作。通常，配重塊是以鑄造方式來制造，然而配重塊鑄件成品表面常沾附雜質(zhì)(如金屬氧化物)，因此當配重塊與桿頭本體進行焊接結(jié)合時，這些配重塊表面的雜質(zhì)將容易造成配重塊與桿頭本體的焊接位置產(chǎn)生裂縫，因而大幅降低焊接可靠度。
[0005]故，有必要提供一種高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法，其首先準備一金屬混合粉末，包含10wt%至95wt%的鎢(W)粉，及其余重量百分比為重量比1:1~5的鉻-鐵(Cr-Fe)粉及鎳(Ni)粉，接著再使上述金屬混合粉末與一黏結(jié)劑(binder)混合成胚料,并進行金屬粉末射出成型(metal injection molding,MIM)制造方法，藉此即可制得高比重的配重塊合金，并能通過使用鉻-鐵粉來避免在配重塊合金的表面形成金屬氧化物，因此不但可降低配重塊的制造成本，且亦可提高配重塊的可焊接性，以及增加配重塊與桿頭本體的間的焊接可靠性。
[0007]為達上述的目的，本發(fā)明一實施例提供一種高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其包含步驟:
[0008]準備一金屬混合粉末,包含10wt%至95wt%的鶴(W)粉,及其余重量則為重量比1:1~5的鉻-鐵(Cr-Fe)粉及鎳(Ni)粉,所述鉻-鐵粉中的鉻所占重量比例介于15%至70% ；
[0009]將上述金屬混合粉末按99:1至90:10的重量比例與一黏結(jié)劑(binder)混合成一胚料；
[0010]將所述胚料射出至一模具中成型為一初胚；
[0011]卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏結(jié)劑；以及
[0012]對上述去除所述黏結(jié)劑后的初胚進行高溫燒結(jié)，以在冷卻后形成一配重塊合金，其具有8至17克/立方公分(g/cm3)的比重。
[0013]在本發(fā)明的一實施例中，上述鎢粉、鉻-鐵粉及鎳粉的粒徑分別介于0.1微米(μ m)至45微米之間。
[0014]在本發(fā)明的一實施例中，所述金屬混合粉末包含10wt%至95wt%的鶴粉、lwt%或以下的銀(Nb)粉,及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
[0015]在本發(fā)明的一實施例中，所述金屬混合粉末包含10wt%至95wt%的鶴粉、lwt%或以下的鑰(Mo)粉，及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
[0016]在本發(fā)明的一實施例中，所述金屬混合粉末包含10wt%至95wt%的鶴粉、lwt%或以下的銀(Nb)粉、lwt%或以下的鑰(Mo)粉,及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
[0017]在本發(fā)明的一實施例中，所述金屬混合粉末另包含0.01wt%至1.0wt%的碳。
[0018]在本發(fā)明的一實施例中，所述黏結(jié)劑選自瓊脂(agar)、熱塑性塑料、橡膠、蠟(wax)或甲醒(formaldehyde)。
[0019]在本發(fā)明的一實施例中，在去除所述初胚中的黏結(jié)劑的步驟中，選擇利用水、強酸或有機溶劑(如烷類溶劑)在20至600°C下處理0.5至48小時，以去除所述初胚中的黏結(jié)劑。
[0020]在本發(fā)明的一實施例中，所述高溫燒結(jié)的溫度介于800至1500°C之間，所述高溫燒結(jié)的時間介于0.5至10小時之間，所述高溫燒結(jié)后的冷卻的速率為I至20°C /分。
[0021]在本發(fā)明的一實施例中，所述高溫燒結(jié)的步驟是在一真空爐或連結(jié)爐中進行。
[0022]在本發(fā)明的一實施例中，在形成所述配重塊合金之后，將所述配重塊合金焊接結(jié)合在一桿頭本體上。
[0023]在本發(fā)明的一實施例中，上述焊接方式為激光焊接、離子焊接或氬弧焊接。
[0024]再者，本發(fā)明另一實施例提供一種高爾夫球頭的配重塊合金，其包含10被％至95wt%的鶴粉,及其余重量則為重量比1:1~5的鉻-鐵粉及鎳粉,所述鉻-鐵粉中的鉻所占重量比例介于15%至70%，所述配重塊合金是由金屬粉末射出成型制造方法制成，并具有8至17克/立方公分的比重。[0025]為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下:
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明較佳實施例的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法的流程圖。
[0027]圖2A至2F是本發(fā)明較佳實施例的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法各步驟的示意圖。
[0028]圖3是本發(fā)明較佳實施例的另一型式的高爾夫球頭及配重塊合金的示意圖。
[0029]圖4是本發(fā)明較佳實施例的另一型式的高爾夫球頭及配重塊合金的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實施的特定實施例。再者，本發(fā)明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、后、左、右、內(nèi)、外、側(cè)面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。
[0031]本發(fā)明主要提供一種高爾夫球頭的配重塊合金及其制造方法，所述配重塊合金可以提供較高的可焊接性，以便增加配重塊與桿頭本體的間的焊接可靠性。
[0032]請參照圖1所示，在本發(fā)明的一較佳實施例中，一高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法主要包含下述步驟:(S01)、準備一金屬混合粉末，包含鎢(W)粉、鉻-鐵(Cr-Fe)粉及鎳(Ni)粉；(S02)、將上述金屬混合粉末按一預定重量比例與一黏結(jié)劑(binder)混合成一胚料；(S03)、將所述胚料射出至一模具中成型為一初胚；(S04)、卸除所述模具以及去除所述初胚中的黏結(jié)劑；以及(S05)、對上述去除所述黏結(jié)劑后的初胚進行高溫燒結(jié)，以在冷卻后形成一配重塊合金。本發(fā)明將于下文配合圖1及圖2A至2F逐一詳細說明上述各步驟的實施細節(jié)及其原理。
[0033]首先，請參照圖1及圖2A所示，本發(fā)明較佳實施例的配重塊合金制造方法的步驟(SOl):準備一金屬混合粉末10，包含鎢粉11、鉻-鐵粉12及鎳粉13。在本步驟中，所述金屬混合粉末10包含1(^丨％至95?丨％的鎢粉11，例如可為10、15、20、25、30、50、60、70、80、90或95wt%等，但并不限于此；以及其余重量(即90wt%至5wt%)則為重量比1:1~5的鉻-鐵粉12及鎳粉13，所述鉻-鐵粉12及鎳粉13的重量比例如為1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:
3、1:4或1:5等，但并不限于此。再者，所述鉻-鐵粉12中的鉻所占重量比例介于15%至70%，例如為15%、20%、25%、30%、40%、50%、60%或70%等，但并不限于此。上述鎢粉11、鉻-鐵粉12及鎳粉13的粒徑優(yōu)選的分別介于0.1微米(μ m)至45微米之間，例如可為0.1,0.5、1.0、5、10、15、20、25、30、35、40或45微米等，但并不限于此。上述鉻-鐵粉12是指鉻與鐵的合金粉末，本發(fā)明使用所述鉻-鐵粉12相較于單獨使用鉻粉及鐵粉的優(yōu)點在于可以防止鐵粉在與鎢粉及鎳粉混合之前發(fā)生氧化的問題，以減少最終產(chǎn)品上出現(xiàn)氧化物雜質(zhì)。
[0034]在本發(fā)明的其他可行實施例中，本步驟(SOl)除了鎢粉11、鉻-鐵粉12及鎳粉13之外，所述金屬混合粉末10亦可選擇性包含lwt%或以下的銀(Nb)粉及/或lwt%或以下的鑰(Mo)粉，以及所述金屬混合粉末10另亦可包含0.01wt%至1.0wt%的碳(C)元素。添加鈮粉可進一步細化晶粒 和降低合金的過熱敏感性及回火脆性，并具有抵抗大氣腐蝕的性能，銀粉添加量可占所述金屬混合粉末10的總重的lwt%、0.8wt%、0.5wt%、0.25wt%、0.lwt%或0.01被％等，但并不限于此。添加鑰則可以延長材料產(chǎn)生敏化的時間，且亦可調(diào)整材料的密度用，并防止回火脆性，提升合金材料的高溫強度、潛變強度及高溫硬度、增加合金材料的抗孔蝕性，并形成耐磨耗的碳化鑰粒子，鑰粉添加量可占所述金屬混合粉末10的總重的lwt%、0.8wt%、0.5wt%、0.25wt%、0.lwt% 或 0.01wt% 等，但并不限于此。
[0035]接著，請參照圖1及圖2B所示，本發(fā)明較佳實施例的配重塊合金制造方法的步驟
(502):將上述金屬混合粉末10按一預定重量比例與一黏結(jié)劑14混合成一胚料10’。在本步驟中，所述金屬混合粉末10與黏結(jié)劑14的預定重量比例介于99:1至90:10，例如為99:
1、98:2,97:3,96:4、95:5、94:6、93:7、92:8、91:9 或 90:10，但并不限于此。所述黏結(jié)劑 14例如可選自瓊脂(agar)、熱塑性塑料、橡膠、臘(wax)或甲醒(formaldehyde),其可選擇利用水、強酸或有機溶劑(如烷類溶劑)在常溫或高溫下加以去除。在一實施例中，所述黏結(jié)劑14例如選自瓊脂。
[0036]隨后，請參照圖1及圖2C所示，本發(fā)明較佳實施例的配重塊合金制造方法的步驟
(503):將所述胚料10’射出至一模具30中成型為一初胚。在本步驟中，上述金屬混合粉末10與黏結(jié)劑14混合后得到的胚料10’用于進行金屬粉末射出成型(metal injectionmolding,MIM)制造方法,首先所述胚料10’被置入一射出成型機(extruder) 20中，并由所述射出成型機20擠出至一模具30的一模穴31中成型為一初胚40,此時的初胚40中仍含有所述黏結(jié)劑14。上述模具30的模穴31的形狀依最終配重塊形狀需求加以設(shè)計。
[0037]之后，請參照圖1及圖2D所示，本發(fā)明較佳實施例的配重塊合金制造方法的步驟 (504):卸除所述模具30以及去除所述初胚10’中的黏結(jié)劑14。在本步驟中，本發(fā)明可以依照所述黏結(jié)劑14的種類與特性，選擇利用一溶劑50 (或一脫脂爐)在20至600°C下處理0.5至48小時，以去除所述初胚10’中的黏結(jié)劑14。所述溶劑50例如為水、強酸或有機溶劑(如烷類溶劑)。在一實施例中，若所述黏結(jié)劑14選自瓊脂或蠟，所述溶劑50即為純水。
[0038]最后，請參照圖1及圖2E所示，本發(fā)明較佳實施例的配重塊合金制造方法的步驟
(505):對上述去除所述黏結(jié)劑14后的初胚40進行高溫燒結(jié)，以在冷卻后形成一配重塊合金70。在本步驟中，所述高溫燒結(jié)處理是在一加熱爐60中進行，所述加熱爐60例如為真空爐或連結(jié)爐，其內(nèi)進行抽真空或填充氮氣及/或氬氣等惰性氣體。所述高溫燒結(jié)的溫度介于800至1500。。之間，例如800、900、950、1000、1200、1300或1500°C，但并不限于此。所述高溫燒結(jié)的時間介于0.5至10小時之間，例如0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0,5.0,6.0、
7.0,8.0,9.0或10小時，但并不限于此。所述高溫燒結(jié)后的冷卻的速率為I至20°C /分，例如1、2、5、8、10、12、15、18或201:/分，但并不限于此。冷卻至常溫(25°C )后，所述配重塊合金70具有8至17克/立方公分(g/cm3)的比重以及肥粒鐵系的金相，上述比重例如為 8,8.5、9、9.5、10、11、12、15、16 或 17g/cm3，但并不限于此。
[0039]如上所述，在金屬粉末射出成型(MM)后，所述配重塊合金70相較于所述初胚40會有輕微程度的體積縮減，其尺寸公差約在±0.5%之間，且由于使用比傳統(tǒng)粉末冶金更細的粉體粒徑(0.1至45 μ m)，故本發(fā)明粉體燒結(jié)后可得95%以上的高致密度，其表現(xiàn)皆明顯優(yōu)于傳統(tǒng)粉末冶金(粉體粒徑約50~100 μ m)的尺寸公差(±0.7%)及致密度(〈92%)的表現(xiàn)。相較于傳統(tǒng)金屬加工(如鑄造、鍛造或傳統(tǒng)粉末冶金)的繁復程序與成本費用，金屬粉末射出成型(MIM)因具有加工程序少、無切削或少切削、可以批次量產(chǎn)等優(yōu)點，故不但可大幅提高生產(chǎn)效率及有效降低量產(chǎn)成本，且亦適用大量生產(chǎn)高精密尺寸、形狀復雜的小型高爾夫桿頭構(gòu)件(如配重塊)，并可順利克服傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品的材質(zhì)不均勻、機械性能低、不易成型薄壁或復雜結(jié)構(gòu)的缺點。
[0040]再者，請參照圖2F所示，本發(fā)明較佳實施例在利用上述配重塊合金制造方法的步驟(SOl)至(S05)制得所述配重塊合金70之后，另可選擇性實施一步驟:將所述配重塊合金70焊接結(jié)合在一桿頭本體80上，以便共同組裝成一高爾夫球頭。在本步驟中，所述高爾夫球頭特別是指兩件式(two-piece)的鐵桿頭，所述配重塊合金70優(yōu)選的是焊接結(jié)合在所述桿頭本體80的底部，以降低鐵桿頭的整體重心位置。
[0041 ] 請參照圖3及圖4所示，在本步驟中，所述高爾夫球頭亦可以選自球道木桿的桿頭本體80’或混血桿的桿頭本體80”，此時，所述配重塊合金70’、70”優(yōu)選的是以焊接方式結(jié)合在所述桿頭本體80’、80”的后底部或其他適合用于調(diào)整重心的位置，以降低球道木桿或混血桿的整體重心位置。
[0042]請參照下表1所示，其揭示本發(fā)明數(shù)種不同實施例(MM D9~D17)利用上述步驟(SOl)至(S05)的金屬粉末射出成型(MM)加以制作成配重塊合金70后的最終金屬組成比例，所述配重塊合金70的比重為9-17g/cm3。再者，將上述配重塊合金70與一鐵系材質(zhì)的桿頭本體80進行焊接，接著對其進行拉伸試驗，可得到所述配重塊合金70與桿頭本體80之間的焊接處的抗拉強度介于15至90ksi之間。上述焊接結(jié)合方式可為激光(laser)焊接、離子焊接或氬弧焊接；焊接使用的焊條可為329、312、630、308焊條；及所述桿頭本體80的鐵系材質(zhì)可為不銹鋼系材料(如17-4、431等)或軟鐵類材質(zhì)(如8620、S25C等)，但并不限于此。
[0043]表1、
【權(quán)利要求】
1.一種高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述制造方法包含步驟: 準備一金屬混合粉末，包含以重量百分比計10%至95%的鎢粉，及其余重量則為重量比1:1~5的鉻-鐵粉及鎳粉,所述鉻-鐵粉中的鉻所占重量比例介于15%至70% ； 將所述金屬混合粉末按99:1至90:10的重量比例與一黏結(jié)劑混合成一胚料； 將所述胚料射出至一模具中成型為一初胚； 卸除所述模具以及去除所述初胚中的所述黏結(jié)劑；以及 對去除所述黏結(jié)劑后的所述初胚進行高溫燒結(jié)，以在冷卻后形成一配重塊合金，其具有8至17克/立方公分的比重。
2.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述鎢粉、鉻-鐵粉及鎳粉的粒徑分別介于0.1微米至45微米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述金屬混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的鎢粉 、1%或以下的鈮粉，及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
4.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述金屬混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的鎢粉、1%或以下的鑰粉，及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
5.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述金屬混合粉末包含以重量百分比計10%至95%的鎢粉、1%或以下的鈮粉、1%或以下的鑰粉，及其余重量為鉻-鐵粉及鎳粉。
6.如權(quán)利要求1、3、4或5所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述金屬混合粉末另包含以重量百分比計0.01%至1.0%的碳。
7.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述黏結(jié)劑選自瓊脂、熱塑性塑料、橡膠、蠟或甲醛。
8.如權(quán)利要求1或7所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:在去除所述初胚中的黏結(jié)劑的步驟中，選擇利用水、強酸或有機溶劑在20至600°C下處理0.5至48小時，以去除所述初胚中的所述黏結(jié)劑。
9.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述高溫燒結(jié)的溫度介于800至1500°C之間，所述高溫燒結(jié)的時間介于0.5至10小時之間，高溫燒結(jié)后的冷卻的速率為I至20°C /分。
10.如權(quán)利要求1所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:在形成所述配重塊合金后，將所述配重塊合金焊接結(jié)合在一桿頭本體上。
11.如權(quán)利要求10所述的高爾夫球頭的配重塊合金的制造方法，其特征在于:所述焊接方式為激光焊接、離子焊接或氬弧焊接。
12.—種高爾夫球頭的配重塊合金，其特征在于，其包含以重量百分比計10%至95%的鎢粉，及其余重量則為重量比1:1~5的鉻-鐵粉及鎳粉，所述鉻-鐵粉中的鉻所占重量比例介于15%至70%，所述配重塊合金是由金屬粉末射出成型制造方法制成，并具有8至17克/立方公分的比重。
【文檔編號】C22C1/04GK103773982SQ201310504845
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月24日
【發(fā)明者】吳蜀鴻, 莊志信, 鄭婷勻, 李宗憲 申請人:大田精密工業(yè)股份有限公司, 春雨生醫(yī)股份有限公司