專利名稱:用于金屬燒結(jié)體的材料板，制作該板的方法及制造金屬燒結(jié)體的方法
本發(fā)明涉及用以制作金屬燒結(jié)體的一種材料板，制作該材料板的方法以及制造金屬燒結(jié)體的方法。
過去制造金屬燒結(jié)體時(shí)已經(jīng)提出一種成形方法，它包括使用增塑材料-由具有燒結(jié)性能的金屬粉和塑性粘結(jié)劑揉制成-將增塑材料成形為預(yù)先確定的形狀;使成形體中的塑性粘結(jié)劑熱分解并燒結(jié)金屬粉末。
上述方法中，除非金屬粉末燒結(jié)時(shí)采用某些支撐方法，燒結(jié)體會(huì)因膨脹而導(dǎo)致尺寸變化。燒結(jié)前后可能產(chǎn)生約4%的偏差。作為有燒結(jié)性能的金屬粉有一種自溶合金粉末，例如Ni-B-Si系的Ni自溶合金粉。然而，該合金的固相線是1010～1020℃，液相線是1075到1085℃。當(dāng)燒結(jié)是在低于固相線的溫度區(qū)進(jìn)行時(shí)，保持形狀的性能是好的，但燒結(jié)強(qiáng)度低，反之當(dāng)燒結(jié)在高于液相線溫度區(qū)進(jìn)行時(shí)，全部粉末熔化并流動(dòng)其結(jié)果是形狀維持性能惡化。
于以上所述，燒結(jié)是在介于固相線和液相線間的適當(dāng)溫度下進(jìn)行，比如在1050℃附近的某一溫度進(jìn)行。
然而，對(duì)于在此溫度進(jìn)行燒結(jié)的情況，燒結(jié)體由于收縮而出現(xiàn)尺寸的變化，尺寸精度降低并且燒結(jié)強(qiáng)度不高。
另外，還提出了一種方法，此時(shí)上述增塑材料成形為板以制作一種材料板，用該板以獲得金屬燒結(jié)體。然而在此情況下，取決于塑性粘結(jié)劑的質(zhì)量，材料板的疊垛性能惡化，因此出現(xiàn)成形體的層間剝離問題，并產(chǎn)生裂紋。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供前面所提過的制造方法，它可以獲得前述的金屬燒結(jié)體，該燒結(jié)體具有好的尺寸精度和高的強(qiáng)度。本發(fā)明的另一目的是提供前述的制造方法，該法以簡(jiǎn)單的方法控制金屬燒結(jié)體的膨脹。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供所述的材料板及其制造方法，該材料板疊垛及制作性能良好，不產(chǎn)生剝離并且抗裂紋性能良好。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供的一個(gè)制作金屬燒結(jié)體的方法，該方法包括將70～90wt%的自溶合金粉與10～30wt%的高溶點(diǎn)金屬粉混合，該高熔點(diǎn)金屬粉的熔點(diǎn)高于自熔金屬粉，并且，該自熔合金粉易于粘附在其上，這樣獲得一種有燒結(jié)性能的金屬粉;將1～10Wt%塑性粘接劑與所述具有燒結(jié)性能的金屬粉一起揉制而成的一種材料以獲得具有確定形狀的模壓體;在高于所述自溶合金粉液相線溫度燒結(jié)該模壓體。
再者，依照本發(fā)明提供了一個(gè)制造金屬燒結(jié)體的方法，該方法包括以下步驟混合70～90wt%的自溶合金粉和10～30wt%的高熔點(diǎn)金屬粉，高熔點(diǎn)金屬粉比自溶金屬粉有較高的熔點(diǎn)，并且，自溶合金粉易于粘附在其上面，從而獲得具有燒結(jié)性能的金屬粉末;使用由1～10wt%塑性粘結(jié)劑和上述具有燒結(jié)性能的粉末揉制成的材料以獲得具有確定形狀的模壓體;在超過自溶合金粉液相線的溫度，并在模壓體表面用支撐體覆蓋的狀態(tài)下燒結(jié)該模壓體。
此外，依據(jù)本發(fā)明提供了一個(gè)制造金屬煤結(jié)體的方法，該方法包括的步驟為將增塑材料成形為予先確定的形狀以獲得一個(gè)模壓體，增塑材料中有燒結(jié)性能的金屬粉和塑性粘結(jié)劑被揉在一起;用顆粒狀的支撐體覆蓋該模壓體;使該模壓體中的塑性粘結(jié)劑承受熱分解并燒結(jié)上述金屬粉。
再者，根據(jù)本發(fā)明提供了一種用于金屬燒結(jié)體的材料板，它含有具有燒結(jié)性能的金屬粉和塑料粘結(jié)劑，塑性粘結(jié)劑含有抗裂性能好的熱塑合成樹脂和疊垛性能良好的熱塑合成樹脂。
此外，按照本發(fā)明提供了制造用于金屬燒結(jié)體的材料板的方法。該方法包括的步驟為將具有燒結(jié)性能的金屬粉和由抗裂性能良好的合成樹脂及疊垛性能良好的合成樹脂組成的液態(tài)塑性粘結(jié)劑揉合在一起以獲得一種增塑材料;加熱并干燥該增塑材料;在熱塑狀態(tài)將該增塑材料成形為板狀。
由于規(guī)定量的熔點(diǎn)高于自溶合金粉的高熔點(diǎn)金屬粉與自溶合金粉按上述方法混合，即使自溶合金粉在超過其液相線溫度燒結(jié)，該自溶合金的流動(dòng)也被高熔點(diǎn)金屬粉減弱，借此可能獲得具有良好的形狀保持及尺寸精度的金屬燒結(jié)體。此外，可能獲得一種金屬燒結(jié)體，其自溶合金間結(jié)合性能良好，而且自溶合金和高熔點(diǎn)金屬粉間的纏繞和粘附良好，因而該燒結(jié)體有高的強(qiáng)度。
再者，由于前述規(guī)定量的塑性粘結(jié)劑和自溶合金與高熔點(diǎn)金屬粉的混合物揉合在一起，甚至成形壓力低時(shí)也能獲得保形良好的模壓體。在金屬燒結(jié)體與母體金屬連成整體的情況下，有可能容易地進(jìn)行混合粉與母體金屬的粘附，混合粉的成形及類似工作。
還有，由于從自溶合金粉和高熔點(diǎn)金屬粉的混合物得到的模壓體是在其表面被支撐體復(fù)蓋的狀態(tài)下燒結(jié)的，支撐體控制著金屬燒結(jié)體的尺寸變化，進(jìn)一步改善尺寸精度。
此外，用顆粒狀支撐體圍繞增塑材料模壓體的非常簡(jiǎn)單的方法可以控制金屬燒結(jié)體因膨脹導(dǎo)致的尺寸變化以獲得尺寸精度好的金屬燒結(jié)體。
由于抗裂性能良好及疊垛性能好的兩種熱塑合成樹脂包含在材料板的塑性粘結(jié)劑中，由材料板得到的模壓體中不產(chǎn)生層間剝離也沒有裂紋產(chǎn)生?？梢垣@得這樣的模壓體，它有很好的層間粘合強(qiáng)度和良好的表面質(zhì)量，也可得到尺寸精度和表面質(zhì)量好的金屬燒結(jié)體。
再者，在材料板制造過程中，有燒結(jié)性能的金屬粉和有前述特殊質(zhì)量的液體塑性粘結(jié)劑被揉合一起以獲得增塑材料，然后，增塑材料被加熱和干燥，借此均勻地在具有燒結(jié)性能的金屬粉上涂敷上少量塑性粘結(jié)劑。按上述方法均勻地將塑性粘結(jié)劑涂在有燒結(jié)性能的金屬粉上使得有可能在后面的板成形工序中得到形狀保持良好的板。使用少量塑性粘結(jié)劑也可以獲得空隙小、強(qiáng)度高的金屬燒結(jié)體。
增塑材料在熱塑狀態(tài)下成型為板以有利于其成形并且可以獲得這樣的材料板，它在常溫下有適宜撓性和抗內(nèi)撕裂性并且加工性能良好。
上述及其他一些本發(fā)明的目的，特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)從選擇的一些實(shí)施例中可以明顯看出。這些實(shí)施例將結(jié)合附圖詳細(xì)地描述。
圖1至3表示按照本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例。圖1是一個(gè)壓模的剖面圖，圖2示出該壓模的制作步驟。圖3是表示燒結(jié)階段溫度與時(shí)間關(guān)系的曲線圖。
圖4示出本發(fā)明中第二個(gè)實(shí)施例中三個(gè)模壓體的燒結(jié)過程。
圖5圖示本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例中壓模的制作步驟。
圖6是金屬燒結(jié)體顯微照片(400倍)的放大視圖。
圖7是表示燒結(jié)溫度與尺寸變化關(guān)系的曲線圖。
本發(fā)明中使用的有燒結(jié)性能的金屬粉中，自溶合金粉包括Ni系，Co系，F(xiàn)e系及類似者。為了將自溶合金粉的燒結(jié)溫度設(shè)定在高于該合金液相線以上的溫度以提高金屬燒結(jié)體的強(qiáng)度，加入了熔點(diǎn)比自溶合金粉高且自溶合金粉易沉積在其上的高熔點(diǎn)金屬粉末，作為對(duì)自溶合金有燒結(jié)性能的金屬粉，用高溶點(diǎn)金屬減弱自溶合金的流動(dòng)以改善形狀維持特性。這種情況下具有高熔點(diǎn)的金屬粉末包括Mo，W，不銹鋼WC，F(xiàn)e-Mo(鉬鐵)粉或它們的混合物。
材料板中抗裂性能良好的熱塑合成樹脂包括有四氟乙烯樹脂，聚苯乙烯樹脂，尼龍及類似物質(zhì)。疊垛性能良好的合成樹脂有丙烯酸樹脂，聚乙烯樹脂，丁二烯醋酸乙烯聚合物及類似物質(zhì)。
例Ⅰ(材料板的制造)
將80wt%直徑10～60μm的鎳自落合金粉與20ωt%直徑為10～53μm的φMo粉混合用V型攪拌器攪拌30分鐘以獲得混合粉末。
將3wt%合成樹脂粘結(jié)劑加入上述混合粉中，在臺(tái)式伴揉器中在常溫下揉和5分鐘以獲得增塑材料。這種情況下，合成樹脂粘結(jié)劑是乳液態(tài)所以有很好的漫流性能。并且在短時(shí)間的揉伴中少量的合成樹脂粘結(jié)劑可以在混合粉末中均勻的散開。
使用干燥爐，加熱器等加熱增塑材料至80～120℃以蒸發(fā)合成樹脂粘結(jié)劑中的水分，使增塑材料乾燥。所獲得的增塑材料呈現(xiàn)出無數(shù)被合成樹脂粘合劑粘在一起的團(tuán)塊，混合粉被均勻地涂上合成樹脂粘結(jié)劑。
干燥后將保持溫度80℃左右處于熱塑性狀態(tài)的增塑材料送入軋機(jī)，軋輥直徑245mm長(zhǎng)21.5mm，在X和Y方向軋數(shù)次以形成三種材料板，即厚度為1mm，1.5mm和3mm。按照測(cè)試件密度換算，成形壓力為0.5kg/mm2。此情況下如果軋機(jī)軋輥加熱到大約80℃，即幾乎與增塑材料的溫度相同，材料板的成形性能會(huì)得到改善。
成形后材料板在80℃進(jìn)行30分鐘熱處理以去除成形期間產(chǎn)生的張力。
這樣獲得的材料板在常溫下有足夠的撓性和撕裂強(qiáng)度。
合成樹脂粘結(jié)劑加入混合粉的適合加入量為1～10wt%。如果合成樹脂加入量低于1wt%則板成形不能有效進(jìn)行，反之加入量高于10wt%則金屬燒結(jié)體孔隙增加，不能獲得高強(qiáng)度的金屬燒結(jié)體。
在合成樹脂粘結(jié)劑中，疊垛性能好的熱塑合成樹脂加入到抗裂性能好的熱塑合成樹脂的適宜量為30～70wt%。如果疊垛性能好的熱塑合成樹脂的量低于30wt%則疊層材料板間產(chǎn)生層間剝離，反之如果其量高于70wt%，當(dāng)成形體成形時(shí)表面出現(xiàn)裂紋。
例2(使用所述材料極制造壓模)
圖1表示用以制造一個(gè)箱體的壓模，該模由基材2的鑄鋼件(材質(zhì)為JISSC46)與工作部分3構(gòu)成。3由附著在基材2上的金屬燒結(jié)體S構(gòu)成。
如圖2(a所示，基材2的基面2a比模1的工作部分3的外表面低5～20mm(用虛線表示)。基材2是鑄件并且是用過的，帶有鋼錠磷紋的基面2a需經(jīng)噴砂處理和清理，然后在上面涂上丙烯酸合成樹脂粘合劑。
如圖2(b)所示，三塊材料板4(每塊厚3mm)被疊在一起，粘到基面2a上;材料板4被裝在壓機(jī)或類似機(jī)器上的塑料模壓制以檢查模M與材料板的嚙合狀態(tài)。如果模M與材料板4在許多點(diǎn)上嚙合，板4可進(jìn)行修整。如果沒有嚙合則材料板4需重新粘接。反復(fù)用模M加壓，并修整粘接材料板4使疊層材料板4的形狀與模M的形狀完全相符。如此壓制成的疊層材料板4具有很好的層間連接強(qiáng)度和表面性能，沒有裂紋產(chǎn)生。這種情況下，模M的壓力為0.2-0.3kg/mm2。
如圖2(c)所示，疊層材料板4和基材2都放在加熱爐5內(nèi)，加熱到80℃使疊層材料板4增塑。
如圖2(d)所示，一塊厚度3mm的材料板4再疊在并粘合在增塑疊層材料板4上，所得到的層疊材料板4被模M施以0.7kg/mm2壓力模壓成模壓體3a，它和工作部分3具有同樣的形狀。
在此情況下，為了模M與模壓體3a有較好的脫模性能，在模M上涂上滑石粉或者在模M與疊層材料板4中放上一層極薄的薄膜，如聚偏二氯乙烯，聚氯乙烯，聚乙烯樹脂等。
成形工序結(jié)束后，基材2和模壓體3a冷卻到常溫，模壓體3a上多余的部分被去除。
如圖2(e)所示，厚1mm的鋁板6疊放在模壓體3a上，基材2放在容器7內(nèi)，同時(shí)直徑為0.75mm的鋼球(8)被作為支撐材料放入容器7內(nèi)。鋁板6由鋁粉和與前面所述相類似的合成樹脂粘合劑組成，其作用是阻止無數(shù)鋼球(δ)形成的高低不平的粗糙表面轉(zhuǎn)移到金屬燒結(jié)體上以防止金屬燒結(jié)體S的表面粗糙度變壞。鋼球8借其重量來控制尺寸變化，也就是Ni自溶合金粉加Mo粉進(jìn)行燒結(jié)時(shí)金屬燒結(jié)體S的膨脹，以后將加以敘述。
下一步，上述基材2放在真空燒結(jié)爐9中以便在圖3所示的加熱一冷卻條件下分解有機(jī)物并燒結(jié)Ni自溶合金和鉬粉。所用載熱氣體為氮?dú)饣蚓哂懈叨冗€原性的氫氣。
(A)第一加熱區(qū)(圖3A)該加熱區(qū)A是從常溫到650℃，溫升速率為10-20℃/分。在加熱區(qū)A水先被蒸發(fā)，然后在模壓體3a和鋁板6所合合成樹脂粘結(jié)劑中的四氟乙烯和丙烯酸樹脂分解并氣化。合成樹脂在300～400℃氣化但考慮到熱傳導(dǎo)，保溫在600～650℃，90分鐘，以便去掉絕大部分有機(jī)物質(zhì)留下Ni自溶合金-Mo粉。有機(jī)物的氣化將對(duì)照真空燒結(jié)爐(9)內(nèi)真空度的變化加以敘述。常溫時(shí)真空度為1 但在650℃保溫90分鐘時(shí)真空度最多降到2。這主要是由于有機(jī)物產(chǎn)生的裂化氣所引起。90分鐘后真空度又上升至1乇。這表明裂化氣已從真空燒結(jié)爐中排出。
(B)第二加熱區(qū)(圖3B)該加熱區(qū)B是從900～1000℃，Ni自溶合金-Mo粉在低于Ni自溶合金固相線(1010～1020℃)的溫度保溫30分鐘，例如對(duì)于固相燒結(jié)過程是950℃，然后該粉末被暫時(shí)燒結(jié)起來。溫度從第一加熱區(qū)A上升的速率為10～20℃/分。在真空燒結(jié)爐9內(nèi)，Ni自溶合金-Mo粉被加熱升溫是從表面開始的，所以需要經(jīng)過預(yù)先確定的時(shí)間加熱直到全部粉末達(dá)到均勻的溫度。如果急劇加熱到燒結(jié)溫度1000～1200℃，Ni自溶合金-Mo粉的表層部分與接觸基體表面2a的部分會(huì)產(chǎn)生溫差，這不僅增加孔隙的不規(guī)則性，不能得到均勻的金屬燒結(jié)體而且導(dǎo)致缺陷，比如燒結(jié)后開裂。
在第二加熱區(qū)B中，未裂化的有機(jī)物完全氣化并被去除。由于上述氣化等原因真空燒結(jié)爐9內(nèi)的真空度暫時(shí)下降至4乇。但30分鐘后又回升到1乇。
(C)第三加熱區(qū)(圖3C)該加熱區(qū)C是在剛低于Ni自溶合金固相線(1010至1020℃)到超過液相線(1075～1085℃)的溫度范圍內(nèi)，即從1000～1200℃。Ni自溶合金和Mo的臨時(shí)燒結(jié)體后1100～1180℃高于液相線靜熱水平上保持120分鐘。對(duì)于使Ni自溶合金溶化以形成金屬燒結(jié)體的液相燒結(jié)過程最好選1160℃。這種情況下Ni自溶合金的流動(dòng)由于Mo的存在而減弱，因此可獲得良好的形狀保持性能。溫度從第二溫度區(qū)B上升的速率是15～20℃/分。由于Ni自溶合金-Mo的臨時(shí)燒結(jié)體在第二加熱區(qū)B已經(jīng)被加熱到高溫，所以溫度升到第三加熱區(qū)C的時(shí)間是短的。如果在第三加熱區(qū)C仃留的時(shí)間不夠則燒結(jié)不能完善進(jìn)行，在金屬燒結(jié)體S中造成缺陷。
燒結(jié)溫度選擇為1160℃的原因是當(dāng)燒結(jié)溫度為1200℃左右時(shí)，燒結(jié)體S的尺寸變化增大;爐溫不易控制;此外爐溫不均勻。1160℃是適合的，可以消除這些不便利的條件。
(D)冷卻區(qū)(圖3D)該冷卻區(qū)分成第一冷卻區(qū)(從上述燒結(jié)溫度至800℃左右)，第二冷卻區(qū)D2(從800℃至400℃左右)，第三冷卻區(qū)D3(從400℃左右至常溫)。
第一冷卻區(qū)D1是在金屬燒結(jié)體S高溫下的一個(gè)穩(wěn)定區(qū)。在冷卻區(qū)D1中盡可能避免熱激勵(lì)，在此同時(shí)考慮到冷卻效率，故冷卻速度低，比如最大為2℃/分鐘。如果在冷卻區(qū)D1很快冷卻，常常在金屬燒結(jié)體S中產(chǎn)生裂紋。
在第二冷卻區(qū)D2，冷卻速度較慢，最大為3℃/分鐘，以吸收基材2的線膨脹和轉(zhuǎn)變過程中的尺寸變化。這種情況下金屬燒結(jié)體S的線收縮是14.6×10-6但還有孔隙引起的基材2的收縮。在冷卻區(qū)D2快速冷卻時(shí)常在金屬燒結(jié)體S中產(chǎn)生裂紋。
在第三冷卻區(qū)D3內(nèi)，金屬燒結(jié)體S和基體材料2被冷至常溫，是氣冷(包括空氣冷卻)而不是使用水，油…等液體冷卻。
借助上述加熱-冷卻過程可以得到圖1所示的模1，其模壓工作區(qū)3是由Ni自溶合金-Mo形成的金屬燒結(jié)體S成形而制得。
上述燒結(jié)體S對(duì)基材2有很好的附著性能，沒有裂紋之類缺陷產(chǎn)生。使用3三維測(cè)量機(jī)在X和Y方向每間隔50毫米測(cè)量外形尺寸以便和模M相比較。假設(shè)模1縱長(zhǎng)尺寸為300毫米，橫向尺寸為250毫米而高為180毫米。發(fā)現(xiàn)有三處最大膨脹5毫米，其他地方膨脹0～0.3毫米，顯示出良好的尺寸精度。由于氧化鋁板6能用來防止鋼球8粗糙的表面轉(zhuǎn)移到模壓的疊層材料上，燒結(jié)體S獲得好的表面粗糙度。
當(dāng)然通過上述過程得到的模1經(jīng)簡(jiǎn)單的修整后能直接用于壓力加工。
上述氧化鋁板6用下述步驟制造。
將8wt%類似于用以制造前述材料板的合成樹脂粘結(jié)劑8加入直徑為2～50μm的氧化鋁粉中，二者用臺(tái)式拌揉器在常溫下揉和5分鐘，拌和材料中加入了3wt%水。
所得增塑材料用加熱器加熱到120℃，仃留60分鐘，合成粘結(jié)劑中的水被蒸發(fā)使增塑材料干燥。
干燥后，加熱保持在80℃左右，用軋機(jī)使處于熱塑狀態(tài)的增塑材料成形以制造1毫米厚的氧化鋁板6，所用成型過程及軋機(jī)與生產(chǎn)前述材料板者相同。上述過程中如軋機(jī)軋輥加熱到與增塑材料差不多的溫度(約80℃)，板的成形可以容易地完成。
成形后氧化鋁板6在80℃，30分鐘熱處理以消除成形中產(chǎn)生的張力。
例3、(用所述材料板制造滑動(dòng)件)尺寸為長(zhǎng)寬各100mm，厚1.5mm的冷軋鋼板經(jīng)除油處理后，將兩塊厚3mm的前述材料板用丙烯酸膠粘劑粘在該鋼板上，材料板表面被加工光滑以獲得一個(gè)板狀的模壓體。
所獲得的模壓體放在真空燒結(jié)爐中進(jìn)行有機(jī)物的分解和Ni自溶合金粉與Mo粉的燒結(jié)，其加熱-冷卻條件與圖3所示相似，燒結(jié)時(shí)間為30分鐘。
經(jīng)上述步驟得到的由鋼板和金屬燒結(jié)體構(gòu)成的疊層體被鉆了許多孔以制作用以輕負(fù)荷的滑動(dòng)件，金屬燒結(jié)體作為滑動(dòng)面。
該滑動(dòng)件由金屬燒結(jié)體構(gòu)成的滑動(dòng)面表面粗糙度良好，具有優(yōu)良的滑動(dòng)性能，同時(shí)金屬燒結(jié)體很好地粘附在鋼板上所以不產(chǎn)生層間剝離。此情況下為了改善金屬燒結(jié)體的潤(rùn)滑性能最好將潤(rùn)滑合成樹脂如四氟乙烯浸入燒結(jié)體中，在其中硬化;或者將固體潤(rùn)滑劑如WS2，M0S2等混入材料板。
為了增加上述滑動(dòng)件金屬燒結(jié)體厚度，可將3mm厚的材料板用丙烯酸樹脂粘結(jié)劑粘到燒結(jié)體上，其表面精加工平整，此后其燒結(jié)過程與前述雙層結(jié)構(gòu)的金屬燒結(jié)體滑動(dòng)件相似。
該滑動(dòng)件中兩個(gè)燒結(jié)體粘附良好，在使用中不發(fā)生層間剝離。
例4(用所述材料板制造燒結(jié)體)上面所說的材料板被用來模制柱狀模壓體101～103，直徑20mm，長(zhǎng)20mm，壓力1kg/mm2，它們要進(jìn)行燒結(jié)。
燒結(jié)過程中，對(duì)模壓體1O1來說它被放入容器11，如圖4(a1)所示，而模壓體101被做為粒狀支撐體的鋼球12所環(huán)繞，球直徑為0.5-Imm，線膨脹為11×10-6/℃。容器11被放在真空燒結(jié)爐9內(nèi)。
對(duì)于模壓體102，則如圖4(a2)所示那樣放入容器11，模壓體102被No.5號(hào)硅砂13所圍繞，砂作為粒狀支撐體，其膨脹為4×10-6/℃，容器被放在真空燒結(jié)爐9內(nèi)。
對(duì)于模壓體103，它是放入真空燒結(jié)爐中而不用支撐材料，如圖4(a3)所示。
有機(jī)物的分解和金屬粉的燒結(jié)按圖3所示加熱-冷卻條件進(jìn)行。在圖4(a1)和(a2)的情況下，由于作為支撐材料的鋼球12和硅砂13是顆粒狀的，合成樹脂5分解形成的氣體從支撐體通過鋼球和硅砂間無數(shù)連續(xù)的孔洞而逸散。最好燒結(jié)溫度為1，120℃。
相對(duì)于燒結(jié)過程前后，對(duì)由上述步驟制得的三個(gè)燒結(jié)體測(cè)量了延伸率，其結(jié)果列入表Ⅰ。表中燒結(jié)體S1到S3各相應(yīng)于模壓體101至103。
表 Ⅰ
從表Ⅰ可明顯看出，燒結(jié)模壓體101至103時(shí)，使用支撐體12和13所獲得的燒結(jié)體S1和S2因在燒結(jié)期間受到支撐體12和13的壓力而膨脹受到限制。因而與未使用支撐體所得到的燒結(jié)體S3相比其延伸率大大降低。
例5(用于所述材料板制造壓模)如圖5(a)所示，用于箱體的基材2是類似 前面例2的鑄鋼鑄件(材料JISSC46)。由于基材又是鑄件并且用過的，有磷皮的基面2a在清理后涂上一層丙烯酸粘膠。
如圖5(b)所示前述材料板4疊垛并粘附在其面2a上，用模m以0.5kg/mm2壓力壓制成模壓體3a〔見圖5(c)〕，它具有與工作部分3相同的形狀。
如圖5(c)所示，基材又被置入容器7放入真空燒結(jié)爐9內(nèi)，在圖3的加熱-冷卻條件下，使模壓體3a內(nèi)的有機(jī)物分解并燒結(jié)Ni自溶合金-鉬粉。
如圖5(d)所示，經(jīng)過上述步驟得到模1，其工作部分3包括有位于基體材料2的基面2a上的Ni自溶合金-M0燒結(jié)體S4。使用三維測(cè)量機(jī)對(duì)模1工作部分3上沿厚度方向測(cè)量了X到Z各部位前后的延伸率，由此可明顯看出，在部位X延伸率為0.2mm;部位Y延伸率是0.5mm;而在部位Z，延伸率為0.9，金屬燒結(jié)體S4的尺寸變化大大受到支撐體12的制約。
能夠使用的支撐體包括上述鋼球，硅砂此外還有球形氧化鋁，球形陶瓷等等。如果需要的話，鋼球等可用無機(jī)粘合劑如水玻璃部分地粘在一起使支撐體吻合模壓體的形狀。圖5(b)所示步驟中，模壓體3a的成形不僅限于使用模M的情況，也可使材料板4呈半硬化狀態(tài)然后進(jìn)行打磨。
例6、80wt%直徑10～60μm的Ni自溶合金粉與20%wt%的直徑10～53μm的鉬粉混合成混合粉。
合成樹脂粘結(jié)劑的配制是將四氟乙烯乳劑與丙烯酸乳劑按1∶1比例混合。這種合成樹脂粘結(jié)劑按1.5wt%的量加到上述混合粉中，很好地揉拌以得到增塑材料。該增塑材料放入模內(nèi)在0.5kg/mm壓力下成型，得到直徑20mm長(zhǎng)20mm的園柱模壓體。
該模壓體放入真空燒結(jié)爐進(jìn)行有機(jī)物的分解和金屬粉的燒結(jié)，加熱-冷卻條件如圖3。這時(shí)燒結(jié)溫度是1120℃，它高于鎳自溶合金粉的液相線。燒結(jié)時(shí)間是20分鐘。借此從上述成形過程中可得到金屬燒結(jié)體。
作為對(duì)照例Ⅰ，使用了含91wt%的上述Ni自溶合金粉和9wt%上述M0粉及1.5wt%上述合成樹脂粘結(jié)劑來壓制園柱模壓體，該模壓體尺寸與前述金屬燒結(jié)體相同，燒結(jié)條件與前述相同。再者，作為對(duì)照例2，使用含69wt%所述Ni自溶合金粉和31wt%所述M0粉的混合粉及1.5wt%所述合成樹脂粘結(jié)劑來壓制園柱模壓體，其尺寸與前面所述金屬燒結(jié)體相同，燒結(jié)條件如前所述。
保形性能，尺寸變化及燒結(jié)強(qiáng)度比照前述燒結(jié)體進(jìn)行了檢查，其結(jié)果列入表Ⅱ。
從表Ⅱ明顯看出，按本發(fā)明所獲之金屬燒結(jié)體只顯示微量的膨脹并且尺寸精度及保形性能均良好。
圖6是按本發(fā)明制得的金屬燒結(jié)體光學(xué)顯微組織照片(400倍)的放大視面。圖中標(biāo)注字母m表示M0而n表示Ni自溶合金。從圖6明顯看出Ni自溶合金本身相互間的聯(lián)接性能及M0與Ni自溶合金間的圍繞和粘附性能都是好的。因此金屬燒結(jié)體的強(qiáng)度高，例如獲得了4kg/mm2的壓縮強(qiáng)度。
為了提高金屬燒結(jié)體的壓縮強(qiáng)度合成樹脂如環(huán)氧樹脂可真空浸漬到燒結(jié)體的孔洞中，然后被硬化。進(jìn)行這種工藝是為了保證7kg/mm2的壓縮強(qiáng)度。對(duì)于要求壓縮強(qiáng)度高于上述值的情況可將低熔點(diǎn)金屬如Cu，熔化然后浸入金屬燒結(jié)體。
例7、將1.5wt%前述合成樹脂粘結(jié)劑加入80wt%Ni自溶合金粉，20wt%鉬粉的混合粉中，制造多個(gè)直徑20mm，長(zhǎng)度為20mm的園柱體，它們的成分、形狀和尺寸與例V1相同。
其中某些模壓體的表面是用難熔材料殼形成的，難熔材料有細(xì)小的連續(xù)孔，作為支撐體。殼體的制作是將模壓體浸入高度粘滯的漿液中自然干燥所得到的粘膜。然后在100℃熱干燥1小時(shí)。漿液的獲得是將氧化鋁粉作為無機(jī)粘結(jié)劑加入到作為難熔材料的氧化鋯硅酸鹽的水懸濁液中。
為了比較，制作了一個(gè)同樣形狀和尺寸但只含有Ni自溶合金粉作為金屬粉的模壓體。
圖7表示該模壓體燒結(jié)時(shí)的燒結(jié)溫度和金屬燒結(jié)體的尺寸變化。線a1相應(yīng)于金屬燒結(jié)體含有Ni自溶合金和M0而無外殼的情況，線a2系指金屬燒結(jié)體成分與線a1代表者相似而有外殼的情況，線b的情況是金屬燒結(jié)體只含有Ni自溶合金。
在圖中，在斜線指明的1100～1180℃燒結(jié)溫度區(qū)，Ni自溶合金之間的連接性能以及該合金與M0之間的纏繞和粘附性能都是好的，而在該溫度區(qū)內(nèi)，對(duì)線a1代表的無殼金屬燒結(jié)體其尺寸變化限制在+1～+3%，(膨脹)內(nèi)，對(duì)線a2情況下帶殼金屬燒結(jié)體則為+0.5%或更小(膨脹)。金屬燒結(jié)體尺寸變化如上所述受到殼的約束的原因是，按本發(fā)明制得的金屬燒結(jié)體有膨脹傾向而該膨脹被殼的支撐效應(yīng)所削弱。
另一方面，對(duì)線b的金屬燒結(jié)體只含有Ni自溶合金的情況，顯而易見，如果燒結(jié)在1040℃進(jìn)行-如舊工藝那樣是在固相線和液相線之間-則由于收縮引起的尺寸變化被顯示出來。
對(duì)于本發(fā)明用于制作壓模的情況，用前面例6方法得到的增塑材料被粘附在基體材料像鑄鐵，鑄鋼，合金鋼諸如此類材料上，該增塑材料再被模壓成予定的形狀，此后進(jìn)行烘烤。
此情況下，由于增塑材料的加工性能良好，其粘接及成形工藝可以很容易完成。
同時(shí)，在上述例子中，合成樹脂粘結(jié)劑被加入到自溶合金粉與高溶點(diǎn)金屬粉構(gòu)成的混合粉中，應(yīng)該指出，甚至不加合成樹脂粘結(jié)劑，仍可獲得模壓體-即壓制的粉末體。
權(quán)利要求
1.一種制造金屬燒結(jié)體的方法特征是該方法包括以下步驟混合70～90wt%自溶合金粉和10～30wt%的高溶點(diǎn)金屬粉，后者的溶點(diǎn)比所述自溶合金粉的熔點(diǎn)高，而所述自溶合金粉易于粘附在高溶點(diǎn)金屬粉上，以便獲得有燒結(jié)性能的金屬粉末；使用一種材料，其中1～10wt%的塑性粘結(jié)劑與上述具有燒結(jié)性能的金屬粉揉拌在一起以便獲得具有予定形狀的模壓體；在超過該自溶合金粉液相線的溫度中燒結(jié)所述模壓體。
2.一種按權(quán)項(xiàng)1所述的制造金屬模壓體的方法，特征在于所述自溶合金粉是Ni自溶金屬粉，F(xiàn)e自溶金屬粉和C0自溶合金粉中的任一種。
3.一種按權(quán)項(xiàng)1或2所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，特征在于所述高溶點(diǎn)金屬粉是M0，W、不銹鋼、WC、Fe-M0(鉬鐵)中的一種。
4.一種按照權(quán)項(xiàng)1或2所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，特征是所述高熔點(diǎn)金屬粉是由兩種以上從M0、W、不銹鋼、WC和Fe-M0(鉬鐵)中選出的金屬粉的混合物。
5.一種按權(quán)項(xiàng)1或2所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，其中所述合成樹脂粘結(jié)劑是四氟樹脂乳劑與丙烯酸樹脂乳劑的混合物。
6.一種制造金屬燒結(jié)體的方法，其特征在于該方法包括如下步驟將70-90wt%的自熔合金粉與10～30wt%的高熔點(diǎn)金屬粉混合，高熔點(diǎn)金屬粉比所述自溶合金粉熔點(diǎn)高而無后者易于粘附在其上，形成有燒結(jié)性能的金屬粉;使用一種材料，其中1-10wt%的塑性粘接劑與上述有燒結(jié)性能的金屬粉揉拌在一起以便獲得具有予定形狀的模壓體，在超過所述自溶合金粉液相線的溫度燒結(jié)該模壓體，此時(shí)所述模壓體的表面用支撐體復(fù)蓋。
7.一種按權(quán)項(xiàng)6所述的制造金屬燒結(jié)體的方法特征在于其中所述自溶合金粉是Ni自溶合金粉，F(xiàn)e自溶合金粉和C0自溶合金粉中一種。
8.一種按權(quán)項(xiàng)6或7所述制造金屬燒結(jié)體的方法特征是其中所述高熔點(diǎn)金屬粉是M0，W、不銹鋼、WC、Fe-M0(鐵鉬中的一種。
9.一種按權(quán)項(xiàng)6或7所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，其特征是其中所述高熔點(diǎn)金屬粉是兩種以上選自M0，W，不銹鋼、WC和Fe-M0(鉬鐵)的粉末的混合物。
10.一種按權(quán)項(xiàng)6或7所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，其特征是其中所述合成樹脂粘結(jié)劑是四氟樹脂乳劑與丙烯酸樹脂乳劑的混合物。
11.一種按權(quán)項(xiàng)6或7所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，特征是其中所述支撐體是鋼球、硅砂、球形氧化鋁和球形陶瓷中的一種。
12.一種按權(quán)項(xiàng)11所述的制造金屬燒結(jié)體的方法、特征是其中氧化鋁板置于所述模壓體與支撐體之間。
13.一種按權(quán)項(xiàng)6或7所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，特征是其中所述支撐體是一個(gè)由難熔材料做成的外殼。
14.一種按權(quán)項(xiàng)13所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，特征是其中所述支撐體是由高粘滯性漿液形成的，該漿液是將無機(jī)粘結(jié)劑的氧化鋁粉加入作為難溶材料的氧化鋯硅酸鹽的水濁液而制成。
15.一種制造金屬燒結(jié)體的方法、其特征是該方法包括如下步驟將70-90wt%的自溶合金粉與10～30wt%的高熔點(diǎn)金屬粉混合，高熔點(diǎn)金屬粉比所述自溶合金粉有較高的熔點(diǎn)而自熔合金粉易于粘附在其上，得到具有燒結(jié)性能的金屬粉;使用所述具有燒結(jié)性能的金屬粉以得到具有予定形狀的模壓體;在超過所述自溶合金粉液相線的溫度燒結(jié)該模壓體。
16.一種制造金屬燒結(jié)體的方法，其特征是該法包括如下步驟模壓增塑材料成予定形狀以便得到一個(gè)模壓體，增塑材料由具有燒結(jié)性能的金屬粉與塑性粘結(jié)劑揉拌而成;用顆粒狀支撐體圍繞該模壓體;使該模壓體中的塑性粘結(jié)劑熱分解，燒結(jié)所述金屬粉。
17.按權(quán)項(xiàng)16所述的制造金屬燒結(jié)體的方法，其特征是其中所述粒狀支撐包括鐵球硅砂，球形氧化鋁和球形陶瓷中的一種。
18.按權(quán)項(xiàng)16或17所述的制造金屬燒結(jié)的方法，其特征是其中氧化鋁板置于所述模壓體與所述粒狀支撐體之間。
19.一種用于金屬燒結(jié)體的材料板，其特征是它由具有燒結(jié)性能的金屬粉和塑性粘結(jié)劑組成，塑性粘結(jié)劑含有抗裂性能好的熱塑合成樹脂和疊垛性能好的熱塑樹脂。
20.按權(quán)項(xiàng)19所述的制造的用于金屬燒結(jié)體的材料板，其特征是所述塑性粘結(jié)劑中相對(duì)于抗裂性好的熱塑合成樹脂，堆垛性好的合成樹脂占30-70wt%。
21.按權(quán)項(xiàng)19或20所述的用于金屬燒結(jié)體的材料板，特征是其中所述塑性粘結(jié)劑按1-10wt%的量加入到所述有燒結(jié)性能的金屬粉中。
22.按權(quán)項(xiàng)19或20所述的用于金屬燒結(jié)體的材料板，特征是其中所述有燒結(jié)性能的金屬粉為70-90wt%自溶合金粉與10～30wt%高熔點(diǎn)金屬粉的混合物，高溶點(diǎn)金屬的熔點(diǎn)高于自溶金屬粉而自溶金屬粉易于粘附在其上。
23.按權(quán)項(xiàng)22所述的用于金屬燒結(jié)體的材料板，特征是其中所述自溶合金粉是Ni自溶合金粉，F(xiàn)e自溶合金粉和C0自溶合金粉中的一種。
24.按權(quán)項(xiàng)22所述的用于金屬燒結(jié)體材料板特征是其中所述高溶點(diǎn)金屬粉是M0，W不銹鋼，WC、及Fe-M0(鉬鐵)中的一種。
25.按權(quán)項(xiàng)22所述的用于金屬燒結(jié)體的材料板、特征是其中所述高熔點(diǎn)金屬粉是兩種以上選自M0，W、不銹鋼、WC和Fe-M0(鉬鐵)的粉末混合物。
26.按權(quán)項(xiàng)19或20所述的用于金屬燒結(jié)體的材料板，特征是、其中所述抗裂性好的熱塑合成樹脂是四氟乙烯樹脂，聚苯乙烯樹脂和尼龍中的一種。
27.按權(quán)項(xiàng)19或20所述用于金屬燒結(jié)體的材料板，特征是其中所述疊垛性能好的熱塑樹脂是丙烯酸樹脂，聚乙烯樹脂和丁二烯醋酸乙烯共聚物中的一種。
28.按權(quán)項(xiàng)19或20所述的用于金屬燒結(jié)體中的材料板，特征是其中所述塑性粘結(jié)劑是四氟乙烯樹脂乳劑和丙烯酸樹脂乳劑按1∶1比例的混合物。
29.一種制造用于金屬燒結(jié)體的材料板的方法，其特征在于該方法包括如下步驟揉拌具有燒結(jié)性能的金屬粉和含有抗裂性能好的熱塑合成樹脂及疊垛性好的熱塑合成樹脂的液態(tài)塑性粘結(jié)劑以便獲得增塑材料，加熱并干燥該增塑材料;在熱塑狀態(tài)下使增塑材料成形為板。
30.按權(quán)項(xiàng)29所述的制造金屬燒結(jié)體用的材料板的一種方法，其特征是其中所述塑性粘結(jié)劑中相對(duì)于抗裂性好的熱塑合成樹脂，疊垛性好的熱塑合成樹脂與30～70wt%。
31.按權(quán)項(xiàng)29或30所述的制造金屬燒結(jié)體用的材料板的方法，特征是其中所述塑性粘結(jié)劑按1-10wt%的量加入所述具燒結(jié)性能的金屬粉。
專利摘要
這里所披露的金屬燒結(jié)體制造方法的特點(diǎn)是使用了如下步驟混合70～90wt％的自溶合金粉和10～30wt％的高熔點(diǎn)金屬粉，高熔點(diǎn)金屬粉具有比自溶合金粉為高的熔點(diǎn)，而自溶合金粉易于粘附在其上以便獲得具有燒結(jié)性能的金屬粉末；使用一種材料，其中1～10wt％的塑性粘結(jié)劑與具燒結(jié)性能的金屬粉揉和以獲得具有預(yù)定形狀的模壓體；在超過自溶合金粉液相線的溫度燒結(jié)模壓體。
文檔編號(hào)B22F3/18GK85104670SQ85104670
公開日1986年12月24日 申請(qǐng)日期1985年6月18日
發(fā)明者吉林修, 佐佐木浩, 金子敏機(jī), 池田英明, 山村佳久 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan