高成形密度粉末冶金零件用润滑剂的开发.pdf

第 2 5卷 第 2期 2 0 1 5年 4月 粉 末 - 盒金 工 业 POW DER M ETALLURGY I NDUS TRY Vo 1 ． 2 5， No ． 2，p 7 0 7 3 Ap r ． 2 01 5 DOI 1 0 ． 1 3 2 2 8 ．b o y u a n ． i s s n l 0 0 6 6 5 4 3 ． 2 0 1 4 0 0 5 6 高成形密度粉末冶金零件用润滑剂的开发 安达恭史 ，水野雄幸 ，曾锐。 1 ．日本艾迪科 公司粉末冶金研究所研发部 ， 东京 1 1 6 ． 0 0 1 2 ； 2 ． 广州庆帆翔新材料有 限公司， 广 东 广州 5 1 0 0 0 0 摘要 目前广泛使用的硬脂酸锌和E B S 蜡 N， N’ ． 乙撑双硬脂酰胺 等内添润滑剂， 是可以稳定生产生坯密度6 ． 8 ～ 7 ． 1 g ／ c m3 的零件的润滑剂 ， 但是 ， 在要求 生坯密度大于 7 ． 2 g ／ c m 的成形条件 下， 往往 会润滑性不足 ， 导致模 具异常 磨损， 模具寿命降低， 压坯不合格率提高。研究了新型蜡性润滑剂 艾迪科新型蜡基润滑剂 的基本性能， 采用内添 润滑剂方式可 以稳 定连续生产生坯密度 7 ． 2 g ／ c m3 以上 的高密度零件 。 关键词 高密度； 硬脂酸锌； E B S 蜡； 脱模力； 生坯密度； 润滑剂 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 6 ． 6 5 4 3 ． 2 0 1 5 0 2 0 0 7 0 0 4 De v e l o pme nt o f i nt e r n a l l y a d de d l ub r i c a nt f o r hi g h d e ns i t y c ompa c t i o n KYOUS HI Ad a c hi ，YUUKOU M i z u n o ，ZENG Ru i 1 ．R D Di v i s i o n ， P o wd e r Me t a l l u r g y I n s t i tut e ， Ad e k a C h e mi c a l S u p p l y C o r p o r a t i o n ， T OK YO 1 1 6 0 0 1 2 ， J a p a n ； 2 ．G u a n g z h o u QF X Ne w Ma t e r i a l C o ． L t d ． ， G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 0 ， C h i n a A b s t r a c t No w wi d e l y u s e d i n t e rna l l u b r i c a n t ， s u c h a s z i n c s t e a r a t e a n d E BS w a x N， N’ e t h y l e n e b i s [ s t e a r a mi d e ] ， a r e s u i t a b l e f o r t h e s t a b l e p r o d u c t i o n o f P M p a r t s wi t h g r e e n d e n s i t y o f 6 ． 8 - 7 ． 1 g ／ c m ． Ho we v e r , t h e s e l u b ri c a n t s a r e o ft e n l a c k o f l u b r i c a t i o n i n t h e p r o d u c t i o n o f p a r t s wi t h g r e e n d e n s i t y h i g h e r t h a n 7 ． 2 g ／ c m ， l e a d i n g t o a b n o r m a l we a r a n d d e c r e a s e d s e r v i c e l i f e o f t h e mo l d ， a n d i n c r e a s e d d e f e c t i v e r a t e ． B a s i c p e r f o rm a n c e o f n e w d e v e l o p e d wa x l u b r i c a n t Ad e k a n e w d e v e l o p e d Wax l u b ri c a n n t w a s s u mma r i z e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e n e w l u b ri c a n t c a n b e u s e d i n t h e s t a b l e a n d c o n t i n u o u s p r o d u c t i o n o f h i g h d e n s i ty p a n s wi t h gre e n d e n s i ty h i g h e r t h a n 7 ． 2 g ／ c m ． Ke y w o r d s h i g h d e n s i ty； z i n c s t e a r a t e ； E B S w a x ； e j e c t i o n f o r c e ； g r e e n d e n s i ty； l u b ri c a n t 为了降低环境负荷 ， 汽车要具有低 的耗 油量， 汽车用烧结零件一直在 向小型轻量化发展， 这就要 求烧结零件具有更高的强度 。 通常粉末冶金零件的生坯密度为6 ． 8 ～7 ． 1 g ／ c m3 。 基于上述要求 ， 不会使生坯密度高于 7 ． 2 g ／ c m3 的零 件 发 生“ 擦伤 ” 模 具和零 件表 面 的异 常磨 损 、 粘 着 ， 且能连续生产的内添润滑剂 的开发备受期待。 目前， 硬脂酸锌和E B S 蜡 N， N’ ． 乙撑双硬脂酰 胺 作为 内添润滑剂得到了广泛 的应用 ， 但是在 连 续生产生坯密度超过7 ． 2 g ／ c m3 的零件 时， 由于脱模 力较高， 易导致模具和成形零件表面“ 擦伤” 。 实际生产 中， 实现高压坯密度 ， 同时延长模 具 寿命 、 降低产品的不合格率是重要的课题 。采取的 作者简 介 安达恭 史 1 9 6 8 一 ， 男， 硕士 ， 主要从事油脂化学的研究。 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 2 5 方案包括 加热模具 ， 使润滑剂软化从而提高粉末 压缩性的温压成形法[ 】 ] ； 尽量减少 内添润滑剂 的添 加量 ， 从而提 高粉末压缩性的模壁润滑法 】 ； 以及进 一 步将两者结合起来 ， 在模壁上喷洒硬脂酸锂水分 散液 的温压模壁润滑法H ] ； 最近 ， 还开发了带电涂抹 型的微粉末非锌型模壁润滑剂以及定量涂抹系统 ， 但是， 将润滑剂定量涂抹在 阴模 内壁的设备的批量 生产、 各种金属粉末的适应性、 形状 的选择性等 ， 在 引入生产现场之前还需要进行很多的研究。 为此 ， 笔者对 最实用 、 且设备成本低 的内添润 滑剂进行 了进一 步的研究 ] ， 开发 出了脱模力低于 硬脂酸锌和E B S蜡， 对应成形密度高于 7 ． 2 g ／ c m 的 不含金属元素的艾迪科新型蜡基润滑剂 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期 安达恭 史等 高成 形密度 粉末冶金零件用润滑剂的开发 7 1． 本文针对所开发 的润滑 剂及其对静摩擦和 动 摩擦 的降低 效果， 与硬脂酸锌及 E B S蜡进行对 比， 分析 了此新型润滑剂的基本特性。 i 试验 I ． I 原材料 采用雾化纯铁粉 At o me l 3 0 0 M K o b e l c o 和 部 分扩散合金粉D i s t a l o y A E H 6 g a n i s A B 为原料， 分 别添加 0 ． 8 ％ 质量分数 的润滑剂， 各润滑剂的性能 对 比如表 1 所示 。其中， 新开发润滑剂艾迪科新型 蜡基润滑剂为实验 室试制品， 硬脂酸锌采用在 日本 使用最广 泛的 A F C OC HE M Z NS 一 7 3 0 ， E BS 蜡采用 市售的粉末冶金用产品。采用示差热分析仪 T G D． T A2 2 0 ， S I I 分析其熔点和热分解残渣量， 在N 中于 3 0 6 0 0℃进行测量， 升温速度为 1 0℃／ mi n 。采用 激光衍射式粒度 分布测定仪 S AL D． 2 0 0 0 J ， S HI MA z UC OR R 测定润滑粉末粒度。 表 1 各润滑剂的特性对比 1 ． 2 试验方法 采用 v形混 料机将铁粉 和润滑剂混 合 2 0 mi n 后 ， 根据 J I S Z 2 5 0 2测定流动性和松装密度 。采用 油压式万能试验机 S a n s y o I n d u s t r y公司 将各混合 粉末压缩成形为 l 1 _ 3 mm 1 0 ． 0 mm 的圆柱 体试 样 ， 生坯 密度达 到 7 ． 1 或 7 ． 2 g ／ c m， ， 然 后使 用精 密 压缩 试 验机 T E NS I L O N， AD有 限公 司 ， 按 照 J P MAP 1 3 1 9 9 2标准 以2 0 0 mm] mi n的脱模 速度 测 定脱模力 ， 比较各润滑剂对动摩擦 的降低 效果 。为 了不损伤模具， 成形压力不超过9 0 0 MP a 。 图1 是脱模力随脱模行程的变化 曲线。 图 1 脱模 力 曲线 2 结果和分析 2 ． 1 粉体特性的比较 添加不 同润滑剂的粉体特性如图2 、 3 所示。雾 化纯铁粉 、 部分扩散合金粉都表现 出类似 的特性 ， 与硬脂酸锌 z NS 一 7 3 0 相 比， 新开发润滑剂艾迪科新 型蜡基润滑剂的润滑效果更接近于E B S 蜡。以雾化 纯铁粉为原料时 ， 采用艾迪科新型蜡基润滑剂和采 用 E B S 蜡 的混合粉 的流动性处于同等水平 ； 而 以部 分扩散合金粉为原料 时， 采用艾迪科新型蜡基润滑 剂 的混合粉的流动性优于采用E B S 蜡的混合粉。添 加艾迪科新型蜡基润滑剂的雾化纯铁粉 、 部分扩散 合金粉均表现出低于添加硬脂酸锌 z NS 一 7 3 0 的混 合粉、 但高于添加E BS 蜡的混合粉的松装密度 。 3 O 2 8 8 2 6 2 4 煺 2 2 2 f ● 2 4 ．4 一 ．5 3 ． 1 1 日 ■■ 艾迪科新型蜡 Z N S - 7 3 0 E B S 基润滑剂 内加润滑剂种类 图2 添加不同润滑剂的雾化纯铁粉特性 产生上述差异的原因和各润滑剂分子结晶的脆 性 易碎 性 相关。硬脂酸锌属于 范德华结晶， E B S 蜡等脂肪酸酰胺衍 生物属于氢键结晶㈣。范德华结 晶较脆 ， 和铁粉混合时， 粒子迅速散开后紧密堆积填 充 ， 但是氢键结晶却 因为分子间的结合力强而难以 l l I - J l∞ ／ 世骺媒斑 蛐 舯 ∞ 垢 m 3 3 3 3 3 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金工业 第2 5 卷 散开， 即使和铁粉混合也难以紧密堆积填充， 从而混 合粉的松装密度得不到改善， 流动性变差。 内加润滑剂种类 图3 添加不同润滑剂 的部分扩散合金粉特性 f 基 龆 琳 爨 2 ． 2 静摩擦力降低效果的比较 静摩擦力 的降低效果用图 1 中 a 点的脱模力 进行 比较， 数值越小 ， 润滑效果越好 。各润滑剂对 静摩擦力的降低效果 比较如图4 、 5 所示。 图4 不同润滑剂对雾化纯铁粉的静摩擦力降低效果比较 图5 不同润滑剂对部分扩散合金粉的 静摩擦 力降低效果 比较 在 a 点的脱模力都为 1 0 ． 0 ～1 2 ． 0 MP a ， 静摩擦力降 低效果最佳 ， 其次分别是添加硬脂酸锌和 E B S 蜡 。 特别是添加E B S蜡时， 在 生坯密度为 7 ． 2 g ／ c m3 的条 件下 ， 零件 的脱模力大大提高 ， 不能进行测 定。当 生坯密度 由7 ． 1 g ／ c m 提高至 7 ． 2 g ／ c m 时， 和添加复 合型润滑剂艾迪科新型蜡基润滑剂相 比， 添加硬脂 酸锌 Z NS 一 7 3 0 的生坯的脱模力提高更多。 综上所述 ， E B S 蜡和硬脂酸锌作为生坯密度超 过 7 ． 2 g ／ c ms 的高密度成形零件的内添润滑剂的使用 效果是有限的， 易导致模具和成形零件的表面出现 异常磨损 ， 不适合作为高密度成形用润滑剂使用。 各润滑剂颗粒 的硬度影响了混合粉的压缩性 ， 从而 影响了润滑剂 的B l e e d 性 在压制过程 中， 润滑剂被 挤压后， 通过金属颗粒的空隙被挤 出到粉体和模具 之间接触面上的现象 。 2 ． 3 动摩擦降低效果的比较 图6 、 7 为添加艾迪科新型蜡基润滑剂和硬脂酸 锌 Z NS 一 7 3 0 的混合粉的脱模力随脱模行程 的变化 曲线。各混合粉压坯 b 区域脱模力的最大值见表2 。 图 6 添加不 同润滑剂的雾化纯铁粉的脱模力随脱模行程 的变化 曲线 脱横行程 ／ mm 图7 添加不同润滑剂的部分扩散合金粉的脱模 力随脱模 行程 的变化 曲线 以雾化纯铁粉 、 部分扩散合金粉为原料时 ， 添 加新开发的润滑剂艾迪科新型蜡基润滑剂 的生坯 可 以看到 ， 雾化纯铁粉和部分扩散合金粉 b 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期 安达恭史等高成形密度粉末冶金零件用润滑剂 的开发 7 3 区域 的最 大脱模力都相对 a 点的值 提高 了 1 ． 1 ～ 1 - 3 倍 。此外 ， 添加 艾迪科新型蜡基润 滑剂和硬脂 酸锌 Z NS 一 7 3 0 相 比， 采 用雾化纯 铁粉 为原料时 ， 最大脱模力 降低 7 ％； 采用 部分扩 散合 金粉为原料 时 ， 最 大脱模力 降低 8 ％； 整个脱模过程 ， 脱模力最 大降低 l 5 ％。 表 2 润滑剂对铁粉生坯 生坯密度 7 ． 2 g ／ c m。 最大脱模力的影响比较 润滑剂 一 J 3 ／ MP a 最 大脱模 可 以认为， 新开发的润滑剂 艾迪科新型蜡基润 滑剂1 对 阴模 内面 和成 形零件 的表面 具有优 良的 B l e e d 性 ， 并且即使在成形压力接近 9 0 0 MP a 的严酷 条件下， 由于分子 间的氢键 ， 润滑膜很难断裂 ， 对金 属表面具有 比硬脂酸锌 Z NS 一 7 3 0 还要高的亲和性。 3 结论 为避免生坯密度 7 ． 2 g ／ c m3 以上 的高密度零件成 形时模 具的异常磨损， 延长模具 的寿命 以及实现稳 定 的连续作业 ， 开发 了非金属 型内添润 滑剂， 使用 雾化纯铁粉和部分扩散合金粉 为原料 ， 与硬脂酸锌 z NS ． 7 3 0 和 E BS 蜡 的润滑性能进行 比较后 ， 得 到 以下结论 1 当生坯密度达到 7 ． 1 ～7 ． 2 g ／ c m3 时 ， 采用粉 末冶金领域广泛使用 的硬脂酸锌 Z NS 一 7 3 0 和 E BS 蜡内添润滑剂 ， 脱模力大于新开发的润滑剂。 2 内添润滑剂 的效果按照优劣顺 序排列 为 新开发 的润滑剂 艾迪科 新型蜡基润滑剂 硬脂酸 锌 Z NS ． 7 3 0 微 粉 蜡 E B S蜡 ， 尤 其 是 微 粉 蜡 E BS 蜡 ， 除 了不含有金属元素 的优 点以外 ， 不适 合于高密度成形。 3 在从模具中脱出成形零件时， 新开发的润滑 剂 艾迪科新型蜡基润滑剂 可以降低脱模力约 1 5 ％。 参考文献 【1] F u j i k i A， Hi r a o L Ya ma g u c h i M， e t ． a 1 ． De v e l o p me n t o f wa r n l c o mp a c t e d a u t o mo t i v e e n g i n e s p r o c k e t [ C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 0 P o wd e r me t a l l u r g y W o r l d Co n g r e s s ． Th e J a p a n S o c i e t y o f Po wd e r a n d Po wd e r M e t a l l urgy , 2 0 01 1 3 7 - 1 4 0 ． [ 2] F u j i k i A．Me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f wa r l n c o mp a c t e d ／ s i n t e r e d a n d s urf a c e d e ns i fie d s p r o c k e t i n c o mpa r i s o n wa r n 1 c o mpa c t e d and h i g h t e mp e r a t u r e s i n t e r e d p a r t s ， e n d u s e r me e t s P M[ C] ／ ／ Pr o c e e ding s o fP M 2 0 0 4 Vi e n n a ． Au s t r i a 2 0 0 4 5 21 5 2 8 ． [3] Ba l l W G．Ne w d i e wa l l lu b ri c a t i o n s y s t e m[ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u rna l o f P o wd e r Me t a l l u r g y , 1 9 9 7 ， 3 3 1 2 3 3 0 ． [ 4] Ko n d o h M， Ok ma H． Hi g h d e n s i ty p o wd e r c o mp a c t i o n u s i n g d i e wa l l l u b ri c a t i o n [ C ] ／ ／ Ad v a n c e s i n P o wd e r Me t a l l u r g yP a r t i c u l a t e M a t e ria l s ． 2 0 0 2 ． 3 4 7 5 4． [5】 F u j i k i A， Ma e k a wa Ad a c h i K． Q u a n t i t a t i v e ana l y s i s o f d i e wa l l l u b ri c a t i o n a n d n e w l u b ri c a n t d e v e l o p me n t [ J ] ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P o wd e r Me t a l l urg y , 2 0 0 6 ， 5 3 9 7 1 3 7 1 7 ． 【6] I k e g a wa M， Ad a c h i K． De v e l o p me n t o f a n e w l u b r i c ant f o r P M c o mp a c t s f o r p r a c t i c a l u s e [ C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e 2 0 0 0 P o w． d e r M e t a l l urg y W o r l d Co n g r e s s ．Th e J a p a n S o c i e t y o f Po wd e r a n d Po wde r M e tal l urg y ． J a p a n 2 0 01 4 25 4 2 8 ． 方 t - I“ 政 策 工信部拟制定石墨烯专项行动计划 由于石墨烯具有高导电性、 高韧度 、 高强度 、 超大 比表面积等特 点， 在半导体 、 光伏、 锂电池、 航天 、 军工、 L E D、 触控屏等众多领域有广泛应用 ； 未来 5 ～1 0 年 ， 全球石墨烯产业规模会超过 1 0 0 0 亿美元。工信部在发 布 2 0 1 5 年原材料工业转型发展 工作要点 时指 出， 在推动战略新材料领域健康发展中， 要制定石墨烯等专 项行动计划 。将石墨烯作为重 点培育对象 ， 表明石墨烯在材料中的地位获得较高认可 ， 此举将大力加速石 墨烯产业化的进程。 2 0 1 5 年原材料工业转型发展工作要点 称 ， 要推动战略新材料领域健康发展， 制定石墨 烯等专项行动计划， 统筹部署研发、 产业化 、 推广应用等创新环节， 探索解决新材料创新发展 中存在 的重复 和分散问题； 发挥有关产业联盟作用， 调动产业创新力量 ， 组建碳纤维、 石墨烯、 稀土等新材料产业联合创新 中心， 重点突破共性技术、 专用装备、 高端品种等制约； 促进军民新材料在研究、 开发等环节有机衔接 ， 加快 军 民共用新材料产业化、 规模化发展 。信息摘自 新材料在线 网站h t t p ／ ／ w w w ． x i n c a i l i a o ． c o m ／ h t m l ／ w e i g u anc h a Y g u 0 n e i ／ 2 0 1 5 ／ 0 3 0 9 ／ 2 6 7 6 ． h t m l 编辑部 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m