[發明專利]混合粉末的高密度成形方法及高密度成形裝置

無效

• 申請號: 201310125009.0
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN103372646A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 長谷川和宏;平井佳樹
• 申請（專利權）人: 會田工程技術有限公司
• 主分類號: B22F3/02
• 分類號: B22F3/02;H01F3/08;H01F41/02
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅

技術領域

本發明涉及一種高密度成形方法及高密度成形裝置，其可通過對混合粉末進行二次加壓而成形高密度（例如7.75g/cm³）的粉末壓坯。

背景技術

通常，粉末冶金技術是先對金屬粉末加壓（壓縮）進行成形處理成形規定形狀的粉末壓坯，接著將粉末壓坯加熱到該金屬粉末的熔點附近的溫度并促使粒子間結合（固化）進行燒結處理的一系列技術。由此，可以用低成本制造出形狀復雜尺寸精度高的機械部件。

隨著對機械部件更加小型輕量化的需求，要求提高粉末壓坯的機械強度。另一方面，如果將粉末壓坯暴露在高溫氣氛中則磁性能會降低。因此，在實際生產磁心用粉末壓坯時，有時會省略其后的高溫處理（燒結處理）。換言之，正在摸索一種即使不進行高溫處理（燒結處理），也能提高機械強度的方法。

此處，有人提出機械強度會隨著粉末壓坯密度的增加而得到大幅（雙曲線型）提高。作為有代表性的高密度化方法，有人提出一種將潤滑劑混合在金屬粉末中以此來減小摩擦阻力并加壓成形的方法（例如專利文獻1）。通常是在基礎金屬粉末中混合約1重量%（1wt%）的潤滑劑成形混合粉末，對混合粉末進行加壓成形。還有人提出了很多旨在進一步提高密度的方案。這些方案大體分為改善潤滑劑本身和改善加壓成形、燒結處理所涉及的工藝流程。

作為屬于前者的方案，可以舉出球狀炭分子和板狀炭分子組合在一起的碳分子復合體的方案（例如專利文獻2）；25℃時的針入度是0.3～10mm的潤滑劑的方案（例如專利文獻3）。這些方案均為減小金屬粉末和模具間的摩擦阻力的方案。

作為屬于后者的方案，已知的有溫熱成形燒結粉末冶金方法（專利文獻4）、操作方便化的前置溫熱成形粉末冶金方法（專利文獻5）、二次沖壓-二次燒結粉末冶金方法（例如專利文獻6）、以及一次成形-燒結粉末冶金方法（專利文獻7）。

開始的溫熱成形·燒結粉末冶金方法是通過預熱混合有固體潤滑劑及液體潤滑劑的金屬粉末，使一部分（或全部）潤滑劑熔化并使潤滑劑分散在粒子間。該方法以此降低粒子間及粒子與模具間的摩擦阻力從而提高成形性；操作方便化的前置溫熱成形粉末冶金方法，是一種設置有初級成形步驟，以在溫熱成形步驟前對混合粉末進行加壓成形操作方便化的低密度（例如密度比低于76%）的初級成形體，以低于使該初級成形體產生藍脆溫度的低溫狀態且將初級成形體一度崩解并進行二次成形步驟得到二次成形體（粉末壓坯）的方法。二次沖壓—二次燒結粉末冶金方法是一種以在模具內對包含合金成分的鐵粉混合物加壓并生成初級的壓縮體，在870℃將該壓縮體（粉末壓坯）預燒結5分鐘并生成預燒結體，通過加壓該預燒結體而生成已二次沖壓的預燒結體，此后在1000℃將已二次沖壓的預燒結體燒結5分鐘來生成燒結部件的方法。最后的一次成形—燒結粉末冶金方法是一種提前預熱模具并預先使內表面帶電附著潤滑劑，接著在該模具內填充已加熱的鐵基粉末混合物（鐵基粉末＋潤滑劑粉末），以規定溫度加壓成形鐵基粉末成形體，接著對鐵基粉末成形體實施燒結處理，進而進行光亮淬火，此后實施回火處理制造鐵基燒結體的方法。

像這樣，使用潤滑劑或加壓成形、燒結處理工藝流程涉及的任何改善方法，粉末壓坯的密度最高也就是7.4g/cm³（真密度的94％）左右。機械強度不夠。進而，進行燒結處理（高溫氣氛）時，由于氧化隨著溫度、時間而加重，所以粉末粒子涂布狀態的潤滑劑燃燒產生殘渣，導致加壓成形后的粉末壓坯品質降低，因此，實際生產時的密度變為在7.3g/cm³以下。而且，任何改善方法也都復雜且難免會變得成本高昂。操作也麻煩，實用性差。

尤其是考慮到用粉末壓坯制作電磁設備（馬達或變壓器等）用的磁心（磁芯）的話，常被指出這種程度的密度（7.3g/cm³以下）遠不能滿足需要。要減小損耗（鐵損、磁滯損耗）量提高磁通密度，就需要將粉末壓坯進一步高密度化，例如，從平成21年度粉體粉末冶金協會秋季大會上的演講資料（株式會社豐田中央研究所提供）看就一目了然。磁心密度，例如即便是7.5g/cm³，在實際應用中，也被指出不僅磁特性，其機械強度也不足。