[实用新型]混合粉末的高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高密度成形装置及高密度三层结构粉末压坯,其可通过对混合粉末进行二次加压而成形高密度（例如7.75g/cm³）的粉末压坯。

背景技术

通常，粉末冶金技术是先对金属粉末加压（压缩）进行成形处理成形规定形状的粉末压坯，接着将粉末压坯加热到该金属粉末的熔点附近的温度并促使粒子间结合（固化）进行烧结处理的一系列技术。由此，可以用低成本制造出形状复杂尺寸精度高的机械部件。

随着对机械部件更加小型轻量化的需求，要求提高粉末压坯的机械强度。另一方面，如果将粉末压坯暴露在高温气氛中则磁性能会降低。因此，在实际生产磁心用粉末压坯时，有时会省略其后的高温处理（烧结处理）。换言之，正在摸索一种即使不进行高温处理（烧结处理），也能提高机械强度的方法。

此处，有人提出机械强度会随着粉末压坯密度的增加而得到大幅（双曲线型）提高。作为有代表性的高密度化方法，有人提出一种将润滑剂混合在金属粉末中以此来减小摩擦阻力并加压成形的方法（例如专利文献1）。通常是在基础金属粉末中混合约1重量%（1wt%）的润滑剂成形混合粉末，对混合粉末进行加压成形。还有人提出了很多旨在进一步提高密度的方案。这些方案大体分为改善润滑剂本身和改善加压成形、烧结处理所涉及的工艺流程。

作为属于前者的方案，可以举出球状炭分子和板状炭分子组合在一起的碳分子复合体的方案（例如专利文献2）；25℃时的针入度是0.3mm～10mm的润滑剂的方案（例如专利文献3）。这些方案均为减小金属粉末彼此间、以及金属粉末和模具间的摩擦阻力的方案。

作为属于后者的方案，已知的有温热成形烧结粉末冶金方法（专利文献4）、操作方便化的前置温热成形粉末冶金方法（专利文献5）、二次冲压-二次烧结粉末冶金方法（例如专利文献6）、以及一次成形-烧结粉末冶金方法（专利文献7）。

开始的温热成形·烧结粉末冶金方法是通过预热混合有固体润滑剂及液体润滑剂的金属粉末，使一部分（或全部）润滑剂熔化并使润滑剂分散在粒子间。该方法以此降低粒子间及粒子与模具间的摩擦阻力从而提高成形性；操作方便化的前置温热成形粉末冶金方法，是一种设置有初级成形步骤，以在温热成形步骤前对混合粉末进行加压成形操作方便化的低密度（例如密度比低于76%）的初级成形体，以低于使该初级成形体产生蓝脆温度的低温状态且将初级成形体一度崩解并进行二次成形步骤得到二次成形体（粉末压坯）的方法。

二次冲压—二次烧结粉末冶金方法是一种以在模具内对包含合金成分的铁粉混合物加压并生成初级的压缩体，在870℃将该压缩体（粉末压坯）预烧结5分钟并生成预烧结体，通过加压该预烧结体而生成已二次冲压的预烧结体，此后在1000℃将已二次冲压的预烧结体烧结5分钟来生成烧结部件的方法。最后的一次成形—烧结粉末冶金方法是一种提前预热模具并预先使内表面带电附着润滑剂，接着在该模具内填充已加热的铁基粉末混合物（铁基粉末＋润滑剂粉末），以规定温度加压成形制成铁基粉末成形体，接着对铁基粉末成形体实施烧结处理，进而进行光亮淬火，此后实施回火处理制造铁基烧结体的方法。

像这样，使用润滑剂或加压成形、烧结处理工艺流程涉及的任何改善方法，粉末压坯的密度最高也就是7.4g/cm³（真密度的94％）左右。机械强度不够。进而，进行烧结处理（高温气氛）时，由于氧化随着温度、时间而加重，所以粉末粒子涂布状态的润滑剂燃烧产生残渣，导致加压成形后的粉末压坯品质降低，因此，实际生产时的密度变为在7.3g/cm³以下。而且，任何改善方法也都复杂且难免会变得成本高昂。操作也麻烦，实用性差。

尤其是考虑到用粉末压坯制作电磁设备（马达或变压器等）用的磁心（磁芯）的话，常被指出这种程度的密度（7.3g/cm³以下）远不能满足需要。要减小损耗（铁损、磁滞损耗）量提高磁通密度，就需要将粉末压坯进一步高密度化，例如，从平成21年度粉体粉末冶金协会秋季大会上的演讲资料（株式会社丰田中央研究所提供）看就一目了然。磁心密度，例如即便是7.5g/cm³，在实际应用中，也被指出不仅磁特性，其机械强度也不足。