一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料及其制备方法，通过在基体中调配致密强化剂，实现基体材料致密高强；通过在表层中调配复合造孔剂，实现表层材料多孔含油，同时使表层满足硬度和耐磨性能要求，维持摩擦副接触界面和润滑状态稳定，制备出一种新型高强减摩双层铁基粉末冶金材料，明显提高铁基粉末冶金材料的承载、耐磨和减摩抗咬合性能。实现高强度与良好润滑特性的有效统一。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及一种铁基粉末冶金材料及其制备方法，具体地说是一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料及其制备方法，属于金属材料粉末冶金
二、
技术介绍
铁基粉末冶金材料强度、硬度高，耐磨性能好，已在滑动轴承、汽车零件和液压元件等领域得到广范应用。但随着现代工业的发展，在一些对性能要求较高的场合，铁基粉末冶金零件常出现硬度、强度不足问题，尽管可以通过增加产品密度来改善其力学性能，但材料的孔隙率、含油率随之降低，含油自润滑性能变差，摩擦副表面易发生黏着磨损甚至咬合。双层材料具有类似双金属材料的结构和功能特点，可充分发挥两种复合材料的各自优点，使材料整体获得更加优异的力学和摩擦学性能，延长使用寿命，提升综合经济效益，在工业生产中具有明显应用前景。CN102913555A提供了一种双层复合粉末冶金含油轴承制造方法，具体结构包括：位于内层的一段或多段粉末冶金层和位于外层的钢套，一段或多段粉末冶金层与钢套烧结在一起。该双层含油轴承采用双层结构，虽然具有良好的耐磨性和较高的承载能力，但由于外层采用钢套，内外层之间界面结合状态较差，轴承运行过程中磨损或受热变形后易发生震荡，从而影响使用寿命。CN201007319公开了一种粉末冶金双层金属材料含油轴套，其结构包括轴套主体层和表层减摩层，主体层采用贵重金属，具有较高的强度和硬度，减摩层可以减少贵重金属用量，具有良好的减摩性和低噪音，保证了轴套的工作和使用性能。该专利虽然一定程度上提高了轴套承载能力和摩擦学性能，但减摩层强度、硬度低，工作过程中耐磨性能较差，摩擦接触界面和润滑状态不稳定，磨损问题严重。因此，如何综合平衡铁基粉末冶金材料的力学性能和摩擦学性能，使铁基材料既具有较高强度、硬度，又具有一定含油减摩自润滑性能，同时保证摩擦界面和润滑状态持续稳定，实现力学性能和摩擦学性能的有效统一，是拓展铁基含油材料在复杂工况下应用的关键。三、
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料及其制备方法，以实现铁基粉末冶金材料力学性能和摩擦学性能的有效统一。本专利技术高强减摩双层铁基粉末冶金材料，是由表层材料和基体材料双层结构复合构成，基体材料为致密高强层，用于承载；表层材料为多孔含油层，用于提供润滑，同时表层材料具有一定硬度和耐磨性能，用于维持摩擦界面和润滑状态稳定。表层材料的厚度为双层铁基粉末冶金材料厚度的1/5～3/5。所述表层材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉75～89％，铜粉8～15％，镍粉0～5％，钼粉0.2～1.0％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％，氢化钛粉1～8％和硬脂酸锌粉0.5～2％。所述基体材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉88～96％，铜粉1～8％，镍粉0％～5％，钼粉0～1％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％和致密剂0.1～2％。所述致密剂为COM-XZ5和/或Best-1000，若为两者时，比例任意。本专利技术高强减摩双层铁基粉末冶金材料的制备方法，包括如下步骤：(1)混料：按配方分别将表层材料的原料和基体材料的原料装入混料器中，以20～40r/min的速度混合0.5～1h，得到表层原料混合料和基体原料混合料；(2)压制：采用两次装粉一次压制方法，首先将表层原料混合料送入压机的制品模具中刮平预压，压平后再装填基体原料混合料，在600～700MPa压力下压制成生坯；(3)烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，烧结温度为1050～1180℃，烧结时间为2～4小时，得到烧结材料；(4)浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，真空气压值不大于8KPa，油温为80～100℃，浸油时间为0.5～1h，得到高强减摩双层铁基粉末冶金材料。本专利技术高强减摩双层铁基粉末冶金材料的表层致密度范围为75～85％，含油率15～25％，基层致密度范围为88～96％。表层硬度为60～75HRB，基层硬度为85～95HRB。本专利技术通过在基体中调配致密强化剂，增强粉体流动，减少贵重合金组元，在降低原料成本的前提下，实现基体材料致密高强，满足高强、高承载需求；通过在表层中复合造孔剂调配(添加氢化钛和硬脂酸锌)，实现表层材料孔隙率适中、孔隙相互贯通并提高表面开孔孔隙，以存储较多液体润滑剂，并利于供给摩擦表面，实现较好减摩效果，同时氢化钛分解产生单质钛，与表层材料中的石墨发生原位合成反应，生成硬度较高的碳化钛颗粒，使表层不因孔隙率过高而大幅度降低硬度，表层承载后不发生大塑性变形，满足表层硬度和耐磨性能要求，维持摩擦副接触界面和润滑状态稳定。依此可制备结构、性能可调控的双层铁基粉末冶金材料，工作过程中，致密高强的基体具有较高的承载能力，用于承载，多孔含油的表层具有较高的储油性能，用于提供润滑，同时表层中反应生成的硬质相，可用于保证摩擦副接触界面和润滑状态稳定持续，进而实现高强度与良好润滑特性的有效统一。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下方面：1、本专利技术提出一种新型双层铁基粉末冶金材料，材料由致密基体和多孔表层复合组成，由于采用粉末冶金工艺，层间界面结合状态良好。致密高强的基体，具有较高承载能力，多孔含油的表层，储油润滑性能突出，材料整体能实现高强度与良好润滑特性的有效统一。2、本专利技术的材料表层通过复合造孔剂调配，一定程度上提高材料表面开孔孔隙率，实现表层材料孔隙率适中、孔隙相互贯通并提高表面开孔孔隙，以存储较多液体润滑剂，并利于供给摩擦表面，实现较好减摩效果，同时在表层生成硬质颗粒相，使表层不致因孔隙率过高而降低硬度，承载后不发生大塑性变形，满足表层硬度和耐磨性能要求，有效保证摩擦副接触表面间润滑状态稳定持续。3、本专利技术通过在基层中调配致密强化剂，能增强粉体流动，减少贵重合金组元，在降低原料成本的前提下，实现基体材料致密高强，满足高强、高承载性能需求。四、具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地说明。实施例1：本实施例中高强减摩双层铁基粉末冶金材料，是由表层材料和基体材料复合构成，表层材料的厚度为双层铁基粉末冶金材料厚度的1/5。表层材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉5.04g(84％)，铜粉0.6g(10％)，镍粉0.15g(2.5％)，钼粉0.03g(0.5％)，石墨粉0.03g(0.5％)，磷铁粉0.03g(0.5％)，氢化钛粉0.06g(1％)和硬脂酸锌粉0.06g(1％)。基体材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉21.6g(90％)，铜粉1.2g(5％)，镍粉0.6g(2.5％)，钼粉0.12g(0.5％)，石墨粉0.12g(0.5％)，磷铁粉0.12g(0.5％)和致密剂COM-XZ5 0.24g(1％)。本实施例中高强减摩双层铁基粉末冶金材料的制备方法如下：(1)混料：按配方分别将表层材料的原料和基体材料的原料装入混料器中，以40r/min的速度混合0.5h，得到表层原料混合料和基体原料混合料；(2)压制：采用两次装粉一次压制方法，首先将表层原料混合料送入压机的制品模具中刮平预压，压平后再装填基体原料混合料，在650MPa压力下压制成生坯；(3)烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，烧结温度为1100℃，烧结时间为3小时，得到烧结材料；(4)浸油：将所述烧结材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料，其特征在于：是由表层材料和基体材料双层结构复合构成，表层材料的厚度为双层铁基粉末冶金材料厚度的1/5～3/5；所述表层材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉75～89％，铜粉8～15％，镍粉0～5％，钼粉0.2～1.0％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％，氢化钛粉1～8％和硬脂酸锌粉0.5～2％；所述基体材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉88～96％，铜粉1～8％，镍粉0％～5％，钼粉0～1％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％和致密剂0.1～2％。

【技术特征摘要】
1.一种高强减摩双层铁基粉末冶金材料，其特征在于：是由表层材料和基体材料双层结构复合构成，表层材料的厚度为双层铁基粉末冶金材料厚度的1/5～3/5；所述表层材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉75～89％，铜粉8～15％，镍粉0～5％，钼粉0.2～1.0％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％，氢化钛粉1～8％和硬脂酸锌粉0.5～2％；所述基体材料的原料按质量百分比构成为：还原铁粉88～96％，铜粉1～8％，镍粉0％～5％，钼粉0～1％，石墨粉0.2～1.2％，磷铁粉0.2～1.5％和致密剂0.1～2％。2.根据权利要求1所述的高强减摩双层铁基粉末冶金材料，其特征在于：所述高强减摩双层铁基粉末冶金材料的表层致密度为75～85％，含油率15～25％，基层致密度为88～96％；表层硬度为60～75HRB，基层硬度为85～95HRB。3.根据权利要求1所述的高强减摩双层铁基粉末冶金材料，其特征在于：所述致密...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹延国，张国涛，刘振明，尹利广，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34