一种含铜铁基粉末冶金材料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种含铜铁基粉末冶金材料及其制备工艺，所述粉末冶金材料由铁粉、铁基机械合金化粉末和铜粉混合而成。先采用球磨方法制备铁基机械合金化粉末，再将铁基机械合金化粉末与铁粉、铜粉、润滑剂混合，配制含铜铁基粉末冶金材料。本发明专利技术采用球磨工艺制备铁基机械合金化粉末，该球磨粉末粒度细，活性高，成分均匀，能够增加烧结过程中与高温下铜的液相的相互作用，有利于烧结过程的进行，提高烧结材料显微组织均匀性，改善石墨扩散后残留孔隙的分布。采用该工艺制备的材料与直接混粉工艺制备的材料相比，强度和硬度均有提高。而且，本发明专利技术无需直接添加石墨粉末，能够提高混料时各种成分的均匀程度，有效降低运输和送料过程中的成分分离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及粉末冶金领域，具体涉及一种含铜铁基粉末冶金材料及其制备工艺。
技术介绍
粉末冶金包括粉末的制备和粉末冶金制品的生产。粉末的制备是采用机械，冶金或物理化学方法，使金属、合金或者金属化合物从固态、液态或气态转变成粉末状态的工艺技术。粉末冶金制品的生产是利用制取的金属或用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形、烧结，以及其它后续工序，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。因其具有近净成形、材料利用率高、节能、制取材料范围广、产品精度高等优异特点，在工业生产中被大量用于金属零件的制备，特别是在汽车制造领域有着广泛的应用。碳是铁基粉末冶金材料生产中不可或缺的成分。通常在铁基粉末冶金材料生产中，产品所需的碳以石墨粉末的形式添加。石墨粉末在烧结过程中扩散、渗碳，改善材料的组织，提高材料的机械性能和物理化学性能。但是，石墨粉末的密度低，仅为铁粉的1/4，添加石墨混料很容易造成混合粉末的成分偏析；而且，混合粉末在运输和送料过程中会出现石墨漂浮，导致成分分离，影响材料的成分稳定性，造成同一产品内部和不同产品间的成分不均匀，导致产品质量难以控制，废品率增大。此外，为使碳在烧结过程中能够快速扩散，一般选用粒径细小的石墨粉末，这就更容易产生成分偏析和成分分离。CN1524913A公开了用于粉末冶金的粘结剂和混合粉末及混合粉末生产方法，将该专利技术的用于粉末冶金的粘结剂掺入用于粉末冶金的原料粉末中能够有效防止石墨分散等问题。但是粘结剂容易出现团聚现象，影响材料性能。CN104368816A公开了一种粉末冶金零件的制造方法，该方法采用镀铜石墨粉，提高石墨粉的密度，降低混分过程中的材料偏析和运输过程中的成分分离程度，但是镀铜石墨成本较高，多用于高附加值粉末冶金产品的生产中。US2011253264A1公开了一种铁碳合金，该专利采用熔炼方法制备含碳量0.3~8%的中间合金，并采用该中间合金作为碳源满足粉末冶金产品对碳含量的需求，但是，预合金粉末中含碳量高时硬度高，粉末性能相对较差，而且该专利采用1200℃的烧结温度，工业中常用的网带炉难以满足如此高的烧结温度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种含铜铁基粉末冶金材料及其制备工艺，既通过球磨扩大中间粉末的成分范围，增强中间粉末的活性，有利于烧结过程中元素的扩散，提高铁基粉末冶金材料的强度、硬度等性能；又能满足粉末冶金材料对碳元素的需求，改善直接添加石墨混粉工艺的不足。一种含铜铁基粉末冶金材料，其各组分及质量百分比如下：铁基机械合金化粉末1~30%；铜粉1~5%；剩余为铁粉；上述各组分质量总和为100%。所述铁基机械合金化粉末组分及质量百分比为：石墨粉5~30%；铁粉40~95%；其它元素粉或合金粉0~50%。所述的其它元素粉或合金粉包括锰粉、铬粉、锰铁粉、硅铁粉和铬铁粉中的一种或多种。本专利技术所述的一种含铜铁基粉末冶金材料的制备工艺，包括以下步骤：1)铁基机械合金化粉末的制备：将铁粉、石墨粉、其他元素粉或合金粉混合5~30min，添加混合粉末质量1~3%的过程控制剂；2)将上述混合物放入球磨机中以250~450r/min速度球磨6~24h，球磨粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末。3)粉末冶金材料的制备：将所述铁基机械合金化粉末与铁粉、铜粉、润滑剂放入混料机中混合20~40min，然后进行压制、烧结等得到所述粉末冶金材料。上述制备过程中，优选地，球磨机的球料比为5:1~10:1。上述制备过程中，优选地，将球磨后的铁基机械合金化粉末进行去应力退火处理，退火温度为600~980℃，高温下保温1~12h，冷却速度1~5℃/min。所述的润滑剂优选为硬脂酸锌、石蜡，添加量为0.3~0.8%。所述的过程控制剂优选为无水乙醇、四氯化碳、甲醇、硬脂酸、石蜡。本专利技术采用球磨工艺制备铁基机械合金化粉末，该球磨粉末粒度细，活性高，成分均匀，能够增加烧结过程中与高温下铜产生的液相的相互作用，加速烧结时物质的迁移和扩散，有利于烧结过程的进行，提高烧结材料显微组织均匀性，改善石墨扩散后残留孔隙的分布。采用该工艺制备的材料与直接混粉工艺制备的材料相比，强度和硬度均有提高。而且，本专利技术无需直接添加石墨粉末，能够提高混料时各种成分的均匀程度，有效降低运输和送料过程中的成分分离。此外，硅、锰等元素采用球磨粉末方式加入，有利于这些元素在烧结过程中的扩散，同时能够有效提高材料的强度和硬度。具体实施方式实施例11)称取石墨粉10g、锰铁粉24g、硅铁粉20g、铬粉6g、铁粉40g，混合20min，加入1g无水乙醇；2)将上述混合物放入球磨机中球磨24h，并对球磨后粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末；其中球磨机采用卧式行星球磨机，球磨罐材质为不锈钢，磨球材质为碳化钨，球料比10：1，球磨机转速250r/min，采用正反转交替，每工作30分钟，停5分钟。3)称取上述铁基机械合金化粉末5g、铁粉94g、铜粉1g、石蜡0.8g，混合20min。在500~600MPa压力下压制成型，氮氢气氛保护下于1120℃烧结30min。实施例21)称取石墨粉5g、铁粉95g，混合30min，加入3g四氯化碳；2)将上述混合物放入球磨机中球磨12h，并对球磨后粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末；其中球磨机采用卧式行星球磨机，球磨罐材质为不锈钢，磨球材质为不锈钢，球料比8：1，球磨机转速350r/min，采用正反转交替，每工作60分钟，停5分钟。3)将球磨后的铁基机械合金化粉末进行去应力退火处理，退火温度为600℃，高温下保温1h，冷却速度1℃/min。4)称取上述铁基机械合金化粉末16g、铁粉82g、铜粉2g、硬脂酸锌0.75g，混合30min。在500~600MPa压力下压制成型，氮氢气氛保护下于1120℃烧结30min。实施例31)称取石墨粉30g、铁粉70g，混合5min，加入2g甲醇；2)将上述混合物放入球磨机中球磨6h，并对球磨后粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末；其中球磨机采用卧式行星球磨机，球磨罐材质为不锈钢，磨球材质为不锈钢，球料比5：1，球磨机转速450r/min，采用正反转交替，每工作30分钟，停5分钟。3)称取上述铁基机械合金化粉末1g、铁粉94g、铜粉5g、微粉石蜡0.5g，混合40min。在500~600MPa压力下压制成型，氮氢气氛保护下于1120℃烧结30min。实施例41)称取石墨粉5g、锰粉2g、硅铁粉7g、铬铁粉3g，铁粉83g，混合20min，加入1g酒精；2)将上述混合物放入球磨机中球磨24h，并对球磨后粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末；其中球磨机采用卧式行星球磨机，球磨罐材质为不锈钢，磨球材质为碳化钨，球料比9：1，球磨机转速280r/min，采用正反转交替，每工作30分钟，停5分钟。...

【技术保护点】
一种含铜铁基粉末冶金材料，其特征在于，各组分及质量百分比如下：铁基机械合金化粉末    1~30%；铜粉                  1~5%；剩余为铁粉，上述各组分质量总和为100%；所述铁基机械合金化粉末组分及质量百分比为：石墨粉               5~30%；铁粉                 40~95%；其它元素粉或合金粉   0~50%。

【技术特征摘要】
1.一种含铜铁基粉末冶金材料，其特征在于，各组分及质量百分比如下：
铁基机械合金化粉末1~30%；
铜粉1~5%；
剩余为铁粉，上述各组分质量总和为100%；
所述铁基机械合金化粉末组分及质量百分比为：
石墨粉5~30%；
铁粉40~95%；
其它元素粉或合金粉0~50%。
2.根据权利要求1所述的含铜铁基粉末冶金材料，其特征在于，所述的其它元素粉或合金粉选自锰粉、铬粉、锰铁粉、硅铁粉和铬铁粉中的一种或多种。
3.一种权利要求1或2所述的含铜铁基粉末冶金材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)铁基机械合金化粉末的制备：首先将铁粉、石墨粉、其他元素粉或合金粉混合5~30min，添加混合粉末质量1~3%的过程控制剂；
2)将上述混合物放入球磨机中以250~450r/min速度球磨6~24h，球磨粉末过100目筛，得到铁基机械合金化粉末；
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【专利技术属性】
技术研发人员：范晓杰，鞠志勇，
申请(专利权)人：泰安皆瑞金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37