[發明專利]改進的含過渡元素的鋁合金粉末金屬

在審

• 申請號: 201180056037.0
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103228803A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: D·P·畢曉普;R·L·赫克斯墨;I·W·唐納爾德森;R·W·庫克
• 申請（專利權）人: GKN燒結金屬有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

相關申請的交叉參考

本申請要求2011年12月15日提交的題為“改進的含過渡元素的鋁合金粉末金屬”的美國臨時專利申請系列第61/423,535號，和2011年4月21日提交的題為“改進的含過渡元素的鋁合金粉末金屬”的美國臨時專利申請系列第61/477,764號的優先權。這些申請的內容通過引用全文納入本文以用于全部目的。

關于聯邦資助研究或開發的聲明

無。

技術背景

本發明涉及粉末冶金法。具體地，本發明涉及用于粉末冶金法的粉末金屬配方。

粉末冶金法是傳統金屬成形技術例如澆鑄法的一種替代技術。使用粉末冶金法，可以制造具有復雜幾何形貌的部件，該部件具有與最終部件中所需尺寸非常接近的尺寸。該尺寸精度可以節省大量用于機械加工或者再加工的費用，特別是對于那些大批量生產的部件更是如此。

由粉末冶金法制得的部件通常以如下方式形成。首先，在壓力條件下將包含一種或多種粉末金屬和潤滑劑材料的配方在工具和模具組中壓實，以形成PM壓制品。然后加熱此PM壓制品以去除潤滑劑材料，并通過基于擴散的質量傳輸將粉末金屬的單個顆粒燒結到一起。通常通過將粉末金屬材料加熱至略低于或略高于其固相線溫度的溫度來進行燒結。當保持在低于固相線溫度時，在缺少液相的情況下發生燒結。這通常稱作固態燒結。當保持在高于固相線溫度時，形成了受控的液相餾分。這種方式的燒結稱作液相燒結。無論采用何種燒結溫度，燒結部件的形狀與原始壓制品非常相似。

在燒結過程中，部件尺寸通常會發生收縮。當發生擴散時，相鄰顆粒會相互頸縮以形成永久的相互結合，并開始填充顆粒之間的任意空穴。相比于壓制品，該致密化使得孔隙尺寸靠近和/或下降，并降低了燒結部件的總體尺寸。但是，即使是燒結時間較長，仍會在燒結部件中留下一些空穴。不幸的是，對于未達到完全致密的燒結部件，此類燒結部件的機械強度通常略小于鍛造部件的機械強度。

因此，存在改進粉末金屬的需求。具體來說，對于這樣的粉末金屬存在持續的需求，該粉末金屬在燒結后具有與其鍛造對應物接近的機械強度。

發明內容

本發明揭示了一種改進的鋁合金粉末金屬及其制備方法。與具有傳統鋁粉末金屬組成和微結構的部件相比，由本發明所揭示的鋁合金粉末金屬制造的PM部件具有改善的強度性質。鋁合金粉末金屬至少部分改善了強度性質，原因在于過渡元素以較均勻的方式摻雜進鋁粉末金屬。這減少了沿著顆粒邊界形成的金屬互化物的數量，并能促進形成在整個燒結部件上均勻強化的彌散體相，所述金屬互化物在顆粒邊界處的益處是有限的。這類形貌在壓制-燒結類型產品中是未知的。

本發明揭示了一種用于生產粉末金屬部件的粉末金屬的制造方法。所述制備方法包括形成鋁-過渡元素熔體，其中所述鋁-過渡元素熔體中過渡元素的含量小于6重量%。鋁-過渡元素熔體粉末化以形成過渡元素摻雜的鋁粉末金屬。過渡元素添加物可包括鐵、鎳、鈦和錳中的一種或多種。

在該方法的一個形式中，粉末化步驟可包括使鋁-過渡元素熔體空氣霧化。在該方法的其他形式中，使鋁-過渡元素熔體粉末化以形成過渡元素摻雜的鋁粉末金屬可包括用除了空氣之外的氣體（例如氮氣、氬氣或者氦氣）進行霧化、粉碎、研磨、化學反應和/或電解沉積。

可以由該過渡元素摻雜的鋁粉末金屬形成粉末金屬部件。粉末金屬部件中過渡元素的濃度可基本等于用于形成所述粉末金屬部件的過渡元素摻雜的鋁粉末金屬中過渡元素的濃度，這表示作為獨立元素粉末或作為部分母合金加入極少量的過渡元素，或者沒有加入作為獨立元素粉末或作為部分母合金的過渡元素。與加入了過渡元素作為元素粉末或作為部分母合金的類似組成的粉末金屬形成的粉末金屬部件相比，由過渡元素摻雜的鋁粉末金屬形成的粉末金屬部件可具有沿著部件顆粒邊界形成的明顯較少的金屬互化物。

過渡元素摻雜的鋁粉末金屬可與其他粉末金屬混合以提供至少一種其他合金化元素。通過混合過渡元素摻雜的鋁粉末金屬和另一種粉末金屬，形成了混合的粉末金屬，所述混合的粉末金屬之后可用于形成粉末金屬部件。

本發明還揭示了通過上述方法制得的粉末金屬。所述粉末金屬是過渡元素摻雜的鋁粉末金屬，其中過渡元素均勻分布在整個過渡元素摻雜的鋁粉末金屬中，并且，所述過渡元素摻雜的鋁粉末金屬含有小于6重量%的過渡元素。

此外，可通過空氣霧化或者本文所述的其他形式的粉末化來形成過渡元素摻雜的鋁粉末金屬。

過渡元素可包括鐵、鎳、錳和鈦中的一種或多種。還可以以最高達15%體積的量加入瓷添加劑，例如，SiC和/或AlN。