[發明專利]制備粉末冶金工件的方法及其工件

有效

• 申請號: 201310247377.2
• 申請日: 2013-06-20
• 公開（公告）號: CN103567447A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 黃坤祥
• 申請（專利權）人: 臺耀科技股份有限公司
• 主分類號: B22F3/16
• 分類號: B22F3/16;B22F1/00;C22C38/18;C22C38/20;C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/30;C22C38/40;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 王玉雙;鮑俊萍

技術領域

本發明關于一種制備粉末冶金工件的方法，特別是一種應用干壓成形工藝，以制備高硬度粉末冶金工件的方法。

背景技術

干壓成形是粉末冶金工藝中最常用的方法，此方法是讓粉末充填在模具中，再施以所需的壓力，使堆積松散的粉末成形，成為有一定強度的生胚，將成形后的生胚予以燒結即可得到成品。此成形工藝可自動化，其成本低廉且能一次制作出凈形(net?shape)的工件，所以在機械制造業中，干壓成形是不可或缺的一個工藝。

一般來說，在干壓成形工藝中，為了使工件達到優良的機械或物理性質，燒結后的工件的密度應越高越好，此也代表生胚密度也應越高越好，才能降低所需的燒結溫度及燒結時間以節省成本。此外，高生胚密度的工件，經過燒結后，其尺寸收縮量將較少，因此高生胚密度的工件的尺寸穩定性較佳。一般影響生胚密度的重要因素為成形時的壓力以及粉末本身的特性：

(1)成形壓力：在干壓成形工藝中，施加的壓力越大，生胚密度也會越高。然而，由于金屬粉體本身有加工硬化的特性，因此當壓力增加時，粉末本身的硬度也隨之上升，而導致生胚密度的提高效率將隨壓力的增加而逐漸減緩。此外，當成形壓力增大時，粉末與模具間的摩擦力也會隨之增加，因此模具的壽命將變短。

(2)粉末特性：粉末本身的硬度是影響生胚密度的另一個重要的因素。硬度高的粉末不容易變形，使得粉末不易被擠入粉末間的孔隙，因此，生胚密度不容易提高，也因此較不容易在燒結后得到高密度。粉末本身的形狀、大小及內部結構對粉末成形能力也有直接的影響；例如，形狀不規則且內有孔隙的粉，其壓縮性較差；形狀較規則且內無孔隙的粉其壓縮性則比較好；又如球形粉的摩擦力小，視密度(apparent?density)高，因此能得到較高的生胚密度。除了形狀及內部結構外，粉末的大小也是影響生胚密度的因素，小粉末由于其粉末間的接觸點較多、摩擦力較大以及視密度低，因此必需倚靠較高的成形壓力，才能達到所要的生胚密度。小粉末的另一個缺點是其不容易流動，無法以自動化的方式將粉末充填入模穴。但小粉末的最大優點為其燒結驅動力高，工件燒結后的密度高。

如上所述，要達到高燒結密度，必須使用小粉末并提高生胚密度，但小粉末需要使用大壓力才能得到高生胚密度，而使用大壓力會導致模具快速損耗；另外，若是所用的粉末具有高硬度，則工藝的難度將更加提高，所以目前鮮少有干壓成形業者制作具有高密度及高硬度的工件。以粉末本身的硬度約320HV(32HRC)的合金粉為例，在加壓時粉末不容易變形，粉末壓縮性差，生胚密度低，所以若使用一般干壓成形工藝所用的粉末，亦即平均粒徑大于44μm時，即使使用一般常用的成形壓力(如400-800MPa)，干壓成形后的密度多在6.3g/cm³以下，或理論密度的80%以下，由于生胚密度低且粉末粒徑大，燒結后的密度及機械性質也因而偏低。因此，有必要提供一種新的制備粉末冶金工件的方法，其可透過干壓成形工藝以制造高硬度、高密度的工件，并且可減少模具因工藝中施加壓力所造成的損耗。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種制備粉末冶金工件的方法，其制備的工件具有高密度及高硬度的功效。

為達成上述的目的，本發明的制備粉末冶金工件的方法，其步驟包括：提供一第一粉末，第一粉末的硬度實質小于250HV，平均粒徑實質在20μm以下；將第一粉末和一第二粉末混合成一混合粉末，混合粉末的成分包括碳、鉻、鐵，以及選自于鉬、鎳、銅、鈮、釩、鎢、硅、鈷和錳所組成的群組；對混合粉末添加一黏結劑和水；對混合粉末施以一噴霧造粒工藝，以形成一噴霧造粒粉末；對噴霧造粒粉末施以一干壓成形工藝，使噴霧造粒粉末形成一生胚；將該生胚燒結成一工件，工件的硬度高于250HV。

其中，該方法更包括以下步驟：

對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑；其中對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑的步驟進行于該干壓成形工藝前。

其中，對該生胚施以一脫脂工藝的步驟，進行于對該噴霧造粒粉末添加一潤滑劑，以及該干壓成形工藝后，以去除該潤滑劑。

其中，燒結經過該脫脂工藝后的該胚體的環境為一真空或含氫的環境。

其中，該第一粉末的硬度小于100HV。

其中，該干壓成形工藝的溫度小于160℃。

其中，該生胚的生胚密度大于6.3g/cm³。

其中，該鐵的元素粉末的來源為羰基鐵粉，該羰基鐵粉的碳含量為0.10wt%以下。

其中，該混合粉末中的碳的重量百分比范圍為0.07wt%以下，鉻的重量百分比范圍為15至18wt%。