[發(fā)明專利]一種含鉬鐵基粉末冶金材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510524563.5
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105081309A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許恩恩;郭志猛;李普明;袁勇;葉青;牟維國;陳存廣;于永亮
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C38/12;C22C33/02;B22F3/16
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含鉬的鐵基粉末冶金材料。

背景技術(shù)

粉末冶金用鐵基合金粉包含：混合粉、擴(kuò)散合金粉和預(yù)合金粉三種。混合粉是以鐵粉作為基體的粉末，混合一定的合金粉末如：石墨粉，銅粉，鎳粉，鉬粉和含磷鐵粉等。擴(kuò)散合金粉是將合金粉末與鐵粉混合然后經(jīng)過加熱處理，使不同粉末發(fā)生一定的擴(kuò)散粘接，能夠減少混合粉末中不同成分的偏析。預(yù)合金粉是在熔煉鐵時(shí)加入合金元素，然后再通過霧化還原等步驟制備。合金元素在鐵基材料當(dāng)中起到固溶強(qiáng)化、第二相粒子強(qiáng)化等作用，從而增加鐵基零件硬度、拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。鐵基合金粉末在使用前都需要添加有機(jī)潤滑劑，如硬脂酸鋅或者KenolubeP11等，潤滑劑有助于提高鐵基混合粉末的壓制密度，減少壓制過程中金屬粉末對模具的損傷。鐵基粉末冶金零件具有近凈成形、節(jié)能和廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械航空等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用潛力。

市場上銷售的含鉬合金粉，幾乎都是通過預(yù)合金的方式制得，即在鐵水熔煉時(shí)加入鉬鐵合金再經(jīng)過霧化還原處理，使用時(shí)再混合有機(jī)潤滑劑或者其他合金粉末。而本發(fā)明中是將鉬以二硫化鉬的形式加入到純鐵粉當(dāng)中進(jìn)行混合，再加入少量的有機(jī)潤滑劑和一定的合金粉末，制備出含二硫化鉬的鐵基混合粉。

鐵基混合粉末所制備的生坯在燒結(jié)過程中，其中的有機(jī)潤滑劑發(fā)生分解揮發(fā)后在鐵基零件內(nèi)部留下空隙，如果有機(jī)物分解過快還會導(dǎo)致零件產(chǎn)生裂紋等缺陷，從而影響鐵基零件的力學(xué)性能和表觀質(zhì)量。二硫化鉬為密排六方晶體結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料，具有優(yōu)異的潤滑性能，添加入鐵基混合粉末中可以減少有機(jī)潤滑劑的使用量，在粉末壓制時(shí)促進(jìn)生坯密度的提高，同時(shí)在燒結(jié)階段可以減少有機(jī)物揮發(fā)產(chǎn)生的空隙和裂痕等缺陷。在鐵基零件的燒結(jié)溫度下，由于二硫化鉬的吉布斯自由能高于硫化亞鐵的吉布斯自由能，所以二硫化鉬與鐵反應(yīng)產(chǎn)生硫化亞鐵；同時(shí)鉬元素?cái)U(kuò)散固溶到鐵基體當(dāng)中。硫化亞鐵與鐵形成低熔點(diǎn)共晶相，在鐵基零件內(nèi)部產(chǎn)生較多液相有助于提高燒結(jié)體密度。硫化亞鐵的存在有助于提高鐵基零件的切削性能和潤滑性能。

為了使混合粉具有較好的流動性和填充性，滿足壓制要求，作為基體粉的鐵粉需要滿足一定的粒度條件。鐵粉粒徑：粒徑小于45μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％-30％；150μm-180μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10％；粒徑45μm-150μm，余量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種含鉬鐵基粉末冶金材料的制備方法，原料是在鐵粉中添加二硫化鉬粉末、有機(jī)潤滑劑或者其他合金粉末，然后再進(jìn)行壓制和燒結(jié)等處理。

由于二硫化鉬具有優(yōu)異的潤滑性能，從而可以減少原料中有機(jī)潤滑劑的使用量并降低其揮發(fā)所產(chǎn)生的空隙和裂紋等缺陷。在鐵基零件的燒結(jié)溫度下，二硫化鉬與鐵反應(yīng)產(chǎn)生硫化亞鐵，同時(shí)鉬元素?cái)U(kuò)散固溶到鐵基體當(dāng)中。硫化亞鐵與鐵形成低熔點(diǎn)共晶相，在鐵基零件內(nèi)部產(chǎn)生液相并有助于燒結(jié)體密度的增加。使用本發(fā)明制備的含鉬鐵基材料相比于傳統(tǒng)的含鉬預(yù)合金鐵粉制備的材料，具有更高的硬度和拉伸強(qiáng)度，表現(xiàn)出更好的潤滑與切削性能。

本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種含鉬鐵基粉末冶金材料，由以下原料按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成：二硫化鉬，0.5-6％；有機(jī)潤滑劑硬脂酸鋅，0.1-0.8％；石墨、銅粉、鎳粉或者磷鐵，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-10％；其余為鐵粉。

優(yōu)選：鐵粉滿足如下粒度要求條件，粒徑小于45μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10％-30％；150μm-180μm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10％；粒徑45μm-150μm，余量。

優(yōu)選：二硫化鉬平均粒徑為2-80μm。

優(yōu)選：二硫化鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％；硬脂酸鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2％；鐵粉余量。

優(yōu)選：二硫化鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％；硬脂酸鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6％；鐵粉余量。

本發(fā)明含鉬鐵基粉末冶金材料的制備方法為：

混料：將符合配方要求的鐵粉、二硫化鉬顆粒、硬脂酸鋅等粉末均勻混合；

壓制：將混合的粉末填充入模具中冷壓成型。

燒結(jié)：將壓制生坯燒結(jié)使粉末顆粒實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。

步驟(3)中燒結(jié)條件為真空燒結(jié)、分解氨氣氛燒結(jié)或氮?dú)鈿夥諢Y(jié)的一種，燒結(jié)溫度高于1000℃。

本發(fā)明的積極效果如下：

1以二硫化鉬的形式向原料中添加鉬元素，由于二硫化鉬具有優(yōu)異的潤滑性能，有助于壓制過程中壓坯密度的提高，減少混合粉末中有機(jī)潤滑劑的加入量，降低有機(jī)物揮發(fā)所產(chǎn)生的空隙和裂紋等缺陷。

2混合粉末制成的壓坯在高溫?zé)Y(jié)階段，二硫化鉬會與鐵基體反應(yīng)形成液相，促進(jìn)燒結(jié)體密度的增加。