[發明專利]粉末冶金鐵基零件用高溫液相燒結合金粉末及制造方法

在審

• 申請號: 202111189135.3
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113976875A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張根林;果世駒;張覺靈;林濤;尉念倫
• 申請（專利權）人: 河北敬業立德增材制造有限責任公司;北京科技大學
• 主分類號: B22F1/065
• 分類號: B22F1/065;B22F9/08;C22C33/02;C22C38/02;C22C38/16;B22F3/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種適用于粉末冶金鐵基零件高溫液相燒結添加劑粉末及制造方法。合金粉末成分為：C:0.15～0.30，Si:15～22，Cr:0.05，Mn:0.5，P:0.3，酸不溶物0.5，可還原氧(O):2000ppm，不可避免的工藝雜質1.00，Fe:余量。本發明合金粉末采用水霧化或水氣聯合霧化法制造。添加本發明粉末，真空高溫燒結共析鋼試樣的密度由6.7g/cm³增加到7.30g/cm³，對于Fe?Mn?Si?Cr?C系列，不添加Ni和Mo，燒結態硬度達到洛氏硬度HRC40，同樣實現燒結硬化效果。對于某些Fe?(10～20)Cu成分多孔含油軸承，添加本發明粉末高溫燒結，可以生成分布均勻的納米強化相，大幅度提高多含油軸承的壓潰強度，達到810MPa，并有足夠的減摩性能。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種適用于粉末冶金鐵基零件產生高溫液相燒結的合金粉末及制造方法。

背景技術

粉末冶金鐵基零件的制造過程為，將鐵粉和石墨粉連同其他必要的合金粉末通過混合、壓制、燒結工序完成。壓制是將混合好的粉末裝入具有零件形狀的封閉鋼模中，在單軸壓力下壓制成生坯，燒結是在高溫作用下，通過組元的相互擴散作用，使生坯轉化為高密度、高強度合金零件。

燒結過程分為固相燒結和液相燒結。固相燒結是燒結溫度低于所有粉末組元熔點的燒結，粉末為固體。燒結過程是固相擴散。液相燒結是燒結溫度高于某些組元的熔點，某些組元熔化，在燒結的一段時間內成為液相。燒結過程是液相擴散。促進合金元素之間的擴散，促進合金化，促進粉末體致密化，因而性粉末冶金零件性能能得到大幅度提高。液相燒結是技術領域的優化技術手段。

在粉末配料中添加某些熔點低于燒結溫度的合金粉末，是實現液相燒結的重要手段。傳統地，鐵基零件工業化燒結溫度為1050～1150℃，在此溫度范圍，廣泛使用鐵磷合金粉(Fe-P)作為液相燒結添加劑粉。例如Fe-18P合金熔點為1050℃，在1050～1150℃燒結溫度范圍內，Fe-18P粉熔化，形成液相燒結，促進燒結致密化，零件性能獲得較大提高。

隨著燒結技術的進步，出現了高溫燒結技術(包崇璽沈周強舒正平.粉末冶金新技術在燒結齒輪中的應用.粉末冶金材料科學與工程.2006，11(3)：140-145)。工業生產的高溫燒結溫度為1200-1300℃。然而，目前在粉末冶金領域，鐵基零件只能做高溫固相燒結，迄今尚無可供高溫液相燒結的添加劑粉末，無法實現高溫燒結的液相燒結。

高溫液相燒結如果能夠實現，除了促進燒結致密化，增加制品密度之外，有可能生成新的合金相，提供鐵基零件新的強化途徑。例如，硅(Si)元素對粉末冶金鐵基零件而言是有益元素，能增加零件的耐磨性、耐熱性。通常往鐵粉中添加鐵硅合金粉，常用含硅75重量％(Fe75Si)合金粉作為硅元素的引入物質。因為，Fe75Si合金質地硬脆，容易球磨成粉，但是它不能作為高溫液相燒結添加劑來用，因為根據Fe-Si二元相圖，Fe75Si合金熔點為1350℃以上。不會在1200～1300℃形成液相。

國家自然科學基金項目(51725402、51604023)，研究了鐵硅(Fe75Si)鋼液中去除雜質的問題。研究發現(張彥輝李亞瓊張立峰.造渣精煉去除硅鐵合金中鋁鈣雜質研究.鐵合金.2019，276(1)：31-34)，采用SiO₂或F₂O₃渣劑，造渣精煉后,硅鐵合金中的Al、Ca雜質含量分別降為0.13％、0.005％,去除率分別達到88.28％、98.38％。該方法不僅能有效避免渣劑對硅鐵合金造成二次污染,還能大幅度降低鋁鈣雜質含量,從而提高了硅鐵合金的潔凈度。本發明的鐵硅合金的Si含量為18～22％，低于基金項目的75％，在提高鋼液的潔凈度，防止噴嘴結瘤，保持順暢噴粉方面，沒有其他相應參考文獻。