CN101333640A - 熔渗用粉末 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于，提供一种铜基熔渗材用粉末，其能够得到对于铁基基材高的熔渗率。在能够得到对于铁基基材高的熔渗率的本发明的熔渗用粉末中，是以质量％计，在铁为2～7％、锰为1～7％、锌为0.5～5％、铝为0.03～0.1％、余量由铜构成的组成的原料粉末中，混合铝、硅、锆、钛、镁的至少任意一种的氧化物0.1～1％。
Description
技术领域
本发明涉及熔渗于铁和铁基合金粉末或铁基混合粉末的成形体的熔渗用粉末(铜基合金粉末或铜基混合粉末)。
背景技术
在铁系烧结部件的制造中，为了使机械部件高密度化、高强度化、高韧性化而确立了铜合金的熔渗法的技术。一般在熔渗法中，是使具有气孔的铁系压粉体或烧结体，与较之熔点低的铜合金的压粉体(称之为熔渗材)接触而使之加热。熔融的熔渗材利用毛细管现象熔渗到基材中，熔渗体由于气孔减少，利用密度的上升和封孔效果，机械性提高。此外，由于基材和熔渗用粉末发生合金化反应，烧结熔渗部件其机械的强度、硬度、电传导性、耐腐蚀性、耐磨耗性得到改善。
一般作为熔渗用粉末所要求的特性，要求有如下等特性：高的熔渗率(浸透到基材中的熔渗材重量对于搭载于基材上的熔渗材的重量的比)；熔渗材的残留物(残渣)不会附着在基材上，或者即使附着也能够容易地除去。为了满足这样的要求，提出有一种在铜-铁-锰系粉末中添加锌0.5～5质量％、铝0.03～0.1质量％、硅0.1～2质量％的熔渗用粉末(例如下述的专利文献1)。
【专利文献1】特开昭55-141501号公报
锌用于提高熔渗率而被添加，铝和硅是为了使残渣容易剥离而被添加。但是尽管如此，关于熔渗率还不能说得到了充分高的值。
发明内容
本发明其课题是，改良所述专利文献1所述的技术，提供熔渗性更优异的熔渗用粉末(熔渗材)。
本发明以解决这样的现有问题点为目的而进行，研究了各种熔渗材组成，其结果发现了本发明的熔渗用粉末。即，本发明的熔渗用粉末以如下为特征：以质量％计在铁为2～7％、锰为1～7％、锌为0.5～5％、铝为0.03～0.1％、余量由铜构成的组成的原料粉末中，混合铝、硅、锆、钛、镁的至少任意一种的氧化物0.1～1％。
使用了本发明的熔渗用粉末的烧结熔渗机械部件能够获得高的熔渗率，因此可实现高密度化和高强度化。另外由于能够得到良好的残渣的剥离性，因此带来生产性提高。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的熔渗用粉末的组成范围。在本发明的熔渗用粉末中，铁如历来所知的，其添加是用于防止熔渗体表面的侵蚀，铁的含量为2～7质量％。当低于2质量％时，该效果小，若比7质量％多，则会提高熔渗用粉末的熔点，因此不为优选。
锰的添加与铁的添加一样，如历来已知的，其效果是改善基材与残渣的剥离性和防止基材的侵蚀，锰的含量为1～7质量％，低于1质量％时，这些效果小，若比7质量％多，则残渣的量增加，熔渗率变低，因此不为优选。
锌的添加是用于降低熔渗用粉末的熔点，其在基材的侵蚀防止和熔渗率的改善上有效。此外还有改善熔渗材与基材的润湿性的效果。锌的含量为0.5～5质量％。当添加量低于0.5质量％时，上述效果小，若比5质量％多，则在熔渗过程中锌的蒸发量变多，熔渗材的成品率降低。另外，蒸发的锌还有污损烧结炉的可能性，因此不为优选。
铝的含量在0.03～0.1质量％的范围内具有提高熔渗性的效果。当低于0.03质量％时，该效果小，若比0.1质量％多，则残渣的量变多，因此熔渗率变低而不为优选。
在现有的熔渗用粉末中，虽然硅的添加是出于防止残渣附着于基材的目的，但是，因为其具有使熔渗率降低的缺点，所以在本发明中将硅除外，以实现熔渗率的提高。
铝、硅、锆、钛、镁的氧化物在熔渗后成为残渣，改善与基材的剥离性。在本发明中，熔渗材中不添加硅，而是添加上述氧化物的至少任意1种，从而能够获得比现有的熔渗材更高的熔渗率，并能够得到与现有同样良好的残渣的剥离性。
作为本发明的熔渗用粉末所使用的金属氧化物，使用铝、硅、锆、钛、镁的氧化物。更优选的可列举铝、硅、钛。
在本发明中，通过在熔渗用粉末中以规定量调配上述的氧化物，与熔渗用粉末中不含上述氧化物的现有的熔渗用粉末(例如所述专利文献1记载的)相比，其熔渗率更高，残渣的剥离性更优异。
上述氧化物的添加量，在0.1～1质量％的范围内能够得到良好的残渣的剥离性。当低于0.1质量％时得不到该效果，若比1质量％多，则熔渗率降低，因此不为优选。本发明的熔渗用粉末，即使是根据通常的方法(例如雾化(atomize)粉末、还原粉末)制成粉末的各金属粉或合金粉的混合粉末，也不会对其特性产生丝毫影响。上述熔渗材的原料粉末的平均粒径优选为1～300μm。在混合有平均粒径超过300μm的原料粉末时，其成为成分偏析的原因。另外在使用雾化粉末时有成形性恶化的可能性。若低于1μm，则有操作的问题以及在经济性上也昂贵，因此不为优选。
上述熔渗材中所添加的氧化物的粉末可以是市场销售的，为了得到高的熔渗率，作为平均粒径优选使用0.001～5μm的粉末。在混合有平均粒径超过5μm的粉末时，其成为成分偏析的原因。若低于0.001μm，则有操作的问题以及在经济性上也昂贵，因此不为优选。
在熔渗材的成形时，虽然会添加0.3～1.0质量％的润滑剂，但在本发明的熔渗材中，这对其特性不会造成丝毫影响。
一般所使用的熔渗法，有一段熔渗法和二段熔渗法，一段熔渗法是使基材(铁基压粉体)与熔渗材(铜基压粉体)接触，在还原气氛内同时加热两者，同时进行基材的烧结和熔渗，二段熔渗法是首先一次加热基材而进行预备烧结后，再使该烧结体与熔渗材接触进行二次加热，从而进行熔渗。在一段熔渗法中，由于加热时的气体排放等会有妨碍熔渗的进行的要能性，为了作业的稳定化而优选二段熔渗法。另外在二段熔渗法中，在预备加热的阶段因为粉末粒子间坚固地结合，所以能够得到坚固的骨骼结构。虽然在经济性这一点上优选一段熔渗法，但是在熔渗特性这一点上则优选二段熔渗法。
本发明的熔渗用粉末，通过二段熔渗当然能够得到良好的熔渗特性，但即使在一段熔渗法中也能够获得良好和熔渗特性。以下，更具体地说明本发明的熔渗用粉末的实施例。
本发明的熔渗材用粉末组成显示在表1中。
【实施例】
(实施例1)
作为基材使用如下这种压粉体：将在铁-1.5％铜-1％碳中添加有硬脂酸锌(zinc stearate)0.8％的混合粉末13.7g成形为30×12mm的棱柱状，并使其密度达到6.3g/cm3。作为熔渗材使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末1.0％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。
在基材压粉体之上搭载熔渗材压粉体并进行一段熔渗。以550℃加热30分钟脱蜡后，以1110℃加热30分钟。烧结炉内的气氛为氢比氮为3比1的混合气体气氛。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例2)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.6％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例3)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.3％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例4)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例5)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：将铜粉、铁粉、铜-30％锰粉、铜-20％锌粉、铜-7％铝粉进行混合，使这些的粉末与实施例3为同组成，并添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.3％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例6)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的Al2O3粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例7)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的SiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例8)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的Al2O3粉末0.1％和SiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例9)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的ZrO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例10)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的MgO粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例11)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-2％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例12)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-7％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例13)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-1％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例14)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-7％锰-2％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例15)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-0.5％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例16)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-5％锌-0.07％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例17)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.03％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(实施例18)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.1％铝的粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(比较例1)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：将由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝-0.1％硅粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(比较例2)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：将由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝-0.6％硅粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(比较例3)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：将由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝-1％硅粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(比较例4)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：在由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.1％铝-0.6％硅粉末中添加平均粒径0.5μm的TiO2粉末0.1％，将此混合粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
(比较例5)
作为基材，使用以与实施例1相同的方法制成的基材。作为熔渗材，使用如下这种压粉体：将由雾化法制成的铜-4％铁-2.5％锰-2％锌-0.07％铝粉末3.15g(相对于基材的气孔为80vol％的熔渗材的量)以压力500MPa成形为30×12mm的棱柱状。以与实施例1同样的方法熔渗上述压粉体。得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。
【表1】
◎：熔渗后从熔渗体残渣剥离的状态
△：用手指剥落时从熔渗体取得残渣但在熔渗体上有若干残渣附着的状态
如实施例1～18所示，在本发明的熔渗材用粉末的组成的范围中，无论哪个熔渗材其熔渗率均在93％以上，与比较例1～4相比，能够得到高出其5～10％左右的熔渗率。另外实施例1～18的熔渗材的残渣与比较例1～4同样，在熔渗后成为已经从熔渗体上剥离的状态，能够得到良好的剥离性。如比较例5所示，不含硅的熔渗材虽然能够得到高的熔渗率，但是在浸渗体上附着有一些残渣。本发明的熔渗用粉末即使不含硅，仍能够得到良好的残留剥离性。实施例1～18的熔渗体的硬度(洛氏硬度B)比较例1～4高，能够得到90以上的值。
如以上详细阐述，本发明的熔渗用粉末其熔渗率高，熔渗材的残渣的剥离性优异。由于熔渗率比现有的熔渗材提高，从而能够降低熔渗材的使用量，因此在经济性上占优势。另外本发明的熔渗材，既具有良好的残渣的剥离性，又能够得到比现有使用的熔渗材更高的熔渗率，因此可以具有至今为止无法获得的熔渗体的特性。
【产业上的利用可能性】
本发明的熔渗材用粉末，因为向铁基基材的熔渗性优异，所以可提高熔渗体的密度，改善机械的强度、硬度等。
Claims (1)
1.一种熔渗用粉末，其特征在于，在铁为2～7质量％、锰为1～7质量％、锌为0.5～5质量％、铝为0.03～0.1质量％、余量由铜构成的组成的原料粉末中，混合0.1～1质量％的铝、硅、锆、钛、镁中的至少任一种的氧化物。
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