CN103042206A

CN103042206A - 一种提高铁粉压制性的方法

Info

Publication number: CN103042206A
Application number: CN2013100046208A
Authority: CN
Inventors: 郭志猛; 杨芳; 王瑞欣; 罗骥; 叶青; 郝俊杰
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种提高铁粉压制性的方法，属于粉末冶金成形技术领域。利用MoS₂特殊的层状结构，低的摩擦因素和良好的润滑性能提高铁粉压坯密度。将铁粉和MoS₂粉末混合，混匀后进行退火处理，使MoS₂均匀分布在铁粉表面。在压制过程中，由于MoS₂为密排六方结构，层与层的S原子结合力较弱，极易从层间滑移，表现出良好的润滑性能，改善了粉末颗粒间的摩擦状况，提高了压制性，能够获得密度达7.2g/cm³~7.6g/cm³的坯体。本发明的优点在于：改善了铁粉的压制性，能在较低的压制压力下获得密度更高的坯体，降低了摩擦因素，减小了磨具的损耗，同时硫对铁基零件的性能没有影响，并且工艺简单，适于工业化生产。

Description

一种提高铁粉压制性的方法

技术领域

本发明属于粉末冶金成形技术领域，提供了一种提高铁粉压制性的新工艺。提供了一种利用传统粉末冶金工艺，利用二硫化钼低的摩擦因数和良好润滑性，改善铁粉压制性，获得高密度（7.2-7.6g/cm³）的铁基粉末材料。

背景技术

铁基粉末冶金零件是发展迅速和具有巨大应用潜力的工程材料，因其具有省材、节能，价格低廉，产品质量均一及具有最终精度零件的特点，在机械、航空、航天，特别是汽车工业有广泛应用，常见的有带轮、链轮、齿毂、凸轮、连杆、阀座等。

铁基粉末冶金零件约占粉末冶金产品总量的90%，其中70%-80%的粉末冶金产品应用于汽车行业。据报道，铁基粉末冶金零件在汽车工业上的用量不断增加，单辆汽车上铁基粉末冶金零件的用量已成为衡量一个国家粉末冶金发展水平的标志之一，因此开发粉末冶金汽车零件具有广阔的市场前景。但是，我国粉末冶金零件中汽车零件所占的比例仍然偏低，目前制约我国铁基粉末冶金制品应用和发展的主要原因之一就是我国粉末冶金工业基础薄弱，铁基粉末冶金制品的水平仍较低（密度6.8-7.2g/cm3），高密度和高性能汽车粉末冶金零件主要依赖进口。因此，发展高密度、高强度和高精度粉末冶金零件的低成本制备技术对促进我国汽车以及高端装备行业发展具有重要意义，也是粉末冶金工业发展的一个重要趋势。同时开发高性能铁基粉末冶金零件是粉末冶金的发展方向和研究重点。

采用传统粉末冶金工艺，铁基粉末冶金部件中都含有10%或更多的孔隙，降低了材料的密度，大大影响了材料的力学性能。目前，铁基粉末冶金零件的成形工艺为压制，压坯的密度对零件的最终性能很大，高的压坯密度能够获得更优的力学性能，因此如何提高压坯密度成了铁基粉末冶金零件行业的重要问题。

常用的方法是添加硬质酸锌等有机物润滑剂，受限于混料的均匀性及润滑性能的有限性，有机物残留会对零件的力学性能产生影响，压坯密度较低约密度6.8-7.2g/cm³，因此进一步提高其压坯密度一直是难题，直接影响到工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高铁粉压制性的新工艺，提高铁基粉末冶金零件的压坯密度。

本发明利用二硫化钼特殊的层状结构，低的摩擦因素和良好的润滑性能，改善铁粉的压制性，提高铁粉压坯密度。将铁粉与二硫化钼粉末混合，混匀后进行退火处理，使二硫化钼均匀分布在铁粉表面。在压制过程中，由于MoS₂为密排六方结构，层与层的S原子结合力较弱，极易从层间滑移，表现出良好的润滑性能，改善了粉末颗粒间的摩擦状况，降低了粉末颗粒间的摩擦力，提高压制性，能将压坯密度提高到7.2g/cm³-7.6g/cm³，烧结获得高密度的铁基试样。

其具体工艺步骤如下：

(1) 在铁粉中加入MoS₂粉末，MoS₂粉末与混合粉末（铁粉与MoS₂粉）的质量比为1:100-1:10000，在球磨机中混合1-24小时；

(2) 将球磨混合后的粉末在氢气炉中退火，退火温度为600-900℃，时间为1-6h；

(3) 将退火后的粉末进行压制，在600MPa-900MPa的压力下可获得7.2-7.6 g/cm³的压坯；

(4)将压坯在保护气氛，1000℃-1250℃的温度下烧结0.5h-3h，获得7.2-7.6g/cm³的粉末材料。

步骤（1）中所述铁粉的粒度为50-500μm，MoS₂粉末的粒度为50-500μm。

步骤（3）中所述压制工艺为模压成型。

步骤（4）中所述保护气氛为H₂或N₂或分解氨。

本发明的优点：

1、改善了铁粉的压制性，能在较低的压制压力下获得密度更高（7.2-7.6 g/cm³）的坯体。

2、由于的MoS₂添加，压制过程中原来相对滑移的两金属表面的直接接触转化为MoS₂分子层的相对滑移，降低了摩擦因素，减小了磨具的损耗。

3、硫对铁基零件的性能没有不利影响；同时，烧结过程中MoS₂发生分解，分解后的Mo与材料中的基体组元发生反应，有助于材料的致密化。

4、工艺简单，节约成本，适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1：

步骤1：称取平均粒度为100μm的铁粉2kg，100μm的二硫化钼粉1g，在球磨机中混合8小时；

步骤2：将混合粉末在氢气炉中退火，退火工艺为：700℃、3h；

步骤3：将退火后的粉末进行压制，在750MPa的压力下可得到密度为7.3g/cm³的压坯。

步骤4：将压坯在H₂保护气氛下1100℃烧结1h，得到密度为7.32 g/cm³的试样。

实施例2：

步骤1：称取平均粒度为200μm的铁粉4kg，100μm的二硫化钼粉16g，在球磨机中混合20小时；

步骤2：将混合粉末在氢气炉中退火，退火工艺为：800℃、2h；

步骤3：将退火后的粉末进行压制，在700MPa的压力下可得到密度为7.5g/cm³的压坯。

步骤4：将压坯在H₂保护气氛下1200℃烧结0.5h，得到密度为7.51g/cm³的试样。

实施例3：

步骤1：称取平均粒度为300μm的铁粉2kg，300μm的二硫化钼粉0.5g，在球磨机中混合24小时；

步骤2：将混合粉末在氢气炉中退火，退火工艺为：900℃、1h；

步骤3：将退火后的粉末进行压制，在600MPa的压力下可得到密度为7.25g/cm³的压坯。

步骤4：将压坯在N₂保护气氛下1000℃烧结3h，得到密度为7.46g/cm³的试样。

实施例4：

步骤1：称取平均粒度为500μm的铁粉1kg，500μm的二硫化钼粉10g，在球磨机中混合12小时；

步骤2：将混合粉末在氢气炉中退火，退火工艺为：600℃、5h；

步骤3：将退火后的粉末进行压制，在900MPa的压力下可得到密度为7.45g/cm³的压坯。

步骤4：将压坯在分解氨保护气氛下1200℃烧结2h，得到密度为7.46g/cm³的试样。

Claims

1.一种提高铁粉压制性的方法，其特征在于采用如下步骤：

(1) 在铁粉中加入MoS₂粉末，组成混合粉末，MoS₂粉末与混合粉末的质量比为1:100-1:10000，在球磨机中混合1-24小时；

(4) 将压坯在保护气氛，1000℃-1250℃的温度下烧结0.5h-3h，获得7.2-7.6g/cm³的粉末材料。

2.根据权利要求1所述的提高铁粉压制性的方法，其特征在于：步骤（1）中所述铁粉的粒度为50-500μm，MoS₂粉末的粒度为50-500μm。

3.根据权利要求1所述的提高铁粉压制性的方法，其特征在于：步骤（3）中所述压制工艺为模压成型。

4.根据权利要求1所述的提高铁粉压制性的方法，其特征在于：步骤（4）中所述保护气氛为H₂或N₂或分解氨。