CN103182503A

CN103182503A - Cu系熔渗用粉末

Info

Publication number: CN103182503A
Application number: CN2012104791351A
Authority: CN
Inventors: 寺居臣治
Original assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Current assignee: Fukuda Metal Foil and Powder Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: CN103182503B; JP2013133518A; JP5403707B2

Abstract

本发明提供能够对于Fe系基材能够得到高熔渗率的Cu系熔渗材。在Cu粉末、Si粉末、Cu-Fe-Mn合金粉末和Cu-Zn-Al合金粉末混合而成的混合粉末中，该混合粉末(Cu系熔渗材)具有如下组成：Fe为1.5～5.5质量％、Mn为1.0～2.5质量％、Zn为1.0～2.0质量％、Al为0.01～0.1质量％、Si为0.1～0.6质量％、余量由Cu构成。该Cu系熔渗材对Fe系基材的熔渗性优异，因此可提高基材的密度，改善机械的强度、硬度等。

Description

Cu系熔渗用粉末

技术领域

本发明涉及向Fe或Fe系混合粉末的成形体或者烧结体熔渗的Cu系混合粉末。

背景技术

在Fe系合金的烧结零件的制造中，为了使机械零件高密度化、高强度化、高韧性化而确立了熔渗Cu合金的技术。一般在熔渗法中，使有气孔的Fe系压粉体或烧结体的基材，与比之熔点低的Cu合金的压粉体(以下，称为“熔渗材”)接触并加热。熔融的熔渗材由于毛细管现象而向基材熔渗，基材内部的气孔由熔渗的Cu填满，气孔减少，从而密度上升，烧结体的致密性提高。此外基材和熔渗材所含的成分发生合金化反应，由此烧结熔渗零件其机械的强度、硬度、导电性、耐腐蚀性、耐磨损性这样的特性得到改善。

一般作为熔渗材所要求的特性，要求的是有如下等特性：高的熔渗率(浸透到基材中的熔渗材重量相对于放置在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，提出有一种熔渗用粉末，其由如下构成：Fe为2.0～7.0质量％、Mn为1.0～7.0质量％、Zn为0.5～5.0质量％、Al为0.03～0.1质量％、Si为0.1～2.0质量％，余量为Cu(专利文献1)。上述提出的熔渗材中的Mn、Al、Si这样的成分，在熔渗过程中形成氧化物，成为残渣的一部分而残留在Fe系基材的表面，具有防止没有熔渗的Cu粘合到Fe系基材上的效果。但是，这些成分含量多时，残渣的发生量变多，因此会产生熔渗率降低这样的问题，以及由于熔渗材的构成而发生的残渣粘合在Fe系基材表面这样的问题。

【专利文献】

【专利文献1】特开昭55-141501号公报

发明内容

本发明其课题在于，提拱一种残渣的发生量少，残渣的剥离性优异，熔渗率高的熔渗性优异的熔渗材。

本发明，以解决这样的现有的问题点为目的，对于构成熔渗材的混合粉末和组成进行了各种研究，其结果发现了本发明的熔渗用混合粉末。即本发明的熔渗用粉末，其特征在于，是将Cu粉末、Si粉末、Cu-Fe-Mn合金粉末和Cu-Zn-Al合金粉末进行了混合的粉末，并且为如下组成：含有Fe为1.5～5.5质量％、Mn为1.0～2.5质量％、Zn为1.0～2.0质量％、Al为0.01～0.1质量％、Si为0.1～0.6质量％，余量由Cu构成。还有，本发明的熔渗用粉末本质上所述组成构成，但也可以含有微量的不可避免的杂质。在此，所谓不可避免的杂质，是指不是有意添加的，而是在各原料的制造工序等中不可避免地混入的杂质。

另外，本发明在具有上述的特征的熔渗用混合粉末中，其特征在于，所述Cu-Fe-Mn合金粉末中的Fe的含量为3.0～7.0质量％，Mn的含量为2.0～5.0质量％，该Cu-Fe-Mn合金粉末在所述混合粉末中配合有25.0～90.0质量％。

另外，本发明在具有上述的特征的熔渗用混合粉末，其特征在于，所述Cu-Zn-Al合金粉末中的Zn的含量为10.0～40.0质量％，Al的含量为0.1～3.0质量％，该Cu-Zn-Al合金粉末在所述混合粉末中配合有3.0～15.0质量％。

此外，本发明在具有上述的特征的熔渗用混合粉末中，其特征在于，含有用于改善成形时的润滑性的润滑剂0.1～1.0质量％。

本发明的熔渗材因为能够得到高熔渗率，所以能够实现熔渗的烧结机械零件的高密度化和高强度化。另外，由于熔渗后发生的残渣的发生量少，残渣的剥离性也良好，因此还带来生产率的提高。

具体实施方式

以下，详细说明本发明的熔渗材的组成范围和构成熔渗材的混合粉末的种类和调配比率。

本发明的熔渗材所含的Fe是以防止Fe系基材和熔渗材的接触面的侵蚀为目的而添加的。一般来说，Fe-Cu系的熔渗在比包晶温度高的1100℃～1150℃的范围进行。该熔渗温度下的Fe的饱和熔化度约为5质量％，向Fe基材熔渗Cu单体时，因为基材中的Fe向熔渗材熔融，所以在基材表面发生侵蚀坑和表面橘皮这样的现象。这样的现象能够通过预先在熔渗材中添加Fe而防患于未然。在低于1.5质量％时，该侵蚀防止效果少。另外，因为Fe的含量越多，熔渗材的熔点越高，所以本发明的熔渗材的Fe含量限定在1.5～5.5质量％。

Mn、Al、Si在熔渗后于熔渗体表面形成氧化物，防止没有熔渗的Cu粘合到基材上。但是，由于Mn、Al、Si添加量越多，残渣量越多，使熔渗率降低，另外添加量少时，残渣剥离性的效果变少，因此在本发明的熔渗材中，Mn添加量限定为1～2.5质量％，Al添加量限定为0.01～0.1质量％，Si添加量限定为0.1～0.6质量％。

Zn的添加具有降低熔渗材的熔点的效果，此外还具有改善熔渗材与基材的润湿性的效果。Zn添加量少时，这些上述的效果变少。另外若添加量变多，则在熔渗过程中Zn的蒸发量变多，熔渗材的成品率降低。另外蒸发的Zn存在污损烧结炉的可能性，因此不为优选。据此，本发明的熔渗材的Zn添加量限定在1～2质量％。

另外本发明的熔渗材，是Cu-Fe-Mn合金粉末、Cu-Zn-Al合金粉末、Si粉末和Cu粉末的混合粉末，其调配比率优选为Cu-Fe-Mn合金粉末为25.0～90.0质量％，Cu-Zn-Al合金粉末为3.0～15.0质量％，Si以单一元素的粉末计为0.1～0.6质量％，余量是Cu的单一元素。

Cu-Fe-Mn合金粉末和Cu-Zn-Al合金粉末通过雾化法制作。因为Cu-Fe-Mn合金粉末中的Fe含量越多，液相温度越高，所以需要提高雾化法的熔化工序中的熔化温度。此外还成为在熔渗后Fe在熔渗体表面结晶，没有熔渗的Cu和含有氧化物的残渣与熔渗体粘合的要因。另外含量过少时，Cu-Fe-Mn合金粉末的调配量变多，不能调配其他的构成粉末。Cu-Fe-Mn合金粉末的Fe的含量，优选为3.0～7.0质量％。Cu-Fe-Mn合金粉末中的Mn含量越多，雾化时的熔汤的粘性越高，因此制造困难。另外含量过少时，Cu-Fe-Mn合金粉末的调配量变多，不能调配其他的构成粉末。Cu-Fe-Mn合金粉末中的Mn的含量优选为2.0～5.0质量％。

Cu-Zn-Al合金粉末中的Zn含量越多，合金的沸点越降低，熔渗时的Zn的蒸发量变多。此外还成为污损熔渗炉的要因，因此作为在熔渗材中调配的合金粉末，优选尽量减少含量，增多调配量。但是合金中的Zn的含量过少时，则合金粉末的调配量过多，因此Cu-Zn-Al系合金粉末中的Zn的含量优选为10.0～40.0质量％。本发明的熔渗材中的Al作为Cu-Zn-Al系合金粉末调配。在雾化法的熔化工序中，因为Zn蒸发或形成氧化物(脱氧剂的效果)，所以成品率差，但是Al的添加在雾化的熔化温度域比Zn优先被氧化，因此对Zn的成品率改善有效。另外Al的单一元素粉末其粉末表面氧化的进行早，氧化造成的放热大，因此容易发生燃烧反应。另外，由于粉尘爆发的危险性高，所以优选作为合金粉末调配。Cu-Zn-Al系合金粉末中的Al的含量优选为0.1～3.0质量％。

本发明的熔渗材所含的Si的含量为比较少的0.1～0.6质量％，因此相比作为合金粉末调配，以单一元素的粉末进行调配的方法能够进行均匀分散地调配，所以优选。Si在熔渗时形成氧化物，具有防止没有熔渗的Cu对基材粘合的效果，通过以单一元素使之均匀分散在混合粉末中，此效果稳定化。

本发明的熔渗材所含的Cu粉末，如果例如是雾化粉末、还元粉末、以电解法等通常制造的粉末，则对其特性没有任意影响。

调配在本发明的熔渗材中的粉末的粒径优选为1～300μm。若超过300μm，则混合时成为成分偏析的原因。若低于1μm，则处理性变差，另外经济上也高价，因此不为优选。

在本发明的熔渗材中，以成形时改善润滑性为目的而添加润滑剂0.1～1.0质量％。关于润滑剂的种类没有特别规定，例如，能够使用硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸锂、金属皂、EBS系蜡等。

在一般所使用的熔渗法中，作为使基材(Fe基压粉体或烧结体)和熔渗材(Cu基压粉体)接触的状态，在还元气氛内同时加热两者。大体区分，有如下熔渗法：同时进行基材的烧结和熔渗的一段熔渗法；和对于基材先进行一次加热而进行预备烧结，再使熔渗材与该烧结体接触并进行二次加热，从而进行熔渗的二段熔渗法。二段熔渗法在预备加热的阶段，粉末粒子间坚固地结合，因此有着能够得到坚固的骨骼构造这一优点，但为了经济上有利，一般广泛采用的是一段熔渗法。本发明的熔渗材，不用说二段熔渗，在一段熔渗法中也能够得到良好的熔渗特性。以下，更具体地说明本发明的熔渗材的实施例。

本发明的熔渗材用粉末和调配的合金粉末的组成显示在表1中。

作为基材，以成为Fe-1.5质量％Cu-1质量％C的组成的方式，混合雾化Fe粉末、电解Cu粉末、石墨粉末，再添加硬脂酸锌0.8质量％，对于这样的混合粉末13.7g进行成形，使之成为宽12mm×长30mm的方柱状，密度为6.3g/cm³的压粉体。

【实施例】

(实施例1～3和比较例1～2)

作为熔渗材，将通过雾化法制造的Cu-Fe-Mn粉末、Cu-Zn-Al粉末、通过粉碎法制造的Si粉末和通过电解法制造的Cu粉末，按照表1所示的组成这样分别进行调配，再添加作为润滑剂的硬脂酸钙0.8质量％添加，成为混合粉末。这时，在实施例1中，调配Cu-Fe-Mn粉末(Cu/Fe/Mn＝Bal./4.0/2.7质量％)37.5质量％，Cu-Zn-Al粉末(Cu/Zn/Al＝Bal./20/0.2质量％)5.0质量％，在实施例2中，调配Cu-Fe-Mn粉末(Cu/Fe/Mn＝Bal./4.0/3.0质量％)50质量％，Cu-Zn-Al粉末(Cu/Zn/Al＝Bal./15/0.5质量％)10质量％调配，在实施例3中，调配Cu-Fe-Mn粉末(Cu/Fe/Mn＝Bal./7.0/3.2质量％)78.6质量％，Cu-Zn-Al粉末(Cu/Zn/Al＝Bal./20/1.0)10质量％。在比较例1中，调配Cu-Fe-Mn粉末(Cu/Fe/Mn＝Bal./4.0/4.0质量％)12.5质量％，Cu-Zn-Al粉末(Cu/Zn/Al＝Bal./20/2.0质量％)2.5质量％，在比较例2中，调配Cu-Fe-Mn粉末(Cu/Fe/Mn＝Bal./7.0/5.3质量％)57质量％，Cu-Zn-Al粉末(Cu/Zn/Al＝Bal./20/0.7质量％)15.0质量％。

这些熔渗材，是将相对于基材的气孔为80体积％的量的熔渗材成形为宽12mm×长30mm×厚1.5mm的板状。

在作为压粉体的基材之上搭载熔渗材的压粉体，进行一段熔渗。作为熔渗条件，以550℃进行30分钟加热，使压粉体中的润滑剂脱蜡，其后以1110℃加热30分钟。烧结炉内的气氛为，氢对氮为3比1的混合气体气氛。所得到的熔渗体的特性一并显示在表1中。

(比较例3)

作为基材使用与实施例1～3同样的方法制成的压粉体。作为熔渗材，通过雾化法制成表1所述的组成的合金粉末，再添加硬脂酸钙0.8质量％而成为混合粉末，以与实施例1～3同样的方法制成压粉体。通过与实施例1～3同样的方法，对于这些压粉体进行熔渗，所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1～3同样的方法制成的压粉体。作为熔渗材，以成为表1所述的组成的方式调配各单体元素粉末，再添加硬脂酸钙0.8质量％，成为混合粉末，以与实施例1～3同样的方法制成压粉体。以与实施例1～3同样的方法对于这些压粉体进行熔渗，所得到的熔渗体的特性显示在表1中。

【表1】

注)◎：极好(熔渗后残渣立即从熔渗体剥离的状态)

○：良好(用手指剥落，残渣从熔渗体剥离)

×：差(熔渗后，残渣在熔渗体表面牢固附着的状态)

如实施例1～3所示，本发明的熔渗用粉末无论哪个熔渗材，熔渗率都高达94％以上，能够得到高熔渗率，另外含有在基材表面没有熔渗的Cu的残渣在熔渗之后的阶段，成为从熔渗体上剥离的状态，能够得到良好的剥离性。比较例1在熔渗后，作为氧化物而成为残渣的Mn、Zn、Si的含量少，没有熔渗的Cu为粘合在基材表面的状态，熔渗率不能测量。比较例2与比较例1相反，Mn、Zn、Si的含量多，残渣能够从基材容易地剥离，但因为残渣的形成量多，所以熔渗率低至83％。

比较例3是与实施例2相同的成分，不过是单一的合金粉末，熔渗后残渣粘合在基材表面，成为不能测量熔渗率的状态。比较例4是与实施例2相同的成分，不过是单体元素粉末的混合粉末。熔渗后的残渣的剥离性虽然良好，但是与实施例1～3相比，熔渗率低。Cu系熔渗材向Fe系基材的熔渗性，重要的不仅是熔渗材的成分，而且还有使粉末的构成最佳化。

如上详述，本发明的熔渗材其熔渗率高，熔渗材的残渣的剥离性优异。与现有的熔渗材相比熔渗率有所提高，从而能够降低熔渗材的使用量，因此在经济上占优势。另外本发明的熔渗材，由于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此得不到的熔渗体的特性。

【产业上的可利用性】

因为本发明的Cu系熔渗材向Fe系基材的熔渗性优异，所以提高了基材的密度，改善了机械的强度、硬度等。具有将来在要求机械的强度的全部领域中适用的可能性。

Claims

1.一种熔渗用混合粉末，其特征在于，是混合Cu粉末、Si粉末、Cu-Fe-Mn合金粉末和Cu-Zn-Al合金粉末而成的混合粉末，其中，该混合粉末具有如下组成：Fe为1.5～5.5质量％、Mn为1.0～2.5质量％、Zn为1.0～2.0质量％、Al为0.01～0.1质量％、Si为0.1～0.6质量％，余量是Cu。

2.根据权利要求1所述的熔渗用混合粉末，其特征在于，所述Cu-Fe-Mn合金粉末中的Fe的含量为3.0～7.0质量％，Mn的含量为2.0～5.0质量％，该Cu-Fe-Mn合金粉末在所述混合粉末中配合有25.0～90.0质量％。

3.根据权利要求1或2所述的熔渗用混合粉末，其特征在于，所述Cu-Zn-Al合金粉末中的Zn的含量为10.0～40.0质量％，Al的含量为0.1～3.0质量％，该Cu-Zn-Al合金粉末在所述混合粉末中配合有3.0～15.0质量％

4.根据权利要求1～3中任一项所述的熔渗用混合粉末，其特征在于，还含有0.1～1.0质量％的用于改善成形时的润滑性的润滑剂。