CN1032411C - 铝粉压制制品的制造方法 - Google Patents

Abstract

制造铝粉压制件的方法。在氮化之前先于250-400℃进行氟化，使铝粉粒上的钝性氧化物包覆层转变为氟化物层，并由之保护颗粒表面。即使从形成氟化物层到氮化过程相隔较长时间，氟化物层也能保护并保持铝粉表面处于良好状况，防止颗粒表面再形成氧化物层。下一步在450-550℃的氮化过程使氟化物层分解并除去，暴露出活化的表面，在氮化时N原子均匀而深入地分散在铝表面层中，在铝表面层形成厚而均匀的硬氮化物层。所制的压制件具优越强度及坚韧性。

Description

铝粉压制制品的制造方法

本发明涉及用铝粉压制的制品的制造方法。

近年来，利用加热等压压制法(下文简称为H.I.P)制造的铝粉压制件已用作为汽车底盘之类的零件以改进其性能，诸如强度和坚韧性。所述H.I.P法是利用如图3所示意的H.I.P.装置20来进行的。将所要形状(例如，汽车的底盘等零件)的薄金属容器26放在炉21之中。以真空方式将混有钛粉、镁粉等等的铝粉11装入到26之中。借助于注入惰性气体(如氩等)向该金属容器施加100MPa或更大的压力，同时其温度利用加热器25升到高于1000℃，使容器26之内的铝粉11被压制成与该容器相同的形状，从而得到该铝合金制品。图中22和23分别为炉的上下盖。

混有各种金属粉末的铝粉11在以真空方式装入到金属容器26之前，需要将铝粉11的表面上形成的氧化物层除掉。由于此，将混有不同粉末的铝粉11加热。如果与铝粉11相混合的粉末是低熔点的，则在上述加热时该低熔点粉末就会熔化，并且熔化后的物料就附着在铝粉11之上，于是成为除掉上述氧化物层时的阻碍物。这样所引致的问题是由上述H.I.P装置20所得的铝合金制品的强度低、坚韧性和其他性质不良。

因此，本发明的目的是提供一种制造铝粉压制制件的方法，使所得铝合金制品具优良的强度及坚韧性。

为达到上述目的，按本发明的制造铝粉压制制件的方法包括这样的步骤：(1)使铝粉末颗粒在250-400℃加热条件下与含氟或含氟化物气体接触，(2)使经氟化的铝粉末颗粒在450—550℃加热条件下与氮化气体接触，使铝粉末颗粒的表面形成硬的氮化物层，(3)将此经氮化的铝粉末直接进行压制，得到压制制品。

在本发明的制造铝粉压制制品的方法中，铝粉在进行压制过程之前，在250-400℃加热状态与含氟或含氟化物的气体接触，使铝粉表面形成氟化物层，然后使该铝粉在450-550℃加热条件下与氮化气体接触，以除掉该氟化物层，使已清除的部分(该铝粉颗粒的表面层)成为硬的氮化物层。在本发明的制造方法中，由于铝粉颗粒表面在氮化之前经过氟化而清洁及活化，可形成均匀并且深入的氮化物层，该氮化物层很硬，并且具优等耐疲劳性，厚度较大并且均匀。这样，进行压制的铝粉颗粒表面上不形成氧化物层，而形成硬的氮化物层。因此，所得压制件在保持铝的固有坚韧性的同时是均匀致密的，和由于硬化其表面和强化表面硬度，强度特别优越。

在本发明中所用的含氟或含氟化物气体是一种惰性气体，例如N，并含有下列各种氟源的至少一种：诸如NF₃、BF₃、CF₄、HF、SF₆、F₂。从反应性、易于操作及其他性质来考虑，其中以NF₃为优选。

如前所述，在本发明的方法中，将铝粉(单独的或与其他金属如钛、镁的粉末的混合物)在加热条件下(例如，在用NF₃时，250-400℃)与上述含氟或含氟化物的气体进行接触，使铝粉颗粒表面氟化，然后用已知的氮化气体如氨进行氮化(或通过加氮化物进行氮化)。在所述含氟或含氟化物气体中，该氟源组分的含量例如是1000-100000ppm，优选20000-70000ppm，最好30000-50000ppm。铝粉与含氟或含氟化物气体的接触时间可以根据以下情况来选定：铝粉的种类，所混入的粉末，加热温度等等，一般而言，时间是数分种。

参照图1，将铝粉送入设于热处理炉1之中的气体处理室9，使之与含氟或含氟化物气体接触。加热炉1是一种坑式炉，包括外壳2，其内设加热器3，在加热器3之内设置内容器4。排出管6从炉1之外通入到内容器4之内，导气管5通过内容器4并从气体处理室9的下部送入其中，粉末传送管8经由内容器4由气体处理室9的上部通入其中。气体从钢瓶15，16出来，经过流量计17，阀18，送入导气管5。13为真空泵，14为有害物质消除器。

将气体处理室9的内部加热到预定的反应温度，并且将含氟或含氟化物气体，例如NF与N的混合气体通过位于气体导管5末端的气体入口5a而注入。同时，将设于粉末罐7上的开闭阀(未示出)打开，使存在罐7中的铝粉末11进入粉末出口管8，从而使铝粉末通过出口管8末端的粉末出口8a落入气体处理室9。上述的NF₃在250-400℃产生活性的氟，这些氟碰击到铝粉末11的颗粒，除掉颗粒表面上的无机及有机污染物，同时与铝粉末颗粒表面的氧化物，如Al₂O₃、Al(OH)₃发生反应(如下式所表示)，在颗粒表面形成极薄的氟化物层AlF₃。

此等反应使铝粉末11的颗粒表面的氧化物层除去，并且除掉吸附在颗粒表面的0。该氟化物层在没有O₂、H₂、H₂O存在下在低于600℃温度是稳定的，并且防止在铝粉末11的基体物料上形成氧化物和吸附O₂，保持到进行下一步氮化过程为止。另外，在氟化过程中，由于在最初阶段在炉内物料的表面上形成了氟化物层，可以防止由于其后使用含氟或含氟化物气体使炉内物料表面进一步破坏。经适当氟化的铝粉末11贮存在位于气体处理室底部的粉末容器10之中。

然后将贮存于粉末容器10之中的铝粉末11进行氮化处理，处理时使用类似于上述热处理炉1的热处理炉。具体是，在该热处理炉之中的气体处理室内部是加热到450-550℃的氮化温度。在此情况下，将NH₃气或NH₃与一种含碳源(如RX气)的气体的混合气通过导气管末端的气体出口而注入，并且铝粉末11通过粉末传送管而落入，与该气体发生接触，从而上述氟化物层由H或痕量的水所还原或破坏(可由下式代表)，使得铝粉末11颗粒表面的该活性基体形成并暴露出来。

以此方式，所述铝粉末11的活性基体形成，并且同时有活性N原子进入并分散在铝粉末11的颗粒中，结果是在铝粉末11的基体的表面层中形成含AlN的复合层(氮化物层)。

常规的氮化方法可如上述也形成类似的氮化物层。然而，在常规式方法中，该氮化层的表面的活化程度因为在由室温升温至氮化温度时在其上形成氧化物层而降低，和/或因为在该时吸附了O₂而降低，所以N原子在该表面的吸附程度低而不均匀。由于在实际上难于保持在炉中NH₃的分解程度的均匀性，还使上述的不平均性扩大。按照本发明的制造方法，N原子在铝粉末11的每一颗粒表面上的吸附既均匀又迅速，因此可避免上述的问题。

所得的铝粉末11的每一个颗粒其表面层都是薄而均匀的硬质氮化物层A，如图2所示。

然后，应用已知的H.I.P装置20将所得铝粉末11进行压力压制，得到所要形状的铝合金制件。

以此方式，在本发明的制造方法中，在铝粉末11的颗粒表面所形成的氧化物层在进行用H.I.P装置20的压制加工之前已被除掉。因此，混有不同粉末的铝粉末11不再需要加热，所以即使在该铝粉末11中混合有低熔点的粉末，所得的压制制件仍具有优等机械性质，例如均匀和高致密，和强度及坚韧性，特别是由于铝粉末11的颗粒表面层包含硬的氮化物层，所以具优等强度。

如上所述，按本发明制造铝粉末压制制件的方法中，在氮化过程之前进行氟化过程，使得铝粉末颗粒上的钝性的包覆层，如氧化物层，转变为氟化物层，并由之保护铝粉末的颗粒表面。因此，即使在铝粉颗粒上形成氟化物层到氮化过程之间要隔较长时间，该氟化物层也能保护并保持铝粉末的表面处于良好状况，可以防止在颗粒表面再形成氧化物层。在下一步的氮化过程中，该氟化物层分解并被除去，使铝粉末的颗粒表面暴露出来。由于暴露出的铝粉末颗粒表面是活化的，在氮化过程中N原子处于易于分散的状况，于是它们均匀而深入地分散在铝粉末的表面层中。由于此，在铝粉末的表面层形成较厚而均匀的硬的氮化物层。因此，所制成的压制制件具优越机械性质，例如均匀和高致密，和强度及坚韧性。

图1是本发明一个实施例中所用的热处理炉的剖面示意图。

图2是在铝粉末颗粒表面所形成的氮化物层情况的剖面图。

图3是H.I.P装置的示意图。

下文通过一个实施例来描述本发明。

实施例

铝粉先经过三氯乙烷洗涤，然后在图1所示的热处理炉1中于300℃与含5000ppmNF₃的N₂气氛接触数分钟。然后，将该铝粉末在该热处理炉1中于530℃用含50％NH₃＋50％N₂的混合气体进行氮化数分钟，然后用空气冷却并从炉1中取出。该铝粉末颗粒上所得氮化物层的厚度为5-10μm，该氮化物层的表面硬度为1900-2100Hv。此硬度比用常规氮化方法所得者要高得多。然后，经过氮化的铝粉末按前述在该H.I，P装置中加工，得到所要形状的铝合金制件。所得的铝合金制件与采用常规技术者相比较，具有更优越的强度及坚韧性。

Claims (1)

1.一种由铝粉末制造压制制件的方法，该方法包括以下步骤：

(1)使铝粉末颗粒在250-400℃加热条件下与含氟或含氟化物气体接触；

(2)使经氟化的铝粉末颗粒在450-550℃加热条件下与氮化气体接触，使铝粉末颗粒的表面形成硬的氮化物层；

(3)将此经氮化的铝粉末直接进行压制，得到压制的制品。

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