CN103509985B - 合金及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出了合金及其制备方法和应用。其中合金包含：11～20重量份的铜；30～50重量份的铁；45～55重量份的锰；0～5重量份的镍；以及0～5重量份的钼。该合金具有良好的尺寸稳定，同时力学性能和无磁性能均可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，替代无磁钢铸造材料使用，可显著降低成本。

Description

合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及材料领域。具体而言，本发明涉及一种合金及其制备方法和应用。

背景技术

工业上常用的无磁钢材料是铁锰合金，同时可能含有小于5重量%的少量铜，通常采用铸造法制备，但这种方法效率相对较低，产品尺寸稳定性较差，而且当铜含量大于5重量%时，铸造法无法实现完全固溶，产品质量也会因此不稳定。如果采用粉末冶金技术来制备相同成分的铁锰合金无磁钢材料，必须要采用粉末冶金真空烧结等技术，这也相应地会增加生产成本。

因而，无磁钢合金的制备方法还有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有合金及其制备方法以及其应用，该合金与其它普通铸造无磁钢材料相比具有良好的尺寸稳定特点，同时力学性能和无磁性能均可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，其制备方法简单可行，替代原有无磁钢铸造材料，显著降低生产成本。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种合金，该合金包含：11～20重量份的铜；30～50重量份的铁；45～55重量份的锰；0～5重量份的镍；以及0～5重量份的钼。由此使得该合金含有该含量范围内的铜能够保证该合金具有良好的力学性能和无磁性的特点，同时降低该合金的制造成本。该合金还具有良好的尺寸稳定特点，同时力学性能和无磁性能符合使用要求。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述合金的方法，该方法包括：提供预定比例的铜、铁、锰、镍和钼以便得到金属粉末混合物，其中，所述铜、铁、锰、镍和钼以金属单质粉末的形式提供的；将所述金属粉末混合物与成型剂混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行加压成型，以便获得压制毛坯；将所述压制毛坯进行烧结处理，以便获得所述合金。

利用本发明实施例的制备合金的方法是一种低成本的粉末冶金制备方法，该方法不仅可以充分利用粉末冶金技术在大批量制造中的优势，批量产品质量一致性良好，同时力学性能和无磁性能均可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，与普通铸造无磁钢材料相比可以提高生产效率，显著降低制造成本。

另外，根据本发明上述实施例的制备合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，基于100重量份的所述金属粉末混合物，所述成型剂的用量为1～2重量份，优选1.2重量份。由此可以提高合金的制备效率以及合金制量。

根据本发明的实施例，所述成型剂为选自硬脂酸锌、硬脂酸、KP11、石蜡的至少一种或多种组合。由此可以进一步提高合金的成型率，进而提高产品的尺寸稳定性。

根据本发明的实施例，所述金属单质粉末的粒度为不大于150微米。由此可以进一步提高制备效率以及合金的质量。

根据本发明的实施例，所述加压成型是在500～700MPa压力下进行的。由此可以进一步提高压制效率，以及进一步提高合金的力学性能。

根据本发明的实施例，所述烧结处理是在分解氨气气氛中进行的，并且包括以下步骤：将所述毛坯加热升温至950～1150摄氏度，并保温1个小时；然后将所述毛坯降温至700～800摄氏度，并保温1个小时；以及将所述毛坯自然降温至200摄氏度以下。由此在该条件下对压制毛坯进行烧结处理，更加有助于奥氏体组织的形成，进而可以进一步提高合金的力学性能。

根据本发明的实施例，所述升温的速度为5～10摄氏度每分钟，所述降温的速度为5～8摄氏度每分钟。由此可以进一步提高制备得到合金综合性能。

在本发明的三个方面，本发明提出了一种电机平衡块，该电机平衡块由上述的合金制成。由此使得该电机平衡块具有无磁性，成本低，尺寸、性能稳定等特点，进而可以满足电机和电器对电机平衡块的使用要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的制备合金方法制备得到的合金的金相照片。

图2是根据本发明一个实施例的制备合金方法制备得到的合金的金相照片。

图3是根据本发明一个实施例的制备合金方法制备得到的合金的金相照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，下面的描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种合金，该合金可以包含：11～20重量份的铜；30～50重量份的铁；45～55重量份的锰；0～5重量份的镍；以及0～5重量份的钼。合金中的铜含量适中，发明人发现若铜含量低于5重量%，则难以保证合金的力学性能要求，因此该合金不能满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求；若铜含量高于20重量%，合金的成本将大幅度增加，由此，该含量范围内的铜能够保证该合金具有良好的力学性能和无磁性的特点，同时降低该合金的制造成本。该合金还具有良好的尺寸稳定特点，同时力学性能和无磁性能均可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，其制备方法简单可行，替代原有无磁钢铸造材料，显著降低生产成本。

根据本发明的具体实施例，上述合金的组分含量单位为重量份，也可以理解为重量百分比，此时的以各组分的重量百分比之和应为1。

在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备上述合金的方法，该方法包括：提供预定比例的铜、铁、锰、镍和钼以便得到金属粉末混合物，其中，所述金属粉末的以单质形式提供的；将所述金属粉末混合物与成型剂混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行加压成型，以便获得压制毛坯；将所述压制毛坯进行烧结处理，以便获得所述合金。

利用本发明实施例的制备合金的方法是一种低成本的粉末冶金制备方法，该方法不仅可以充分利用粉末冶金技术在大批量制造中的优势，批量产品质量一致性良好，同时力学性能和无磁性能均可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，与普通铸造无磁钢材料相比可以提高生产效率，显著降低制造成本。

根据本发明的具体实施例，上述金属单质粉末的粒度为不大于150微米。由此可以进一步提高制备得到合金产品的质量。

根据本发明的具体实施例，基于100重量份的所述金属粉末混合物，成型剂的用量为1～2重量份，优选1.2重量份。由此可以提高压制毛坯的成型率以及合金制量，成型剂在烧结处理过程中脱除。根据本发明的具体实施例，上述成型剂并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，上述成型剂可以选自硬脂酸锌、硬脂酸、KP11、石蜡的至少一种或多种组合。由此可以进一步提高压制毛坯的成型率，由此可以进一步提高制备得到合金产品的尺寸稳定性。

根据本发明的具体实施例，将上述金属粉末混合物进行压制的条件并不受特别限制，根据本发明的具体示例，上述加压成型可以在500～700MPa压力下进行。由此在该条件下将含有成型剂的金属粉末混合物压制成压制毛坯，可以进一步提高压制毛坯的成型率，以便保证产品合金的外观尺寸稳定性。

根据本发明的一个实施例，将上述压制得到的压制毛坯进行烧结处理，根据本发明的具体实施例，烧结处理是在分解氨气气氛中进行的，并且包括以下步骤：将毛坯加热升温至950～1150摄氏度，并保温1个小时；然后将毛坯降温至700～800摄氏度，并保温1个小时；以及将毛坯自然降温至200摄氏度以下。由此在该条件下对压制毛坯进行烧结处理，更加有助于奥氏体组织的形成，进而可以进一步提高合金的力学性能。

根据本发明的具体实施例，烧结处理过程中工的升温的速度为5～10摄氏度每分钟，降温的速度为5～8摄氏度每分钟。由此可以更加利于压制毛坯内部奥氏体组织的形成，以便进一步提高合金产品的综合性能。

因此，综上所述，根据本发明上述实施例方法制备得到的合金具有稳定可靠的外观尺寸、优良的无磁性能以及适中的力学性能，并且该方法能够显著降低制造成本，简单可行，批量生产的产品质量一致性良好，因此更加适于大规模产业化生产。制得的合金可满足电机和电器制造业对无磁材料的使用要求，替代原有无磁钢铸造材料，显著降低成本。

在本发明的三个方面，本发明提出了一种电机平衡块，该电机平衡块由上述的合金制成。由此使得该电机平衡块具有无磁性，成本低，尺寸、性能稳定等特点，进而可以满足电机和电器对电机平衡块的使用要求。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

制备一种压缩机电机用粉末冶金无磁材料，各组分质量百分比为：11重量%的铜，40重量%的铁，45重量%锰，1重量%的镍，3重量%的钼。

制备工艺包括如下步骤：称量11公斤铜粉，40公斤铁粉，45公斤锰粉，1公斤镍粉，3公斤钼粉，添加1.2公斤KP11成型剂，置于V型混料机中混料时间60分钟后；在钢模中压制毛坯，压制压力500MPa，保压时间2秒；在分解氨气氛环境中，以每分钟5～10摄氏度的加热速度将压制毛坯从室温均匀加热到1150摄氏度保温1小时后，随炉冷却至700～800摄氏度保温1小时，然后随炉冷却至200摄氏度以下出炉，得到粉末冶金无磁材料。随炉冷却速度控制在每分钟5～8摄氏度。

本实施例制备的粉末冶金无磁材料的性能：密度6.90g/cm³，硬度65～80HRB,拉伸强度220～260MPa，抗弯强度550～600MPa，冲击韧性5～6J/cm²，相对磁导率μ≤1.05，产品外观尺寸良好，可以完全满足无磁材料的使用要求。

采用本实施例制备的空调压缩机用无磁电机平衡块与普通铸造无磁钢平衡块性能对比结果：

因此，根据本发明实施例方法制备得到合金显著降低成本，且上述评价指标的结果均能够达到普通铸造无磁钢的性能，能够满足压缩机对无磁电机平衡块的使用要求。

实施例2

制备一种压缩机电机用粉末冶金无磁材料，各组分质量百分比为：15重量%的铜，30重量%的铁，50重量%锰，3重量%的镍，2重量%的钼。

制备工艺包括如下步骤：称量15公斤铜粉，30公斤铁粉，50公斤锰粉，3公斤镍粉，2公斤钼粉，添加1.2公斤成型剂（其中0.6公斤KP11、0.6公斤硬脂酸锌），置于V型混料机中混料时间60分钟；在钢模中压制毛坯，压制压力600MPa，保压时间2秒；在分解氨气氛环境中，以每分钟5～10摄氏度的加热速度将压制毛坯从室温均匀加热到1050摄氏度保温1小时后，随炉冷却至700～800摄氏度保温1小时，然后随炉冷却至200摄氏度以下出炉，得到粉末冶金无磁材料。随炉冷却速度控制在每分钟5-8摄氏度。

本实施例制备的粉末冶金无磁复合材料的性能：密度7.00g/cm³，硬度75～90HRB,拉伸强度250～290MPa，抗弯强度600～680MPa，冲击韧性6～7J/cm²，相对磁导率μ≤1.05，产品外观尺寸良好，可以完全满足无磁材料的使用要求。

采用本实施例制备的空调压缩机用无磁电机平衡块与普通铸造无磁钢平衡块性能对比结果：

因此，根据本发明实施例方法制备得到合金显著降低成本，且上述评价指标的结果均能够达到普通铸造无磁钢的性能，能够满足压缩机对无磁电机平衡块的使用要求。

实施例3

制备一种压缩机电机用粉末冶金无磁材料，各组分质量百分比为：20重量%的铜，30重量%的铁，45重量%锰，4重量%的镍，1重量%的钼。

制备工艺包括如下步骤：称量20公斤铜粉，30公斤铁粉，45公斤锰粉，4公斤镍粉，1公斤钼粉，添加1.2公斤成型剂（其中0.3公斤KP11、0.9公斤石蜡），置于V型混料机中混料时间90分钟；在钢模中压制毛坯，压制压力700MPa，保压时间2秒；在分解氨气氛环境中，以每分钟5-10摄氏度的加热速度将压制毛坯从室温均匀加热到950摄氏度保温1小时后，随炉冷却至700～800摄氏度保温1小时，然后随炉冷却至200摄氏度以下出炉，得到粉末冶金无磁材料。随炉冷却速度控制在每分钟5-8摄氏度。

本实施例制备的粉末冶金无磁材料的性能：密度7.08g/cm³，硬度75～90HRB,拉伸强度280～320MPa，抗弯强度650-720MPa，冲击韧性7～8J/cm²，相对磁导率μ≤1.05，产品外观尺寸良好，可以完全满足无磁材料的使用要求。

采用本实施例制备的空调压缩机用无磁电机平衡块与普通铸造无磁钢平衡块性能对比结果：

因此，根据本发明实施例方法制备得到合金显著降低成本，且上述评价指标的结果均能够达到普通铸造无磁钢的性能，能够满足压缩机对无磁电机平衡块的使用要求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制；本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种合金，其特征在于，由下列组分组成：

11～20重量份的铜；

30～50重量份的铁；

45～55重量份的锰；

1～5重量份的镍；以及

1～5重量份的钼，

所述合金中各组分的重量份之和为100重量份。

2.一种制备权利要求1所述合金的方法，其特征在于，包括：

提供预定比例的铜、铁、锰、镍、钼以便得到金属粉末混合物，其中，所述铜、铁、锰、镍、钼是以金属单质粉末的形式提供的；

将所述金属粉末混合物与成型剂混合，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行加压成型，以便获得压制毛坯；

将所述压制毛坯进行烧结处理，以便获得所述合金。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于100重量份的所述金属粉末混合物，所述成型剂的用量为1～2重量份。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于100重量份的所述金属粉末混合物，所述成型剂的用量为1.2重量份。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成型剂为选自硬脂酸锌、硬脂酸、KP11、石蜡的至少一种。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属单质粉末的粒度为不大于150微米。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加压成型是在500～700MPa压力下进行的。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述烧结处理是在分解氨气气氛中进行的，并且包括以下步骤：

将所述毛坯加热升温至950～1150摄氏度，并保温1个小时；

然后将所述毛坯降温至700～800摄氏度，并保温1个小时；以及

将所述毛坯自然降温至200摄氏度以下。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述升温的速度为5～10摄氏度每分钟，所述降温的速度为5～8摄氏度每分钟。

10.一种电机平衡块，其特征在于，是由权利要求1所述的合金制成的。

11.一种压缩机，其特征在于，包含权利要求10所述的电机平衡块。