CN104325130A - 一种防腐蚀铜基粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防腐蚀铜基粉末冶金材料及其制备方法，粉末冶金材料包括以下组分：铜粉，氧化铜粉，铝粉，二氧化硅，氧化镍粉，硬脂酸锌，聚乙烯醇，聚丙烯酰胺和硅酸钙；制备方法为将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙于混合搅拌机中搅拌混合均匀，加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在一定温度下搅拌混合，送入压机，通过模具初压成形得到压坯；再将压坯送入烧结炉，先在真空条件下升温至150-200℃，烧结200-300分钟；然后升温至800-900℃，烧结150-240分钟，再降温至180-200℃，使用水蒸汽熏蒸20-30分钟，降至室温。本发明提供的防腐蚀铜基粉末冶金材料具有优良的防腐性能。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种防腐蚀铜基粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。
粉末冶金具有以下特点：
(1)粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料(如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等)具有重要的作用。
(2)可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。
(3)可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。
(4)可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
(5)可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。
(6)可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。
目前粉末冶金技术已经被广泛应用，其中以铜基粉末冶金材料技术已经发展并应用多年，但是铜基粉末冶金材料存在抗拉强度不高，伸长率较低，对于该材料的应用起到一定的限制作用，同时，随着工业化的发展，对材料的性能要求越来越高，因此，开发一种能够应用更广泛的高性能材料迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种防腐蚀铜基粉末冶金材料及其制备方法，提高耐腐蚀性能，提升伸长率以及抗拉强度。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉30-40份，氧化铜粉3-8份，铝粉10-20份，二氧化硅5-10份，氧化镍粉5-10份，硬脂酸锌2-5份，聚乙烯醇3-8份，聚丙烯酰胺1-5份，硅酸钙3-6份。
所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料，可以优选为以重量组分计包括：铜粉33-37份，氧化铜粉5-7份，铝粉15-18份，二氧化硅6-8份，氧化镍粉8-10份，硬脂酸锌3-5份，聚乙烯醇5-7份，聚丙烯酰胺2-5份，硅酸钙4-6份。
一种以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在50-60℃条件下搅拌30-50分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.002-0.005MPa的条件下升温至150-200℃，烧结200-300分钟；然后升温至800-900℃，烧结150-240分钟，再降温至180-200℃，使用水蒸汽熏蒸20-30分钟，降至室温。
所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，步骤一中混合搅拌均匀的搅拌速度可以为150-180转/分钟，搅拌20-30分钟。
所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，步骤二中初压成形的压力可以为820-860MPa。
所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，步骤三中升温至150-200℃的升温速度可以为15-20℃/分钟，升温至800-900℃的升温速度可以为10-15℃/分钟。
所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，步骤三中降温至180-200℃的降温速度可以为20-30℃/分钟。
本发明提供的防腐蚀铜基粉末冶金材料具有良好的抗拉强度与伸长率，其中抗拉强度达到了368MPa以上，伸长率达到了7.12％以上，同时防腐性能优越，在相对湿度80％，温度60℃的条件下1000h材料表面无变化。
具体实施方式
实施例1
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉30份，氧化铜粉3份，铝粉10份，二氧化硅5份，氧化镍粉5份，硬脂酸锌2份，聚乙烯醇3份，聚丙烯酰胺1份，硅酸钙3份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为150转/分钟，搅拌20分钟，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在50℃条件下搅拌30分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为820MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.002MPa的条件下升温至150℃，升温速度为15℃/分钟，烧结200分钟；然后升温至800℃，升温速度为10℃/分钟，烧结150分钟，再降温至180℃，降温速度为20℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸20分钟，降至室温。
实施例2
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉33份，氧化铜粉5份，铝粉15份，二氧化硅6份，氧化镍粉8份，硬脂酸锌3份，聚乙烯醇5份，聚丙烯酰胺2份，硅酸钙4份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为160转/分钟，搅拌25分钟，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在53℃条件下搅拌38分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为830MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.003MPa的条件下升温至160℃，升温速度为16℃/分钟，烧结220分钟；然后升温至830℃，升温速度为12℃/分钟，烧结180分钟，再降温至185℃，降温速度为23℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸25分钟，降至室温。
实施例3
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉35份，氧化铜粉6份，铝粉17份，二氧化硅7份，氧化镍粉9份，硬脂酸锌4份，聚乙烯醇6份，聚丙烯酰胺4份，硅酸钙5份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为160转/分钟，搅拌28分钟，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在55℃条件下搅拌40分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为850MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.004MPa的条件下升温至180℃，升温速度为18℃/分钟，烧结250分钟；然后升温至860℃，升温速度为12℃/分钟，烧结190分钟，再降温至195℃，降温速度为25℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸26分钟，降至室温。
实施例4
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉37份，氧化铜粉7份，铝粉18份，二氧化硅8份，氧化镍粉10份，硬脂酸锌5份，聚乙烯醇7份，聚丙烯酰胺5份，硅酸钙6份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为180转/分钟，搅拌23分钟，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在60℃条件下搅拌45分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为850MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.004MPa的条件下升温至180℃，升温速度为20℃/分钟，烧结270分钟；然后升温至880℃，升温速度为15℃/分钟，烧结220分钟，再降温至196℃，降温速度为27℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸28分钟，降至室温。
实施例5
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉40份，氧化铜粉8份，铝粉20份，二氧化硅10份，氧化镍粉10份，硬脂酸锌5份，聚乙烯醇8份，聚丙烯酰胺5份，硅酸钙6份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为180转/分钟，搅拌30分钟，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在60℃条件下搅拌50分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为860MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.005MPa的条件下升温至200℃，升温速度为20℃/分钟，烧结300分钟；然后升温至900℃，升温速度为15℃/分钟，烧结240分钟，再降温至200℃，降温速度为30℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸30分钟，降至室温。
对照例
一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，以重量组分计包括：铜粉35份，氧化铜粉6份，铝粉17份，二氧化硅7份，氧化镍粉9份，硬脂酸锌4份，硅酸钙5份。
以上所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，其中搅拌速度为160转/分钟，搅拌28分钟，然后在55℃条件下搅拌40分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，压力为850MPa，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.004MPa的条件下升温至180℃，升温速度为18℃/分钟，烧结250分钟；然后升温至860℃，升温速度为12℃/分钟，烧结190分钟，再降温至195℃，降温速度为25℃/分钟，使用水蒸汽熏蒸26分钟，降至室温。
对以上实施例制备得到的防腐蚀铜基粉末冶金材料进行性能测试，结果如下:
| 项目 | 抗拉强度/MPa | 伸长率/％ | 防腐性(相对湿度80％，温度60℃，1000h) |
| 实施例1 | 368 | 7.12 | 表面无变化 |
| 实施例2 | 385 | 7.35 | 表面无变化 |
| 实施例3 | 413 | 7.36 | 表面无变化 |
| 实施例4 | 389 | 7.29 | 表面无变化 |
| 实施例5 | 376 | 7.30 | 表面无变化 |
| 对照例 | 288 | 6.85 | 表面有明显腐蚀 |
从以上试验结果可以得出，本发明提供的防腐蚀铜基粉末冶金材料具有良好的抗拉强度与伸长率，其中抗拉强度达到了368MPa以上，伸长率达到了7.12％以上，同时防腐性能优越，在相对湿度80％，温度60℃的条件下1000h材料表面无变化。从以上可以看出，实施例3中制备得到的材料性能更为优越，因此可以作为最有实施例。
对照例是在实施例3的基础上没有加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，其他过程与实施例3相同，可以看出，材料的抗拉强度与伸长率有了明显下降，同时防腐性能变差，因此说明这两种组分的加入起到了很好的防腐性能，同时增强了材料的抗拉强度与伸长率。
Claims (7)
1.一种防腐蚀铜基粉末冶金材料，其特征在于，以重量组分计包括：铜粉30-40份，氧化铜粉3-8份，铝粉10-20份，二氧化硅5-10份，氧化镍粉5-10份，硬脂酸锌2-5份，聚乙烯醇3-8份，聚丙烯酰胺1-5份，硅酸钙3-6份。
2.根据权利要求1所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料，其特征在于，以重量组分计包括：铜粉33-37份，氧化铜粉5-7份，铝粉15-18份，二氧化硅6-8份，氧化镍粉8-10份，硬脂酸锌3-5份，聚乙烯醇5-7份，聚丙烯酰胺2-5份，硅酸钙4-6份。
3.一种权利要求1或2所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将铜粉、氧化铜粉、铝粉、二氧化硅、氧化镍粉、硬脂酸锌和硅酸钙加入到混合搅拌机中，搅拌混合均匀，然后加入聚乙烯醇和聚丙烯酰胺，在50-60℃条件下搅拌30-50分钟，得到混合物料一；
步骤二，将混合物料一送入压机，通过模具初压成形，得到压坯；
步骤三，将压坯送入烧结炉，先在真空度为0.002-0.005MPa的条件下升温至150-200℃，烧结200-300分钟；然后升温至800-900℃，烧结150-240分钟，再降温至180-200℃，使用水蒸汽熏蒸20-30分钟，降至室温。
4.根据权利要求3所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，步骤一中混合搅拌均匀的搅拌速度为150-180转/分钟，搅拌20-30分钟。
5.根据权利要求3所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，步骤二中初压成形的压力为820-860MPa。
6.根据权利要求3所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中升温至150-200℃的升温速度为15-20℃/分钟，升温至800-900℃的升温速度为10-15℃/分钟。
7.根据权利要求3所述的防腐蚀铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，步骤三中降温至180-200℃的降温速度为20-30℃/分钟。
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