CN104328366A - 铁基复合材料及其制备方法 - Google Patents

铁基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基复合材料及其制备方法,该复合材料含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉4~12%、粒度为50~80μm的铅粉1~2%、粒度为70~100μm的硼化钛1~8%、粒度为20~200μm的氧化铝1~2%、粒度为4~50μm的硫化银3~7%、粒度为7~80μm的熔渣剂6~10%、粒度为15~60μm的过氧化钠20~30%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。制备方法:将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,过200目筛,烘干;在600~700MPa的压力下压制成型;烧结,烧结温度为300~400℃,压力为2~3MPa,保温时间为30~40min;冷却至15~30℃。本发明的布氏硬度为90.6~98.9,摩擦力为70.9~72.6N,硬度较强,耐摩擦性能优异。

Description

铁基复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明属于冶金复合材料领域,尤其涉及一种铁基复合材料及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。由于粉末冶金技术的优点,它已成为解决新材料问题的钥匙,在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
    复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。现有技术的铁基复合材料中由于添加了其他硬度较低的成分,所以其硬度不高,而且容易磨损。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种铁基复合材料及其制备方法,复合材料的硬度较强,耐摩擦性能优异。
为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉4~12%、粒度为50~80μm的铅粉1~2%、粒度为70~100μm的硼化钛1~8%、粒度为20~200μm的氧化铝1~2%、粒度为4~50μm的硫化银3~7%、粒度为7~80μm的熔渣剂6~10%、粒度为15~60μm的过氧化钠20~30%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
作为对本发明的进一步改进,铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:铜粉8%、铅粉1.5%、硼化钛5%、氧化铝1.5%、硫化银6%、熔渣剂7%、过氧化钠25%、其余为铁粉。
作为对本发明的进一步改进,熔渣剂为粉煤灰或二氧化硅。
上述铁基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min。
(4)冷却至15~30℃。
    作为对本发明的进一步改进,步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
作为对本发明的进一步改进,步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
    原理:低温反应,不产生有害界面反应。高温时熔渣剂的熔渣效果虽好但是会产生有害的界面反应且熔渣剂本身对炉壁有腐蚀性,因此本发明采用较低的温度制备冶金粉末,低温时反应不完全,加入了大量的过氧化钠,过氧化钠和熔渣剂反应,一方面减少熔渣剂对炉壁的腐蚀,另一方面促进各组分充分反应,从而制得各方面性能优异的复合材料。
有益效果
    本发明的布氏硬度为90.6~98.9,摩擦力为70.9~72.6N,硬度较强,耐摩擦性能优异。
具体实施方式
    下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍,但不局限于此。
实施例1
铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉8%、粒度为50~80μm的铅粉1.5%、粒度为70~100μm的硼化钛5%、粒度为20~200μm的氧化铝1.5%、粒度为4~50μm的硫化银6%、粒度为7~80μm的熔渣剂7%、粒度为15~60μm的过氧化钠25%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
熔渣剂为二氧化硅。
上述铁基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min。
(4)冷却至15~30℃。
    步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
实施例2
铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉4%、粒度为50~80μm的铅粉1%、粒度为70~100μm的硼化钛1%、粒度为20~200μm的氧化铝1%、粒度为4~50μm的硫化银3%、粒度为7~80μm的熔渣剂6%、粒度为15~60μm的过氧化钠20%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
熔渣剂为粉煤灰。
上述铁基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min。
(4)冷却至15~30℃。
步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
实施例3
铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉12%、粒度为50~80μm的铅粉2%、粒度为70~100μm的硼化钛8%、粒度为20~200μm的氧化铝2%、粒度为4~50μm的硫化银7%、粒度为7~80μm的熔渣剂10%、粒度为15~60μm的过氧化钠30%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
熔渣剂为二氧化硅。
上述铁基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min。
(4)冷却至15~30℃。
步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
实施例4
铁基复合材料,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉6%、粒度为50~80μm的铅粉1.2%、粒度为70~100μm的硼化钛3%、粒度为20~200μm的氧化铝1.3%、粒度为4~50μm的硫化银4%、粒度为7~80μm的熔渣剂7%、粒度为15~60μm的过氧化钠22%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
熔渣剂为粉煤灰。
上述铁基复合材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min。
(4)冷却至15~30℃。
步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
对比例1
    与实施例1相同,不同在于:不加过氧化钠。
性能测试试验
    材料的硬度:将材料放入HB-3000B布氏硬度试验机上,加载重量为500kg,压头为硬质合金钢球,直径为10mm,保压30s,测试硬度。
    材料的耐磨擦性能:将材料放在MMW-1型磨擦磨损试验机上,干磨擦旋转运动,采用小指推圈磨擦副试验方法,对偶材料为45钢淬火钢环,硬度为50HRC,主轴转速为250r/min,载荷为40N,时间为10min。
    测试结果见下表1。
表1
  实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1
布氏硬度 98.9 90.6 91.3 97.6 63.2
摩擦力N 72.6 71.6 70.9 71.6 39.0
结论:对比例1未添加过氧化钠,反应不完全,最终制得的复合材料的硬度和耐摩擦性能明显不如本发明。而本发明的布氏硬度为90.6~98.9,摩擦力为70.9~72.6N,因此,本发明的硬度较强,耐摩擦性能优异。

Claims (6)

1.铁基复合材料,其特征在于,含有以下质量百分含量的组分:粒度为20~30μm的铜粉4~12%、粒度为50~80μm的铅粉1~2%、粒度为70~100μm的硼化钛1~8%、粒度为20~200μm的氧化铝1~2%、粒度为4~50μm的硫化银3~7%、粒度为7~80μm的熔渣剂6~10%、粒度为15~60μm的过氧化钠20~30%、其余是粒度为20~30μm的铁粉。
2.根据权利要求1所述的铁基复合材料,其特征在于含有以下质量百分含量的组分,铜粉8%、铅粉1.5%、硼化钛5%、氧化铝1.5%、硫化银6%、熔渣剂7%、过氧化钠25%、其余为铁粉。
3.根据权利要求1所述的铁基复合材料,其特征在于,熔渣剂为粉煤灰或二氧化硅。
4.基于权利要求1所述的铁基复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后,经过GB6003规定的200目筛,然后烘干;
(2)在600~700MPa的压力下压制成型;
(3)烧结,烧结温度为300~400℃,烧结压力为2~3MPa,保温时间为30~40min;
(4)冷却至15~30℃。
5.根据权利要求4所述的铁基复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(1)烘干温度为155~165℃,烘干时间1~2h。
6.根据权利要求4所述的铁基复合材料的制备方法,其特征在于,步骤(3)烧结温度为350℃,保温时间为35min。
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