CN104384495B - 一种铜基粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铜基粉末冶金材料及其制备方法，铜基粉末冶金材料的原料包括：铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、硬脂酸锌、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯。其制备方法为先将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，再加入硬脂酸锌；将混合物料初压，所得毛坯件经烧结成半成品件；半成品件冷却后浸入机油处理；处理后的半成品件经过复压复烧后，再用冷水进行冷却；所得制品进行蒸汽处理，即得。本发明的铜基粉末冶金材料物理性能和防锈性能明显有所提高，进一步扩大了材料的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金材料制备方法技术领域，具体涉及一种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
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种铜基粉末冶金材料及其制备方法，该铜基粉末冶金材料的物理性能和防锈性能明显提高，进一步扩大了材料的应用范围
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉20～35份，氧化铜粉15～28份，石墨5～12份，镍粉2～8份，钼粉3～9份，铬粉1～7份，硬脂酸锌3～10份，二氧化硅2～9份，聚乙烯醇0.5～3.8份，聚丙烯酰胺1.7～4.5份，对羟基苯甲酸甲酯2～8份，聚碳酸酯1～12份。
作为上述发明的进一步改进，所述铜粉和氧化铜粉的粒度为35～50μm。
作为上述发明的进一步改进，所述镍粉、钼粉和铬粉的粒度为15～25μm。
作为上述发明的进一步改进，所述铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉29份，氧化铜粉24份，石墨8份，镍粉5份，钼粉7份，铬粉4份，硬脂酸锌6份，二氧化硅5份，聚乙烯醇2.2份，聚丙烯酰胺3.5份，对羟基苯甲酸甲酯4份，聚碳酸酯9份。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在55～70℃条件下搅拌30～50min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，烧结成半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入机油中处理；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，并再次进行烧结后，用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品进行蒸汽处理，即得。
作为上述发明的进一步改进，所述步骤4中机油温度为75～92℃，浸油时间为15～40min。
作为上述发明的进一步改进，所述步骤5中复压压力为600～980MPa，烧结温度为800～1300℃，烧结时间为25～55min。
作为上述发明的进一步改进，所述步骤6中蒸汽处理步骤的温度为500～900℃，处理时间为4～7h。
本发明通过在铜基粉末冶金材料原料中引入对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯，提高了材料的物理性能和防锈性能，进一步扩大了材料的应用范围。本发明的铜基粉末冶金材料拉伸强度达到了615MPa以上，伸长率达到了5.2-5.4％，硬度(HRB)达到了82以上，防腐性能在相对湿度80％，温度60℃的条件下1200h表面无变化。
具体实施方式
实施例1
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉20份，氧化铜粉15份，石墨5份，镍粉2份，钼粉3份，铬粉1份，硬脂酸锌3份，二氧化硅2份，聚乙烯醇0.5份，聚丙烯酰胺1.7份，对羟基苯甲酸甲酯2份，聚碳酸酯1份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为35μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为15μm。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在55℃条件下搅拌55min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，初压压力为700MPa，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，800℃烧结35min，得半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入75℃机油中处理40min；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，复压压力为600MPa，并再次进行烧结，烧结温度为800℃，烧结时间为55min，然后用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品先用500℃过饱和水蒸汽处理7h，即得。
实施例2
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉27份，氧化铜粉22份，石墨8份，镍粉5份，钼粉4份，铬粉3份，硬脂酸锌6份，二氧化硅4份，聚乙烯醇2.3份，聚丙烯酰胺3.6份，对羟基苯甲酸甲酯6份，聚碳酸酯9份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为40μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为20μm。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在60℃条件下搅拌40min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，初压压力为800MPa，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，700℃烧结50min，得半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入80℃机油中处理35min；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，复压压力为700MPa，并再次进行烧结，烧结温度为900℃，烧结时间为40min，然后用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品先用700℃过饱和水蒸汽处理6h，即得。
实施例3
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉29份，氧化铜粉24份，石墨8份，镍粉5份，钼粉7份，铬粉4份，硬脂酸锌6份，二氧化硅5份，聚乙烯醇2.2份，聚丙烯酰胺3.5份，对羟基苯甲酸甲酯4份，聚碳酸酯9份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为40μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为25μm。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在60℃条件下搅拌45min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，初压压力为900MPa，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，900℃烧结20min，得半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入85℃机油中处理25min；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，复压压力为700MPa，并再次进行烧结，烧结温度为1100℃，烧结时间为35min，然后用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品先用800℃过饱和水蒸汽处理6h，即得。
实施例4
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉33份，氧化铜粉26份，石墨10份，镍粉6份，钼粉8份，铬粉6份，硬脂酸锌5份，二氧化硅3份，聚乙烯醇1.7份，聚丙烯酰胺2.5份，对羟基苯甲酸甲酯6份，聚碳酸酯9份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为35μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为15μm。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在65℃条件下搅拌40min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，初压压力为700MPa，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，800℃烧结35min，得半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入85℃机油中处理25min；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，复压压力为850MPa，并再次进行烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为35min，然后用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品先用600℃过饱和水蒸汽处理6h，即得。
实施例5
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉35份，氧化铜粉28份，石墨12份，镍粉8份，钼粉9份，铬粉7份，硬脂酸锌10份，二氧化硅9份，聚乙烯醇3.8份，聚丙烯酰胺4.5份，对羟基苯甲酸甲酯8份，聚碳酸酯12份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为50μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为25μm。
上述铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在70℃条件下搅拌30min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，初压压力为700MPa，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，800℃烧结35min，得半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入92℃机油中处理15min；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，复压压力为980MPa，并再次进行烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为25min，然后用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品先用900℃过饱和水蒸汽处理4h，即得。
对比例1
本实施例与实施例4的区别在于：铜基粉末冶金材料的原料不包括对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯。
一种铜基粉末冶金材料，原料以重量份计包括：铜粉33份，氧化铜粉26份，石墨10份，镍粉6份，钼粉8份，铬粉6份，硬脂酸锌5份，二氧化硅3份，聚乙烯醇1.7份，聚丙烯酰胺2.5份。
上述铜粉和氧化铜粉的粒度为35μm，镍粉、钼粉和铬粉的粒度为15μm。
制备方法同实施例4。
将实施例1至5所得成品与对比例所得成品进行性能测试，结果如下：
由以上结果可知，本发明的铜基粉末冶金材料拉伸强度达到652MPa以上，伸长率可达5.3～5.7％，硬度(HRB)达到79以上，防腐性能在相对湿度80％，温度60℃的条件下1200h表面无变化。对比例1中没有加入对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯，导致所得材料拉伸强度、硬度和防腐性能均有所下降，这可能是由于对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯的加入不仅能提高材料的致密性，还能与其他组分发生协同作用，从而使所得材料拉伸强度、硬度和防腐性能均有所提高。
Claims (8)
1.一种铜基粉末冶金材料，其特征在于：原料以重量份计包括：铜粉20～35份，氧化铜粉15～28份，石墨5～12份，镍粉2～8份，钼粉3～9份，铬粉1～7份，硬脂酸锌3～10份，二氧化硅2～9份，聚乙烯醇0.5～3.8份，聚丙烯酰胺1.7～4.5份，对羟基苯甲酸甲酯2～8份，聚碳酸酯1～12份。
2.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述铜粉和氧化铜粉的粒度为35～50μm。
3.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述镍粉、钼粉和铬粉的粒度为15～25μm。
4.根据权利要求1所述的铜基粉末冶金材料，其特征在于：原料以重量份计包括：铜粉29份，氧化铜粉24份，石墨8份，镍粉5份，钼粉7份，铬粉4份，硬脂酸锌6份，二氧化硅5份，聚乙烯醇2.2份，聚丙烯酰胺3.5份，对羟基苯甲酸甲酯4份，聚碳酸酯9份。
5.权利要求1所述的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1，将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，在55～70℃条件下搅拌30～50min，冷却至室温，加入硬脂酸锌，搅拌均匀后得混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料送入压机，由压机将混合物料送入预设的产品模具，初压成形，得毛坯件；
步骤3，将步骤2所得毛坯件送入烧结炉，烧结成半成品件；
步骤4，将步骤3所得半成品件冷却并浸入机油中处理；
步骤5，将步骤4所得半成品件在压机中进行复压，并再次进行烧结后，用冷水进行冷却；
步骤6，将步骤5所得制品进行蒸汽处理，即得。
6.根据权利要求5所述的铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4中机油温度为75～92℃，浸油时间为15～40min。
7.根据权利要求5所述的铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中复压压力为600～980MPa，烧结温度为800～1300，烧结时间为25～55min。
8.根据权利要求5所述的铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤6中蒸汽处理步骤的温度为500～900℃，处理时间为4～7h。
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