CN104550905B

CN104550905B - 一种高熔渗铜粉及其制备方法

Info

Publication number: CN104550905B
Application number: CN201410803711.2A
Authority: CN
Inventors: 朱胜利; 王汉宁
Original assignee: KUNSHAN DETAI METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KUNSHAN DETAI METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: CN104550905A

Abstract

本发明提供一种高熔渗铜粉及其制备方法，所述高熔渗铜粉的制备方法包括以下步骤：将铜粉、铁粉和硅粉熔化成金属液体，混合均匀，得到金属合金熔液；利用高压水冲击金属合金熔液流体，使其冷却为铜基合金粉末；将铜基合金粉末与锰粉、锌粉以及硬脂酸锌粉末混合均匀，得到高熔渗铜粉。本发明制备的高熔渗铜粉能够在熔化温度419.5～1120℃范围内分层次、分阶段进行熔渗，渗铜率达到99.5～99.8％。

Description

一种高熔渗铜粉及其制备方法

技术领域

本发明属于金属合金领域，涉及一种高熔渗铜粉及其制备方法。

背景技术

现代粉末冶金技术正在飞速发展，粉末冶金零件在各种行业中的应用优势越来越明显，正在广泛的应用于运输机械、工业机械、电子机械等行业中。我国的粉末冶金零件年增长率超过10％，特别是在汽车零部件中，粉末冶金零部件年增长超过20％。当前北美市场平均单车使用粉末冶金零件的重量已经达到了19公斤，欧洲和日本也已经超过10公斤，韩国8公斤，印度6公斤，而我国仅有4公斤。北美70％～75％的粉末冶金零件使用在汽车工业中，在西欧为80％，在日本接近90％，我国生产的粉末冶金零件只有约30％在汽车工业中使用，这个比例远远落后于欧美和日本。

我国的汽车行业，无论是市场销售还是生产制造、零件加工，目前都处于旺盛的发展、成长期。而汽车制造、零件加工中，粉末冶金作为一种通用的机械加工手段，从诞生到发展，粉末冶金和汽车工业密切相关，两个行业共生共荣。由于粉末冶金工艺具有节约原材料、自身重量轻、性能优异、成本低等众多优势，除发动机、变速器和电动机轴承外，现在粉末冶金零件在汽车上使用的范围也越来越广，更多的零件被用在底盘、车身、内饰等处，前景十分广阔。目前，在汽车上使用的粉末冶金件已经超过了1000种，汽车中使用的粉末冶金结构零件大部分集中在发动机与变速器，主要是形状复杂、高密度、高强度、高使用性能的零件，如发动机连杆、凸轮轴、衬套、齿轮、齿环等零件。粉末冶金结构零件在替代已有的齿轮、凸轮、链轮、各种形状的铸件、锻件、切削加工件和开发新型结构零件方面具有独特的优势。

目前，在汽车上使用的粉末冶金零件，在某些恶劣的环境下使用时，要求具有良好的耐磨性、耐冲击性，又要保持较高的强度和硬度，而且部分还要求有较好的气密性。但是采用常规的压制—烧结工艺制造的粉末冶金零件，由于材料中含有孔隙，所以在压制过程中，材料不可能达到完全致密的状态，导致有残留的孔隙存在，而残留的孔隙作为一种缺陷，它影响了粉末冶金零件的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度、硬度、以及零部件气密性等，致使粉末冶金零部件不能满足使用要求，因为零件所有的力学性能都主要受控于材料的密度。因此，消除或减少粉末冶金零部件的残留孔隙是获得高致密性、高强度、高冲击韧性、高硬度的有效途径。

渗铜法是提高铁基粉末冶金零件密度、强度、表面封孔的有效方法。用铜或铜合金粉末对烧结粉末冶金零件进行熔渗能明显减少或消除零件中的孔隙、提高密度、改善其力学性能和动力学性能(如冲击韧性、抗疲劳)等。熔渗铜相比较传统的复压复烧、粉末锻造、温压等致密化工艺具有成本低、工序简单、易调整等优点，因此这种熔渗铜的方法应用范围日益扩大，目前已成为生产高性能铁基粉末冶金零部件不可或缺的致密化工艺，而熔渗铜粉则是熔渗铜的关键、主要材料。目前，此种熔渗铜粉大多依赖进口，成本很高。而国内生产此种熔渗铜粉的很少，而且存在渗铜效率低的缺陷。

例如，CN 101113511A公开了一种粉末冶金渗铜剂，所有渗铜剂主要由以下质量比的原料组成：Fe粉1.7～2.1％，Mn粉3.9～4.3％，Cu粉93.6～94.4％，其生产方法是将配好的材料在双锥混合器内以19～21r/min的转速混合30～35min。此发明仅采用简单的混合技术制备渗铜剂，其制备的渗铜剂的渗铜率为98％以上。

CN 101736285A公开了一种渗铜剂及其制备方法，所述渗铜剂组分为Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr元素中的一种或几种和Cu，按重量百分比为Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr元素中的一种或几种：0.5～10％，Cu：90～99.5％。制备方法为将原料按所述比例称重，加入陶瓷球或不锈钢球、扩散促进剂，混合后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，冷却、出炉破碎、筛分收集，然后加入润滑剂制得渗铜剂。此发明制备的渗铜剂无侵蚀、低残留、显著提高材料的密度和力学性能等特点，但并未指明其具体渗铜率。

为了满足技术上的更高要求，期望能够开发一种能够获得渗铜率更高的铜粉的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熔渗铜粉及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种高熔渗铜粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铜粉、铁粉和硅粉熔化成金属液体，混合均匀，得到金属合金熔液；

(2)利用高压水冲击步骤(1)得到的金属合金熔液流体，使其冷却为铜基合金粉末；

(3)将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，得到高熔渗铜粉。

在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，以铜粉、铁粉和硅粉的总质量为100％计，步骤(1)所述铜粉、铁粉和硅粉的质量百分比为：铜粉97～98.5％，铁粉1～2％，硅粉0.5～1％；其中铜粉可以为97％、97.1％、97.2％、97.3％、97.4％、97.5％、97.6％、97.7％、97.8％、97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％或98.5％，铁粉可以为1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％，硅粉可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％。

在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，步骤(2)所述高压水自内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷出；步骤(2)所述高压水的压力为10～15MPa，例如10MPa、10.5MPa、10.8MPa、11MPa、11.4MPa、11.8MPa、12MPa、12.3MPa、12.6MPa、12.8MPa、13MPa、13.4MPa、13.8MPa、14MPa、14.5MPa、14.8MPa或15MPa。

在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，以铜基合金粉末、锰粉、锌粉和硬脂酸锌粉末的总质量为100％计，步骤(3)所述铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末的质量百分比为：铜基合金粉末97.2～98.8％，锰粉0.5～1％，锌粉0.2～1％，硬脂酸锌粉末0.5～0.8％；其中铜基合金粉末可以为97.2％、97.4％、97.5％、97.7％、97.8％、97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％或98.8％，锰粉可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％，锌粉可以为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％，硬脂酸锌粉末可以为0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％或0.8％。

另一方面，本发明提供了根据本发明所述的制备方法制备得到的高熔渗铜粉，所述高熔渗铜粉的渗铜率为99.5～99.8％，例如99.5％、99.54％、99.58％、99.6％、99.62％、99.64％、99.66％、99.68％、99.7％、99.73％、99.75％、99.78％或99.8％。

本发明所述高溶渗铜粉是指具有99.5～99.8％的渗铜率的合金铜粉。

在本发明的高熔渗铜粉的制备方法中，步骤(1)使用的是熔炼预合金技术，(可以在中频熔炼炉内实现此步骤)，步骤(2)使用的是雾化制粉技术，步骤(3)使用的是混合技术，本发明通过三种技术的结合制备得到本发明的高熔渗铜粉。在本发明的高熔渗铜粉的制备过程中，通过合理控制预合金的金属元素比例，使得得到的此种熔渗铜粉在粉末冶金零件熔渗铜时，达到不同温度熔化不同的合金元素，从而使熔渗能够分层次、分阶段进行，最终使熔渗铜粉熔渗到粉末冶金铁基零件中。

在本发明制备高熔渗铜粉时，铜以外的微量元素，一部分是在铜材在熔炉熔化时加入，再经过高压雾化处理成为铜合金粉，以预合金的方式存在，另外一部分微量元素，是在铜粉雾化完成后，用粉末混合的方式加入，以预混合的方式存在，这种生产方式保持或改变了单质元素和多元合金元素的熔点，能够取得合适的熔化温度(419.5～1120℃)，从而得到良好的熔渗效果，使熔渗铜粉的渗铜率达到99.5～99.8％。

本发明所制备的高熔渗铜粉可用于粉末冶金技术领域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的高熔渗铜粉具有良好的熔渗效果，渗铜率达到99.5～99.8％。

(2)本发明制备的高熔渗铜粉，可用于冶金零件，在其熔渗铜时可以在熔化温度419.5～1120℃范围内，使熔渗能够分层次、分阶段进行，最终使熔渗铜粉熔渗到粉末冶金铁基零件中。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

在本实施例中，通过以下方法制备高溶渗铜粉，具体包括以下步骤：

(1)使用中频熔炼炉将97％铜粉、2％铁粉和1％硅粉熔化成金属液体，并通过电磁搅拌混合均匀，得到金属合金熔液；

(2)利用从内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷射出的压力为12MPa的高压水冲击步骤(1)得到的金属合金熔液流体，冷却为铜基合金粉末；

(3)使用双螺旋混合机将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基合金粉末98.8％，锰粉0.5％，锌粉0.2％，硬脂酸锌粉末0.5％，得到高熔渗铜粉。

实施例2

(1)使用中频熔炼炉将98.5％铜粉、1％铁粉和0.5％硅粉熔化成金属液体，并通过电磁搅拌混合均匀，得到金属合金熔液；

(2)利用从内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷射出的压力为15MPa的高压水冲击步骤(1)得到的金属合金熔液流体，冷却为铜基合金粉末；

(3)使用双螺旋混合机将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基合金粉末97.2％，锰粉1％，锌粉1％，硬脂酸锌粉末0.8％，得到高熔渗铜粉。

实施例3

(1)使用中频熔炼炉将97.7％铜粉、1.5％铁粉和0.8％硅粉熔化成金属液体，并通过电磁搅拌混合均匀，得到金属合金熔液；

(2)利用从内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷射出的压力为10MPa的高压水冲击步骤(1)得到的金属合金熔液流体，冷却为铜基合金粉末；

(3)使用双螺旋混合机将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基合金粉末98％，锰粉0.8％，锌粉0.5％，硬脂酸锌粉末0.7％，得到高熔渗铜粉。

实施例4

(1)使用中频熔炼炉将98％铜粉、1％铁粉和1％硅粉熔化成金属液体，并通过电磁搅拌混合均匀，得到金属合金熔液；

(2)利用从内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷射出的压力为14MPa的高压水冲击步骤(1)得到的金属合金熔液流体，冷却为铜基合金粉末；

(3)使用双螺旋混合机将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基合金粉末97.6％，锰粉1％，锌粉0.6％，硬脂酸锌粉末0.8％，得到高熔渗铜粉。

对比例1

在该对比例中，通过以下方法制备合金铜粉，具体包括以下步骤：

(1)在磨制机器内将将铜粉、铁粉、硅粉、锰粉和硬脂酸锌粉分别磨制10小时；

(2)使用双螺旋混合机将磨制后97％铜粉、2％铁粉和1％硅粉混合均匀制成铜基混合粉末，而后将铜基混合粉末与磨制后的锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基合金粉末98.8％，锰粉0.5％，锌粉0.2％，硬脂酸锌粉末0.5％，得到合金铜粉。

对比例2

(1)双螺旋混合机将98.5％铜粉、1％铁粉和0.5％硅粉混合均匀，铜基混合粉末，而后将铜基混合粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，混合质量百分比为：铜基混合粉末97.2％，锰粉1％，锌粉1％，硬脂酸锌粉末0.8％，得到混合粉末；

(2)将步骤(1)得到的混合粉末送入氢气还原炉内进行扩散，扩散温度为850℃，扩散时间为100min；

(3)循环水冷却，出炉破碎，筛分收集得到合金铜粉。

测定实施例1-4制备的高熔渗铜粉以及对比例1-2制备的合金铜粉的渗铜率，结果如表1所示。

表1 实施例1-4和对比例1-2制备的产品的渗铜率

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

对比例1

对比例2

渗铜率

99.5％

99.6％

99.8％

99.6％

95％

97.5％

由表1可知，由本发明制备的高熔渗铜粉的渗铜率可以达到99.5％以上。而对比例1采用的是现有技术中的简单混合技术来制备合金铜粉，虽然在制备过程中其采用了与实施例1相同的物料配比，但对比例1的产品的渗铜率仅能达到95％；对比例2采用的是现有技术中的混合与高温扩散相结合的技术，虽然在制备过程中其采用了与实施例2相同的物料配比，但对比例2的产品的渗铜率仅能达到97.5％。由此可见，本发明采用熔炼预合金技术、雾化制粉技术和混合技术三者结合，并将各物料的配比控制在本发明限定的范围内，可以有效提高产品的渗铜率。

此外，经测试本发明实施例1-4制备的高熔渗铜粉能够在熔化温度419.5～1120℃范围内分层次、分阶段进行熔渗。本发明制备的高熔渗铜粉可应用于粉末冶金领域，提高粉末冶金零件的性能。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种高熔渗铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(3)将步骤(2)得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均匀，得到高熔渗铜粉；

以铜粉、铁粉和硅粉的总质量为100％计，步骤(1)所述铜粉、铁粉和硅粉的质量百分比为：铜粉97～98.5％，铁粉1～2％，硅粉0.5～1％；步骤(2)所述高压水的压力为10～15MPa；以铜基合金粉末、锰粉、锌粉和硬脂酸锌粉末的总质量为100％计，步骤(3)所述铜基合金粉末与锰粉、锌粉以及硬脂酸锌粉末的质量百分比为：铜基合金粉末97.2～98.8％，锰粉0.5～1％，锌粉0.2～1％，硬脂酸锌粉末0.5～0.8％。

2.根据权利要求1所述的高熔渗铜粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高压水自内径为7mm的圆柱形高压喷嘴喷出。

3.根据权利要求1或2所述的高熔渗铜粉的制备方法制备得到的高熔渗铜粉，其特征在于，所述高熔渗铜粉的渗铜率为99.5～99.8％。