CN104550985A - 一种低松装密度铜锌合金黄铜粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低松装密度铜锌合金黄铜粉及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：高压水雾化制备铜锌合金粉；利用高能球磨机将制备的铜锌合金粉与纯锌粉混合、搅拌、研磨；将研磨后的粉末进行真空烧结；利用粉碎机将烧结得到的铜锌合金粉破碎，然后筛选，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。本发明通过上述方法制备的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5-1.8g/cm³，能够满足技术和市场的需要。

Description

一种低松装密度铜锌合金黄铜粉及其制备方法

技术领域

本发明属于金属合金领域，涉及一种铜锌合金黄铜粉及其制备方法，尤其涉及一种低松装密度铜锌合金黄铜粉及其制备方法。

背景技术

粉末冶金是一种新兴的制造方法，较传统的铸造和车削机械加工方式有着很多的优点，其具备显著的节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列特性，非常适合于大批量生产。粉末冶金所使用的材料种类繁多，比较常见的有铁基、铜基、硬质合金等金属或非金属粉末材料，其中铜锌合金的黄铜粉末具有优良的耐磨和耐腐蚀的特性，在交通、机械、航空航天、船舶、兵器和核工业等领域都有广泛的应用。

传统的铜锌合金黄铜粉是采用水雾化铜锌合金熔液所得，此种方法制得的黄铜粉具有粉体球形化严重、松装密度高等缺陷，例如CN 102528018 A公开了无铅双金属轴承材料用铜合金粉末及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)配料，(2)熔炼，(3)雾化，(4)烘干筛分：雾化粉浆通过沉积、烘干等工序，再筛分，松装密度为3.5～5.0g/cm³。山东冶金设计院研究涉及的“6-6-3青铜粉试剂”中6-6-3青铜粉是将铜、锌和铅锡合金融体用高压空气雾化破碎而成，其松装密度为2.6～3.2g/cm³。合金粉末的松装密度除了取决于原材料的密度外，很大程度上与粉末颗粒的表面形貌、颗粒形状等因素有关：粉末越不规则，松装密度越低。原因是：因为粉末越不规则，其比表面积越大，颗粒之间的空隙越大，颗粒间的摩擦力越大，因而松装密度越低；反之，粉末形状越近似于球形，其比表面积越小，颗粒之间的空隙越少，松装密度越高。最低为2.5g/cm3以上的这种铜锌合金黄铜粉在粉末冶金的压制成型工艺中存在着成型压力大、成形压缩性差、粉末之间咬合结合程度低、生胚强度低、烧结强度低的缺陷。

因此，使用传统水雾化的铜锌合金黄铜粉末用粉末冶金的方式制作生产耐磨、不能含油的薄壁型黄铜轴瓦的时候，往往由于其粉体球形化、松装密度高、比表面积小的原因，压制成型时粉体接触面就小，要是这样的粉末很好的“咬合”就要使加相对更高的压力，从而使压机寿命变短、模具磨损频率高，而且其压制出的轴瓦零件由于壁厚较薄，粉末接触表面小，结合程度较浅，这样就导致产品生胚强度很低，很容易在压制成型到烧结的中转过程中破裂损坏，生胚容易破碎；而如果使用不规则状、低松装密度的铜锌合金黄铜粉，就会解决以上成型压力高、设备寿命变短、产品生胚强度低、容易破碎的问题。

另外，采用铜锌合金黄铜粉制作生产过滤器材时，如果使用传统的水雾化高松装密度铜锌合金黄铜粉，由于其比较球形化、颗粒之间孔隙率低的特点，在相同的压制力下其成品的孔隙率也较低，导致了过滤器材的通过率、透气性能也较差；如果在相同的密度下，由于接触面小、烧结颈少，所以其成品的烧结强度也比较弱；反之，使用低松装密度的铜锌合金黄铜粉，其成品的孔隙率高、透气性能也好，成品的烧结强度也高。

综上所述，从产业、技术的发展角度来看，粉末冶金市场迫切需要一种低松装密度的铜锌合金黄铜粉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌合金黄铜粉及其制备方法，特别是提供一种低松装密度铜锌合金黄铜粉及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明一种低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉；

(2)利用高能球磨机将步骤(1)制备的铜锌合金粉与纯锌粉混合、搅拌和研磨；

(3)将步骤(2)研磨后的粉末进行真空烧结；

(4)利用粉碎机将烧结得到的铜锌合金粉破碎，然后筛选，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

在本发明所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，步骤(1)所述高压水雾化制备铜锌合金粉包括以下步骤：

a、将80～90重量％的一级铜锭和10～20重量％的一级锌锭熔化，混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1280～1300℃，利用高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

在本发明所述高压水雾化制备铜锌合金粉的方法中，以一级铜锭和一级锌锭的总重量为100％计，步骤a所述一级铜锭的用量为80～90重量％，例如80重量％、81重量％、82重量％、83重量％、84重量％、85重量％、86重量％、87重量％、88重量％、89重量％或90重量％；步骤(a)所述一级锌锭的用量为10～20重量％，例如10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％或20重量％。

在本发明所述高压水雾化制备铜锌合金粉的方法中，在步骤b中将熔液温度升至1280～1300℃，例如1280℃、1285℃、1290℃、1295℃或1300℃；步骤b所述高压水自内径为6mm的圆柱形喷嘴喷出；本发明方法所述高压水的压力为18～20MPa，例如18MPa、18.2MPa、18.4MPa、18.6MPa、18.8MPa、19MPa、19.2MPa、19.4MPa、19.6MPa、19.8MPa、19.9MPa或20MPa。

在本发明所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，以铜锌合金粉与纯锌粉总重量为100％计，步骤(2)所述铜锌合金粉的用量为70～80重量％，例如70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％或80重量％，纯锌粉的用量为20～30重量％，例如20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％、25重量％、26重量％、27重量％、28重量％、29重量％或30重量％。

在本发明所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，步骤(2)所述高能球磨机中球磨介质与物料的比例为10:1；步骤(2)所述研磨的时间为1～1.5h，例如1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h或1.5h；优选地，步骤(2)所述研磨在氮气氛围下进行。

在本发明所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，步骤(3)在真空烧结炉内进行，步骤(3)所述真空烧结的温度为550-650℃，例如550℃、555℃、560℃、565℃、570℃、575℃、580℃、585℃、590℃、595℃、600℃610℃、615℃、620℃、625℃、630℃、635℃、640℃、645℃或650℃。真空烧结的目的是使纯锌粉在烧结过程中扩散至铜锌合金粉中。

在本发明所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，步骤(4)所述超声波振筛机筛选出的铜锌合金黄铜粉的粒径为-150目～-200目，例如-150目、-155目、-160目、-165目、-170目、-175目、-180目、-185目、-190目、-195目或-200目。

另一方面，本发明提供一种根据本发明所述制备方法制备得到的低松装密度铜锌合金黄铜粉，所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5-1.8g/cm³，例如1.5g/cm³、1.53g/cm³、1.55g/cm³、1.58g/cm³、1.6g/cm³、1.63g/cm³、1.65g/cm³、1.68g/cm³、1.7g/cm³、1.73g/cm³、1.75g/cm³、1.78g/cm³或1.8g/cm³。

在本发明所述的低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法中，步骤(1)利用的是高压水雾化制粉技术，步骤(2)利用的是高能球磨机械合金技术，步骤(3)利用的是高温扩散合金技术。

本发明通过高压水雾化制粉技术、高能球磨机械合金技术和高温扩散合金技术相结合的方式来制备所述低松装密度铜锌合金黄铜粉，保留了每种合金方法的优势，使产品性能进一步提高。铜锌合金黄铜粉产品的合金元素比例可以根据产品的性能要求标的，在生产制作过程中进行调节，从而满足产品不同的性能要求。

本发明提供的铜锌合金的黄铜粉末在粉末冶金零件中主要用来生产轴瓦、多孔过滤材料等，其具有优良的耐磨和耐腐蚀的特性，在交通、机械、航空航天、船舶、兵器和核工业等领域都有广泛的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过高压水雾化制粉技术、高能球磨机械合金技术和高温扩散合金技术相结合的方式来制备所述低松装密度铜锌合金黄铜粉，保留了每种合金方法的优势，所制成的铜锌合金黄铜粉的颗粒粒径在-150目～-200目，具有1.5～1.8g/cm³的松装密度，能够满足技术和市场的需要。

附图说明

图1是本发明的低松装密度铜锌合金黄铜粉制备方法的工艺流程图。

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，通过以下方法来制备低松装密度铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤(工艺流程如图1所示)：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将90重量％的一级铜锭和10重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1280℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为18MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

(2)利用高能球磨机将70重量％的步骤(1)制备的铜锌合金粉与30重量％纯锌粉混合、搅拌、研磨，其中高能球磨机中球磨介质与物料(即铜锌合金粉与纯锌粉的混合物)的重量比为10:1，研磨的时间为1h，在氮气氛围下进行研磨；

(3)使用真空烧结炉，将步骤(2)研磨后的粉末在550℃下真空烧结，使纯锌粉扩散到铜锌合金粉末中；

(4)利用粉碎机将烧结的铜锌合金粉破碎，而后使用超声波振筛机筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.8g/cm³。

实施例2

在本实施例中，通过以下方法来制备低松装密度铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤(工艺流程如图1所示)：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将85重量％的一级铜锭和15重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1300℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为20MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

(2)利用高能球磨机将75重量％的步骤(1)制备的铜锌合金粉与25重量％纯锌粉混合、搅拌、研磨，其中高能球磨机中球磨介质与物料(即铜锌合金粉与纯锌粉的混合物)的重量比为10:1，研磨的时间为1.5h，在氮气氛围下进行研磨；

(3)使用真空烧结炉，将步骤(2)研磨后的粉末在600℃下真空烧结，使纯锌粉扩散到铜锌合金粉末中；

(4)利用粉碎机将烧结的铜锌合金粉破碎，而后使用超声波振筛机筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5g/cm³。

实施例3

在本实施例中，通过以下方法来制备低松装密度铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤(工艺流程如图1所示)：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将80重量％的一级铜锭和20重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1290℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为19MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉；

(2)利用高能球磨机将80重量％的步骤(1)制备的铜锌合金粉与20重量％纯锌粉混合、搅拌、研磨，其中高能球磨机中球磨介质与物料(即铜锌合金粉与纯锌粉的混合物)的重量比为10:1，研磨的时间为1.2h，在氮气氛围下进行研磨；

(3)使用真空烧结炉，将步骤(2)研磨后的粉末在650℃下真空烧结，使纯锌粉扩散到铜锌合金粉末中；

(4)利用粉碎机将烧结的铜锌合金粉破碎，而后使用超声波振筛机筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.6g/cm³。

对比例1

在该对比例中，通过以下方法来制备铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将90重量％的一级铜锭和10重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1280℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为18MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

(2)将步骤(1)得到的铜锌合金粉烘干，使用超声波振筛机筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为3.0g/cm³。

对比例2

在该对比例中，通过以下方法来制备铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将85重量％的一级铜锭和15重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1300℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为20MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

(2)利用高能球磨机将75重量％的步骤(1)制备的铜锌合金粉与25重量％纯锌粉混合、搅拌、研磨，其中高能球磨机中球磨介质与物料(即铜锌合金粉与纯锌粉的混合物)的重量比为10:1，研磨的时间为1.5h，在氮气氛围下进行研磨；

(3)使用超声波振筛机筛选步骤(2)研磨后的合金粉末，筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为2.5g/cm³。

对比例3

在该对比例中，通过以下方法来制备铜锌合金黄铜粉，具体包括以下步骤：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉：a、将80重量％的一级铜锭和20重量％的一级锌锭在中频熔炼炉内熔化，通过电磁搅拌混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1290℃，利用从内径为6mm的圆柱形喷嘴喷射出的压力为19MPa的高压水冲击铜锌合金熔液，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉；

(2)使用真空烧结炉将步骤(1)得到的铜锌合金粉在650℃下进行真空烧结；

(3)利用粉碎机将烧结的铜锌合金粉破碎，而后使用超声波振筛机筛选出-150目～-200目的合金粉颗粒，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

经本实施例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度为2.9g/cm³。

由上述实施例与对比例的对比可知，本发明利用高压水雾化制粉技术、高能球磨机械合金技术和高温扩散合金技术相结合的方式制备的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5～1.8g/cm³，而对比例1与实施例1相比，区别在于对比例1仅利用了高压水雾化制粉技术来制备铜锌合金黄铜粉，制得的铜锌合金黄铜粉的松装密度为3.0g/cm³，对比例2与实施例2相比，区别在于对比例2仅利用了高压水雾化制粉技术与高能球磨机械合金技术相结合的方式来制备铜锌合金黄铜粉，制得的铜锌合金黄铜粉的松装密度为2.5g/cm³，对比例3与实施例3相比，区别在于对比例3仅利用了高压水雾化制粉技术和高温扩散合金技术相结合的方式来制备铜锌合金黄铜粉，制得的铜锌合金黄铜粉的松装密度为2.9g/cm³，由此可见，三个对比例制备得到的铜锌合金黄铜粉的松装密度均明显较高，而利用上述三种技术相结合可以取得显著较好的效果。

因此，通过本发明方法制备的铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5～1.8g/cm³，能够满足技术和市场的需要，具有较好的应用前景。

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 (10)

1.一种低松装密度铜锌合金黄铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)高压水雾化制备铜锌合金粉；

(2)利用高能球磨机将步骤(1)制备的铜锌合金粉与纯锌粉混合、搅拌和研磨；

(3)将步骤(2)研磨后的粉末进行真空烧结；

(4)利用粉碎机将烧结得到的铜锌合金粉破碎，然后筛选，得到所述低松装密度铜锌合金黄铜粉。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述高压水雾化制备铜锌合金粉包括以下步骤：

a、将80～90重量％的一级铜锭和10～20重量％的一级锌锭熔化，混合成均匀的铜锌二元合金熔液；

b、熔液温度升至1280～1300℃，利用高压水冲击铜锌合金熔液流体，使铜锌合金熔液冷却为铜锌合金粉。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤b所述高压水自内径为6mm的圆柱形喷嘴喷出。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高压水的压力为18～20MPa。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以铜锌合金粉与纯锌粉总重量为100％计，步骤(2)所述铜锌合金粉的用量为70-80重量％，纯锌粉的用量为20～30重量％。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述高能球磨机中球磨介质与物料的重量比为10:1。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述研磨的时间为1～1.5h；

优选地，步骤(2)所述研磨在氮气氛围下进行。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述真空烧结的温度为550～650℃。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述超声波振筛机筛选出的铜锌合金黄铜粉的粒径为-150目～-200目。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备的低松装密度铜锌合金黄铜粉，其特征在于，所述低松装密度铜锌合金黄铜粉的松装密度为1.5～1.8g/cm³。