CN105033270A - 一种多孔铜锡合金粉末的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔铜锡合金粉末的制备方法。本发明选用水雾化的雾化铜粉和气雾化的雾化锡粉为原料，混合均匀后置于钢带还原炉中，在保护气氛或还原气氛下进行高温热处理，经高温热处理后雾化锡粉很好的熔解扩散到雾化铜粉中，并形成多孔结构，再经过破碎机的破碎筛分得到多孔铜锡合金粉末。本发明的制备方法制备的多孔铜锡合金粉末，雾化锡粉很好地扩散到雾化铜粉中，并且成分均匀、致密度高、流动性优良、易于成型，不易偏析，并且制备工艺简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及金属合金技术领域，尤其涉及一种多孔铜锡合金粉末的制备方法。
背景技术
铜锡合金，作为粉末冶金、摩擦材料和含油轴承材料、金刚石工具胎体材料被广泛应用。
但是采用普通混合法混合铜锡合金粉末时，由于铜粉、锡粉的比重、粒度、颗粒等的差别而难以均匀混和，即使混合均匀，在输送、装模过程中，也极易偏析，所以在制备铜锡合金产品过程中，尺寸精度、强度、金属组织均匀性下降。同时在烧结过程，由于锡液相的出现极速烧结，因此存在尺寸变化率不稳定，制品尺寸偏差大等特点。当采用-325目粉末时，更容易出现此种现象；同时也会出现-325目的粉末落入模具间隙后刮伤模具的问题。
而采用熔炼法制备铜锡合金粉末时，虽然解决了偏析问题，但是由于其本身颗粒粗大，孔隙粗大，在用此方法制得的铜锡合金制作多孔材料或含油轴承过程中，会出现孔隙粗大，性能降低等现象；而用此方法制得的铜锡合金作为金刚石工具的添加剂时，由于颗粒较大，致密度难以保证；及时热压烧结，致密度得到了保证，但是由于其晶粒粗大，导致金刚石工具锋利度的下降。
传统的铜锡粉由于成分不均匀、孔隙不均匀、流动性能差、易偏析的缺陷，导致出现制备的含油轴承、多孔材料、金刚石工具中的稳定性差，制备的多孔材料、含油轴承的含油率低等问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，该方法制备的多孔铜锡合金粉末成分均匀、孔隙细微均匀、流动性优良、易于成型，不易偏析。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，所述方法包括以下步骤：
1)采用水雾化方法制备雾化铜粉；
2)采用气雾化方法制备雾化锡粉；
3)按重量百分比计，称取75％～95％的雾化铜粉和5～25％的雾化锡粉，加入混料机中混合均匀得到铜锡复合粉末；
4)将铜锡复合粉取出后置于还原炉中，在保护气氛或还原气氛下进行高温热处理；
5)将高温热处理后的铜锡复合粉末取出后，通过破碎机进行破碎筛分，得到多孔铜锡合金粉末。
本发明选用雾化铜粉和雾化锡粉为原料，工业化的雾化方法主要有水雾化和气雾化两种，这两种方法的主要区别在于所采用的雾化介质不同，制粉原理一样，水雾化生产的铜粉效果比气雾化的要好，水雾化生产的雾化铜粉呈现不规则状，具有良好的流动性与成型性，颗粒间相对滑动阻碍小，松装密度可控等优点，同时由于原材料选用高纯铜板，具有纯度高的特点。而采用气雾化生产的锡粉是球形颗粒，颗粒细小、球形度好、含氧量低、纯度高，易与铜粉混合均匀。值得说明的是，水雾化和气雾化过程为本领域常用的技术手段，具体雾化过程在此不再赘述。
优选地，所述雾化铜粉和所述雾化锡粉的目数均为-100目，例如100目、200目、300目、325目、400目、500目、600目、800目等，优选地，所述雾化铜粉和所述雾化锡粉的纯度均大于99.5％。优选地，目数为-325目的所述雾化铜粉占所述雾化铜粉总量的40％以上，目数为-325目的所述雾化锡粉占所述雾化锡粉总量的40％以上。
步骤3)中，将雾化铜粉和雾化锡粉加入混料机中混合均匀，其中，所述混料机为双锥混料机，所述混合时间为15～25min。
步骤4)中，所述还原炉为HYL-375-7Q钢带式还原炉。
步骤4)中，所述高温热处理的温度为400～800℃，所述高温热处理的时间为1～2h。需要指出的是，本步骤中所提到的热处理过程也称为烧结过程。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明选用水雾化的雾化铜粉和气雾化的雾化锡粉为原料，混合均匀后置于钢带还原炉中，在保护气氛或还原气氛下进行高温热处理，经高温热处理后雾化锡粉很好的熔解扩散到到雾化铜粉中，并形成多孔结构，再经过破碎机的破碎筛分得到多孔铜锡合金粉末。本发明的制备方法制备的多孔铜锡合金粉末，雾化锡粉很好地扩散到雾化铜粉中，并且成分均匀、致密度高、流动性优良、易于成型，不易偏析，并且制备工艺简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明的制备方法制备得到的多孔铜锡合金粉末在显微镜下的形貌示意图。
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。
如无具体说明，本发明的各种原料均可市售购得，或根据本领域的常规方法制备得到。
实施例1
1)采用水雾化方法制备雾化铜粉；
2)采用气雾化方法制备雾化锡粉；
3)按重量百分比计，称取95％的雾化铜粉和5％的雾化锡粉，其中，雾化铜粉和雾化锡粉的目数取-100目，-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，雾化铜粉和雾化锡粉纯度均大于99.5％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡复合粉末；
4)将铜锡复合粉取出后置于HYL-375-7Q钢带式还原炉中，在氮气50％和氢气50％的气氛下进行高温热处理，设定温度为800℃，热处理时间为2h，实现锡扩散至铜中；
5)将高温热处理后的铜锡复合粉末取出后，通过破碎机进行破碎筛分，得到多孔铜锡合金粉末。
对比例1-1
按重量百分比计，称取95％的雾化铜粉和5％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡混合粉末。
对比例1-2
按重量百分比计，称取95％的雾化铜粉和5％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入中频炉中熔炼进行合金化、烧铸、粉碎后，制备得到铜锡合金粉末。
实施例2
1)采用水雾化方法制备雾化铜粉；
2)采用气雾化方法制备雾化锡粉；
3)按重量百分比计，称取85％的雾化铜粉和15％的雾化锡粉，其中，雾化铜粉和雾化锡粉的目数取-100目，-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，雾化铜粉和雾化锡粉纯度均大于99.5％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡复合粉末；
4)将铜锡复合粉取出后置于HYL-375-7Q钢带式还原炉中，在氮气25％和氢气75％的气氛下进行高温热处理，设定温度为750℃，热处理时间为1.5h，实现锡扩散至铜中；
5)将高温热处理后的铜锡复合粉末取出后，通过破碎机进行破碎筛分，得到多孔铜锡合金粉末。
对比例2-1
按重量百分比计，称取85％的雾化铜粉和15％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡混合粉末。
对比例2-2
按重量百分比计，称取85％的雾化铜粉和15％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入中频炉中熔炼进行合金化、烧铸、粉碎后，制备得到铜锡合金粉末。
实施例3
1)采用水雾化方法制备雾化铜粉；
2)采用气雾化方法制备雾化锡粉；
3)按重量百分比计，称取75％的雾化铜粉和25％的雾化锡粉，其中，雾化铜粉和雾化锡粉的目数取-100目，-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，雾化铜粉和雾化锡粉纯度均大于99.5％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡复合粉末；
4)将铜锡复合粉取出后置于HYL-375-7Q钢带式还原炉中，在氮气25％和氢气75％的气氛下进行高温热处理，设定温度为400℃，热处理时间为1h，实现锡扩散至铜中；
5)将高温热处理后的铜锡复合粉末取出后，通过破碎机进行破碎筛分，得到多孔铜锡合金粉末。
对比例3-1
按重量百分比计，称取75％的雾化铜粉和25％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入W-20双锥混料机中，混合20min，混合均匀得到铜锡混合粉末。
对比例3-2
按重量百分比计，称取75％的雾化铜粉和25％的雾化锡粉，雾化铜粉和雾化锡粉的目数均为-100目，其中-325目的雾化铜粉占雾化铜粉总量的40％，-325目的雾化锡粉占雾化锡粉总量的40％，加入中频炉中熔炼进行合金化、烧铸、粉碎后，制备得到铜锡合金粉末。
利用显微镜观察本发明制备得到的多孔铜锡合金粉末，将放大倍数调至200倍以后的图片如图1所示。将制备的粉末压制成高12mm，直径为7mm，内径为2mm的样品，压制成型过程中，对比例和本发明的实施例都添加了0.5％硬脂酸锌作为润滑剂；然后将样品放入网带烧结炉中进行烧结。通过测试粉末的松装密度、流动性、成型密度，以及样品烧结后的尺寸变化率、有效孔隙率、压溃强度、偏析情况的数据，比较本发明制备的多孔铜锡合金粉末与普通的混合粉末以及熔炼合金粉末的性能，实验结果及部分实验条件如表1所示。其中，松装密度按照GB/T1479.1-2011的标准进行检测；流动性按照GB/T1482的标准进行测试，尺寸变化率主要指直径尺寸变化率；有效孔隙率根据GB/T5163-2006的标准进行测定；压溃强度根据GB/T6084的标准进行测定。
表1
由图1可以看出，锡粉(图中标注A)很好地扩散到铜粉(图中标注B)中，并形成多孔结构(图中标注C)。根据表1数据可见，相对于铜锡混合粉末和熔炼铜锡合金来说，本发明制备的多孔铜锡合金粉末具有松装密度低，成型性能优良，同时具有烧结变化率小等特点；烧结后，抗压强度大，有效孔隙率明显增多，并且没有偏析现象。将其应用于含油轴承、多孔材料等产品的制备时，可明显提高产品性能，将其应用于金刚石工具的制备时，可以有效提高金刚石工具的锋利度。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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 (9)
1.一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)采用水雾化方法制备雾化铜粉；
2)采用气雾化方法制备雾化锡粉；
3)按重量百分比计，称取75％～95％的雾化铜粉和5～25％的雾化锡粉，加入混料机中混合均匀得到铜锡复合粉末；
4)将铜锡复合粉取出后置于还原炉中，在保护气氛或还原气氛下进行高温热处理；
5)将高温热处理后的铜锡复合粉末取出后，通过破碎机进行破碎筛分，得到多孔铜锡合金粉末。
2.根据权利要求1所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，所述雾化铜粉和所述雾化锡粉的目数均为-100目。
3.根据权利要求2所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，目数为-325目的所述雾化铜粉占所述雾化铜粉总量的40％以上，目数为-325目的所述雾化锡粉占所述雾化锡粉总量的40％以上。
4.根据权利要求2或3所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，所述雾化铜粉和所述雾化锡粉的纯度均大于99.5％。
5.根据权利要求1所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述混料机为双锥混料机。
6.根据权利要求5所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述混合时间为15～25min。
7.根据权利要求1所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述还原炉为HYL-375-7Q钢带式还原炉。
8.根据权利要求7所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述高温热处理的温度为400～800℃。
9.根据权利要求7所述的一种多孔铜锡合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述高温热处理的时间为1～2h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151111 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |