CN105154798A

CN105154798A - 纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105154798A
Application number: CN201510541992.3A
Authority: CN
Inventors: 刘莉; 王爽; 邱晶; 刘晓东; 黄明明
Original assignee: Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Current assignee: Suzhou Netshape Composite Materials Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2015-12-16

Abstract

本发明公开了一种纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法，成分及各成分质量百分含量为：铜5.2%~9.8%，钛2.2%~5.7%，锌1.0%~3.5%，铬0.15%~1.48%，镁3.0%~6.6%，羧乙基纤维素3.4%~7.8%，氟化钙1.2%~1.6%，聚酞胺纤维2.0%~3.5%，糠醛0.05%~0.75%，余量为Fe。将羧乙基纤维、聚酞胺纤维作为基体层与合金层之间的纤维夹层，能提高粉末冶金材料的耐高温性能，最高可耐受1620℃的高温不变形，同时有效提高材料烧结及淬火后的力学性能。

Description

纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法，属于粉末冶金材料技术领域。

背景技术

铁基粉末冶金材料是采用Fe、石墨、Cu、Ni、Co等合金元素的混合粉经过压制和烧结制成,是最重要的粉末冶金材料之一。近些年来,随着汽车等行业的迅猛发展,铁基粉末冶金材料已成为产量最大、应用最广的一类材料。铁基粉末冶金材料的制造技术及其生产也得到了迅速发展,极大的拓宽了铁基粉末冶金机械零件的应用范围。目前,铁基粉末冶金材料广泛应用于交通工具，家用电器与电动工具以及办公机械中。

金属间化合物因其性质与基体差别小,且和基体界面的相容性好,也可用作硬质相材料。金属间化合物增强铁基粉末冶金材料是以含有Cr、Mo、Ni、Co、W、V等合金元素的钢作为基体,并在此基体上添加Fe-Mo、Co-Mo-Si、Co-Cr-Mo-Si、Co-Mo、Cr-W等金属间化合物作为硬质相颗粒基体材料、硬质颗粒类型和烧结度是制备硬质相强化型铁基合金的关键因素。但是当基体和硬质颗粒之间的物化性质差别过于大的时候,硬质颗粒会剥落;而烧结温度过高,会造成硬质颗粒中的合金元素向基体中的扩散量增大,导致硬质颗粒减少,还会造成基体硬度、硬质相硬度以及基体和硬颗粒界面发生变化。例如:当硬质相中含有Mo、W等元素时,高温下会与基体中的C发生反应生成M6C型碳化物，降低了材料硬度。

随着科学技术的进步，各个领域对材料的性能要求越来越高。希望它们具备传统的良好的力学性能之外，又希望它们能服役于高压、高温、高真空、强辐射及腐蚀的特殊环境。显然，传统的材料不能满足这些要求。这就促进了复合材料的发展，它既具备基体材料的优点，又增加了新性能，但又不是简单的加和。常见的增强体有纤维、颗粒、晶须，Cu-W、Cu-Mo等材料也把金属相用作增强相。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法，将羧乙基纤维、聚酞胺纤维作为基体层与合金层之间的纤维夹层，能提高粉末冶金材料的耐高温性能，同时有效提高材料烧结及淬火后的力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜5.2%~9.8%，钛2.2%~5.7%，锌1.0%~3.5%，铬0.15%~1.48%，镁3.0%~6.6%，羧乙基纤维素3.4%~7.8%，氟化钙1.2%~1.6%，聚酞胺纤维2.0%~3.5%，糠醛0.05%~0.75%，余量为Fe。

所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量优选为：铜5.8%~7.8%，钛3.1%~4.7%，锌1.6%~3.0%，铬0.45%~1.18%，镁4.2%~5.8%，羧乙基纤维素4.7%~6.8%，氟化钙1.3%~1.5%，聚酞胺纤维2.4%~3.1%，糠醛0.25%~0.55%，余量为Fe。

所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量优选为：铜6.5%，钛4.0%，锌2.2%，铬0.85%，镁4.9%，羧乙基纤维素5.8%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.7%，糠醛0.35%，余量为Fe。

所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量优选为：铜7.2%，钛3.8%，锌2.8%，铬1.05%，镁5.2%，羧乙基纤维素5.2%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.9%，糠醛0.45%，余量为Fe。

所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料的制备方法，包括如下步骤：

1）混料：将铜、镁和铁混合作为基体层，羧乙基纤维素、氟化钙、聚酞胺纤维和糠醛钛作为纤维夹层、锌和铬混合作为合金层，分别在混料机中混料，转速为25rpm~50rpm，混料时间为10min~20min；然后取出基体层，将纤维夹层置于基体层上，最后加入合金层；

2）将步骤1）的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为700~900MPa；

3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为500~600℃，烧结温度为1050~1120℃，高温下的烧结时间为10~30min，然后在550~650℃下保温30~60min，用水淬灭，最后在180~220℃下保温回火1~3h。

步骤2）中压制压力为800MPa。

步骤3）中预热温度为550℃，烧结温度为1100℃，高温下的烧结时间为20min。

步骤3）保温回火温度为200℃，保温回火时间为2h。

有益效果：本发明提供一种纤维强化耐高温粉末冶金材料及其制备方法，将羧乙基纤维、聚酞胺纤维作为基体层与合金层之间的纤维夹层，能提高粉末冶金材料的耐高温性能，最高可耐受1620℃的高温不变形，同时有效提高材料烧结及淬火后的力学性能。

具体实施方式

实施例1

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜9.8%，钛5.7%，锌3.5%，铬1.48%，镁6.6%，羧乙基纤维素7.8%，氟化钙1.6%，聚酞胺纤维3.5%，糠醛0.75%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

1）混料：将铜、镁和铁混合作为基体层，羧乙基纤维素、氟化钙、聚酞胺纤维和糠醛钛作为纤维夹层、锌和铬混合作为合金层，分别在混料机中混料，转速为35rpm，混料时间为15min；然后取出基体层，将纤维夹层置于基体层上，最后加入合金层；

2）将步骤1）的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；

3）将步骤2）压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1100℃，高温下的烧结时间为20min，然后在600℃下保温45min，用水淬灭，最后在200℃下保温回火2h。

实施例2

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜5.2%，钛2.2%，锌1.0%，铬0.15%，镁3.0%，羧乙基纤维素3.4%，氟化钙1.2%，聚酞胺纤维2.0%，糠醛0.05%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

实施例3

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜7.8%，钛4.7%，锌3.0%，铬1.18%，镁5.8%，羧乙基纤维素6.8%，氟化钙1.5%，聚酞胺纤维3.1%，糠醛0.55%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

实施例4

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜5.8%，钛3.1%，锌1.6%，铬0.45%，镁4.2%，羧乙基纤维素4.7%，氟化钙1.3%，聚酞胺纤维2.4%，糠醛0.25%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

实施例5

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜6.5%，钛4.0%，锌2.2%，铬0.85%，镁4.9%，羧乙基纤维素5.8%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.7%，糠醛0.35%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

实施例6

纤维强化耐高温粉末冶金材料，成分及各成分质量百分含量为：铜7.2%，钛3.8%，锌2.8%，铬1.05%，镁5.2%，羧乙基纤维素5.2%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.9%，糠醛0.45%，余量为Fe。

制备方法，包括如下步骤：

对实施例1~6的纤维强化耐高温粉末冶金材料在1100℃烧结，然后经淬灭-回火热处理后进行耐受温度和拉伸强度测试，结果见表1所示。

表1：

Claims

1.纤维强化耐高温粉末冶金材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为：铜5.2%~9.8%，钛2.2%~5.7%，锌1.0%~3.5%，铬0.15%~1.48%，镁3.0%~6.6%，羧乙基纤维素3.4%~7.8%，氟化钙1.2%~1.6%，聚酞胺纤维2.0%~3.5%，糠醛0.05%~0.75%，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为：铜5.8%~7.8%，钛3.1%~4.7%，锌1.6%~3.0%，铬0.45%~1.18%，镁4.2%~5.8%，羧乙基纤维素4.7%~6.8%，氟化钙1.3%~1.5%，聚酞胺纤维2.4%~3.1%，糠醛0.25%~0.55%，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为：铜6.5%，钛4.0%，锌2.2%，铬0.85%，镁4.9%，羧乙基纤维素5.8%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.7%，糠醛0.35%，余量为Fe。

4.根据权利要求1所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为：铜7.2%，钛3.8%，锌2.8%，铬1.05%，镁5.2%，羧乙基纤维素5.2%，氟化钙1.4%，聚酞胺纤维2.9%，糠醛0.45%，余量为Fe。

5.权利要求1~4中任意一项所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中压制压力为800MPa。

7.根据权利要求5所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中预热温度为550℃，烧结温度为1100℃，高温下的烧结时间为20min。

8.根据权利要求5所述的纤维强化耐高温粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：步骤3）保温回火温度为200℃，保温回火时间为2h。