CN105463276A - 一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法 - Google Patents

一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，采用了专门用于挤压零件外表面的挤压阴模和挤压零件内表面的挤压芯棒，并辅以能将零件进行夹紧的上冲模具及下冲模具，配合更加具体的挤压步骤，使用时，零件固定不动，移动相应的挤压模具完成挤压，这样的方式可以避免挤压完毕出模后零件以出现裂缝的缺陷；与现有技术中在烧结步骤后进行表面塑性致密化处理时所需要的能量相比，本发明可以以较小的挤压余量得到较大的变形深度,且显著降低了能量需求，降低了生产成本，提高了致密化程度，挤压后产品整体密度可超过2.75g/cm3，产品表面相对密度可以达到99％以上，致密层覆盖率高，从而使铝基粉末冶金零件具有耐磨性好、强度高的优点。

Description

一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。粉末冶金零件以其节省原材料、节能、省工、成本低等优势在汽车、家电等方面获得广泛应用，特别适合于大批量的生产。
近几年来，随着人们环保意识的提高，汽车轻量化越来越多地引起人们的关注，汽车工业大量使用轻质合金材料，如铝合金等广泛使用粉末冶金铝合金零件是汽车等行业解决节能和减少排放的重要途径。
粉末冶金铝合金具有低密度、高比强和耐腐蚀性的特点，表现出了广阔的应用前景。但是，目前粉末冶金工艺的铝制品的应用仍然局限于一个寻求高性价比和近终成形的特定领域，因为粉末冶金零件空隙的存在，使得现今通用的铝基粉末冶金制品，大多数还不具备高的耐磨性和强度。提高粉末冶金零件的强度、提高其力学性能可扩大粉末冶金制品的应用范围，由此，改善组织结构、消除孔隙，成为粉末冶金件的强化目标。一些常规的零部件大多在循环变化的载荷下工作，疲劳断裂是其主要的失效形式之一，而零件表面塑性致密化是提高零件疲劳强度十分经济且有效的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种覆盖率高、致密层深、应用范围广、生产成本低的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，该方法制备的铝基粉末冶金零件具有耐磨性好、强度高的优点。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜0～6.0％，镁0～6.0％，锌0～7.5％；硅0～30％，锰0～2.0％，钒0～1.0％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量0.2～2％的润滑剂；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在200～700MPa的压力下，压制成密度大于2.2g/cm3的零件生坯；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为550℃～660℃，烧结时间大于10min，烧结后的密度大于2.3g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模和/或挤压芯棒对烧结后的零件进行挤压，
其中，所述挤压阴模具有上下贯通的挤压腔，用于挤压零件的外表面，所述挤压腔的内表面至少成型有自上而下依次衔接的第一导向段、第一挤压段及第一定径段；
所述挤压芯棒用于挤压零件的内表面，所述挤压芯棒的外表面成型有自上而下依次衔接的第三导向段、第三挤压段及第二定径段。
在上述方案中，采用挤压阴模对零件的外表面进行挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05～0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1～0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，下拉或继续上移挤压阴模，移动相应的上冲模具或下冲模具，取出零件，完成挤压致密化。
采用挤压芯棒对零件的内表面进行挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05～0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1～0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压芯棒向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压芯棒的第三挤压段完全进入第二定径段后，下拉挤压芯棒，使上冲模具向上运动，取出零件，完成挤压致密化。
作为优选，所述的铝以铝粉和/或高合金母粉的形式加入，所述的铜以铜粉和/或高合金母粉的形式加入，所述的镁、锌、硅、锰、钒分别以高合金母粉的形式加入。
优选地，所述的铝粉为雾化铝粉，该雾化铝粉中的氧含量小于0.02％，硅含量小于0.05％，压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，松装密度大于1.05g/cm3，流速为30s/50g，粒度范围10～150μm。
优选地，所述高合金母粉可以为Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn、Al-V合金等，高合金母粉中的含氧量小于0.02％，粒度小于10μm。
作为改进，在步骤(2)中向所述混合粉中添加陶瓷颗粒、纤维、晶须、石墨颗粒、碳纤维、硼纤维中的一种或多种，其中，所述的陶瓷颗粒选自氧化物、碳化物、硼化物、氮化物；且该步骤中添加的物质总重量为混合料总重量的0～35％，以提高材料的强度和硬度，提高力学性能。
步骤(4)的烧结过程可以在连续烧结炉、批式烧结炉或真空烧结炉中，并在保护气氛下进行，所述的保护气氛为氮气或氩气气氛，所述氮气或氩气气氛中的氧含量低于10PPM，露点温度低于-40℃。
步骤(5)的喷砂过程采用氧化铝颗粒或钢砂作为磨料，该磨料的颗粒尺寸小于200μm，喷砂时间大于30秒。
作为改进，所述第一导向段的内径大于第一定径段的内径，且所述第一导向段的侧边与第一挤压段的侧边之间所成锐角为α，且0.5°≤α≤15°。当α角度越小时，产品所受到径向的力较大，而当α角度越大时，产品所受到轴向的力越大，此时会增大产品与模具之间的摩擦，不仅不利于产品成型，也易导致模具损伤，降低模具的使用寿命，采用上述设计，使α角保持在合理的范围内，一方面便于产品移动，另一方面能有效降低产品与模具之间的摩擦。
进一步改进，所述第一定径段的高度为h，0.5mm≤h≤10mm。采用这样的设计，一方面便于产品成型，另一方面，能避免产品与模具之间过度摩擦。
再改进，所述挤压阴模的挤压腔的内表面还成型有自上而下依次衔接于第一定径段下端的第二挤压段、第二导向段，所述第二导向段的内径大于第一定径段的内径，且所述第二导向段的侧边与第二挤压段的侧边之间所成锐角为β，3°≤β≤20°。采用上述结构，当零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，继续上移挤压阴模，直至零件完全进入第二导向段后，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1～0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向下运动对零件进行第二次挤压致密，零件通过挤压阴模第二挤压段完全进入定径段后，下拉或继续上移挤压阴模，移动相应的上冲模具或下冲模具，取出零件，即可完成二次挤压致密；上述β角越小越不利于出模，甚至导致产品卡在模具中无法取出，而β角过于大则容易导致模具开裂，采用上述设计，将β角保持在合理的范围内，一方面利于产品出模，另一发面，确保模具具有较好的牢固度及较长的使用寿命。
作为改进，所述第三导向段的外径小于第二定径段的外径，且所述第二定径段的侧边与第三挤压段的侧边之间所成锐角为δ，0.5°≤δ≤15°。当δ角度越小时，产品所受到径向的力越大，而当δ角度越大时，产品所受到轴向的力越大，此时会增大产品与模具之间的摩擦，不仅不利于产品成型，也易导致模具损伤，降低模具的使用寿命，采用上述设计，使δ角保持在合理的范围内，一方面便于产品移动，另一方面能有效降低产品与模具之间的摩擦。
进一步改进，所述挤压芯棒的第二定径段的高度为L2，0.5mm≤L2≤10mm。采用这样的设计，一方面便于产品成型，另一方面，能避免产品与芯棒之间过度摩擦。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明为了使制备的铝基粉末冶金零件具有较好的致密化效果，采用了专门用于挤压零件外表面的挤压阴模和挤压零件内表面的挤压芯棒，并辅以能将零件进行夹紧的上冲模具及下冲模具，配合更加具体的挤压步骤，使用时，零件固定不动，移动相应的挤压模具完成挤压，这样的方式可以避免挤压完毕出模后零件易出现裂缝的缺陷；与现有技术中在烧结步骤后进行表面塑性致密化处理时所需要的能量相比，本发明可以以较小的挤压余量得到较大的变形深度,且显著降低了能量需求，从而降低了生产成本，提高了致密化程度；与传统的粉末冶金工艺相比，采用本发明的挤压模具及挤压方法大大减少了因零件表面材料流动而导致的零件高度增加问题，且可以减少毛刺飞边的产生，降低了后道加工的工作量，挤压后的零件致密层深，有效提高了产品的密度，产品整体密度可超过2.75g/cm3，接近粉末锻造的水平，产品表面相对密度可以达到99％以上，致密层覆盖率高，从而使铝基粉末冶金零件具有耐磨性好、强度高的优点；另外，本发明的致密化方法可适用于多种形状的零件，而不局限于外齿轮等少数零件，应用范围广。
附图说明
图1为本发明实施例中挤压阴模的结构示意图；
图2为本发明实施例中挤压芯棒的结构示意图；
图3为本发明实施例中零件挤压前的形貌图；
图4为本发明实施例中零件挤压后的形貌图；
图5为本发明实施例1中零件的结构示意图；
图6为本发明实施例2中零件的结构示意图；
图7为本发明实施例3中零件的结构示意图；
图8为本发明实施例4中零件的结构示意图；
图9为本发明实施例5中零件的结构示意图；
图10为本发明实施例6、7中零件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明中采用挤压阴模A对零件的外表面进行挤压，采用挤压芯棒B对零件的内表面进行挤压。
其中，挤压阴模A具有上下贯通的挤压腔，且该挤压腔的内表面成型有自上而下依次衔接的第一导向段a1、第一挤压段a2、第一定径段a3、第二挤压段a4、第二导向段a5，第一导向段a1的内径D1大于第一定径段a3的内径D2，且第一导向段a1的侧边与第一挤压段a2的侧边之间所成锐角为α，0.5°≤α≤15°，第二导向段a5的内径D3大于第一定径段a3的内径D2，且第二导向段a5的侧边与第二挤压段a4的侧边之间所成锐角为β，3°≤β≤20°，第一定径段a3的高度为h，0.5mm≤h≤10mm。
挤压芯棒B的外表面成型有自上而下依次衔接的第三导向段b1、第三挤压段b2及第二定径段b3，第三导向段b1的外径D4小于第二定径段b3的外径D5，且第二定径段b3的侧边与第三挤压段b2的侧边之间所成锐角为δ，0.5°≤δ≤15°，第二定径段b3的高度为L2，0.5mm≤L2≤10mm。
实施例1：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含纯铝粉，该纯铝粉为雾化铝粉，该雾化铝粉中的氧含量小于0.02％，硅含量小于0.05％，压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，松装密度大于1.05g/cm3，流速为30s/50g，平均粒度范围10μm；
(2)混料：向步骤(1)的雾化铝粉中加入占混料总质量0.2％的润滑剂；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在300MPa的压力下，压制成密度大于2.6g/cm3的零件生坯，如图5所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为630℃，烧结时间42min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用氧化铝颗粒作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸300μm，喷砂时间40秒；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝2°，β＝5°，h＝3mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段a1，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模A向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段a2完全进入第一定径段a3后，下拉挤压阴模A，向上移动上冲模具，取出零件，完成挤压致密化，挤压量为0.03mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例2：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含纯铝粉，该纯铝粉为雾化铝粉，该雾化铝粉中的氧含量小于0.02％，硅含量小于0.05％，压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，松装密度大于1.05g/cm3，流速为30s/50g，平均粒度范围150μm；
(2)混料：向步骤(1)的雾化铝粉中加入占混料总质量0.8％的润滑剂；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在300MPa的压力下，压制成密度大于2.6g/cm3的零件生坯，如图6所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为650℃，烧结时间41min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝15°，β＝10°，h＝10mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.2mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，继续上移挤压阴模使零件依次通过第二挤压段、第二导向段，向下移动下冲模具，取出零件，完成挤压致密化，挤压量为0.5mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例3：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜4.5％，镁1.0％，硅1.0％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；铜以电解铜粉的形式加入；Mg以Al-Mg母合金粉的形式加入，Al-Mg合金母粉中Mg含量为25(wt)％；Si以Al-Si母合金粉的形式加入，Al-Si合金母粉中Si含量为37(wt)％；剩余Al以雾化铝粉形式加入；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量1.5％的润滑剂；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在400MPa的压力下，压制成密度2.65g/cm3的零件生坯，如图7所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为595℃，烧结时间45min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝0.5°，β＝20°，h＝0.5mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，下拉挤压阴模，向上移动上冲模具取出零件，完成挤压致密化，挤压量为0.2mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例4：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜5.0％，镁0.55％，硅0.8％，锌0.55％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；铜以电解铜粉的形式加入；Mg以Al-Mg母合金粉的形式加入，Al-Mg合金母粉中Mg含量为50(wt)％；Si以Al-Si母合金粉的形式加入，Al-Si合金母粉中Si含量为25(wt)％；Zn以Al-Zn母合金粉的形式加入，Al-Zn合金母粉中Zn含量为25(wt)％；剩余Al以雾化铝粉形式加入；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量2.0％的润滑剂；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在400MPa的压力下，压制成密度2.65g/cm3的零件生坯，如图8所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为600℃，烧结时间45min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；然后对零件进行固溶、淬火处理，固溶温度为540℃，固溶保温时间为45min，淬火介质为水，淬火转移时间小于10s；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝10°，β＝3°，h＝5mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.1mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，继续上移挤压阴模，向下移动下冲模具取出零件，完成挤压致密化，挤压量为2mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例5：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜5.0％，镁0.55％，硅0.8％，碳化硅15％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；铜以电解铜粉的形式加入；Mg以Al-Mg母合金粉的形式加入，Al-Mg合金母粉中Mg含量为50(wt)％；Si以Al-Si母合金粉的形式加入，Al-Si合金母粉中Si含量为25(wt)％；剩余Al以雾化铝粉形式加入；碳化硅以颗粒的形式加入；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量1.0％的润滑剂；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在500MPa的压力下，压制成密度2.7g/cm3的零件生坯，如图9所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为605℃，烧结时间50min，烧结后的密度大于2.75g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；然后对零件进行固溶、淬火处理，固溶温度为545℃，固溶保温时间为40min，淬火介质为水，淬火转移时间小于10s；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝8°，β＝6°，h＝4mm；同时，使用挤压芯棒对烧结后的零件内表面进行挤压，该挤压芯棒中，δ＝7°，L2＝5mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.08mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.4mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模、挤压芯棒同时向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段进入第一定径段，通过挤压芯棒的第三挤压段进入第二定径段后，下拉挤压阴模、挤压芯棒，移动上冲模具取出零件，完成挤压致密化，内外挤压量分别为0.4mm、0.5mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例6：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜5.0％，镁0.6％，硅0.8％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；铜以电解铜粉的形式加入；Mg以Al-Mg母合金粉的形式加入，Al-Mg合金母粉中Mg含量为50(wt)％；Si以Al-Si母合金粉的形式加入，Al-Si合金母粉中Si含量为25(wt)％；剩余Al以雾化铝粉形式加入；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量1.5％的润滑剂；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在300MPa的压力下，压制成密度2.65g/cm3的零件生坯，如图10所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为585℃，烧结时间45min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；然后对零件进行固溶、淬火处理，固溶温度为545℃，固溶保温时间为40min，淬火介质为水，淬火转移时间小于10s；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模对烧结后的零件外表面进行挤压，该挤压阴模中，α＝7°，β＝5°，h＝8mm；同时，使用挤压芯棒对烧结后的零件内表面进行挤压，该挤压芯棒中，δ＝7°，L2＝5mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.08mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.4mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模、挤压芯棒同时向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段进入第一定径段，通过挤压芯棒的第三挤压段进入第二定径段后，下拉挤压阴模、挤压芯棒，移动上冲模具取出零件，完成挤压致密化，内外挤压量分别为0.6mm、0.5mm。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。
实施例7：
本发明中具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜1.6％，镁2.55％，锌5.6％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；铜以电解铜粉的形式加入；Mg以Al-Mg母合金粉的形式加入，Al-Mg合金母粉中Mg含量为50(wt)％；Zn以Al-Zn母合金粉的形式加入，Al-Zn合金母粉中Zn含量为25(wt)％；剩余Al以雾化铝粉形式加入；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量1.1％的润滑剂；混料时采用双锥混料机，混料机转速为15rpm，混料时间30min；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在350MPa的压力下，压制成密度2.60g/cm3的零件生坯，如图10所示；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为590℃，烧结时间35min，烧结后的密度大于2.65g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺，该喷砂过程采用钢砂作为磨料，该磨料的平均颗粒尺寸320μm，喷砂时间50秒；然后对零件进行固溶、淬火处理，固溶温度为510℃，固溶保温时间为35min，淬火介质为水，淬火转移时间小于10s；
(6)挤压：该步骤中使用挤压芯棒对烧结后的零件内表面进行挤压，该挤压芯棒中，δ＝7°，L2＝5mm；挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压芯棒向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压芯棒的第三挤压段完全进入第二定径段后，下拉挤压芯棒，使上冲模具向上运动，取出零件，完成挤压致密化。
如图3、4所示，挤压后致密化效果显著。

Claims (10)

1.一种具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)设计材料组成：按重量百分比计，所使用材料包含铜0～6.0％，镁0～6.0％，锌0～7.5％；硅0～30％，锰0～2.0％，钒0～1.0％，不超过2％的不可避免杂质，以及余量的铝；
(2)混料：按照步骤(1)的材料组成，将各组分进行混合得到混合粉，并向该混合粉中加入占混料总质量0.2～2％的润滑剂；
(3)压制：将步骤(2)所得混料在200～700MPa的压力下，压制成密度大于2.2g/cm3的零件生坯；
(4)烧结：将步骤(3)所得零件生坯在非氧化性气氛中进行烧结，烧结温度为550℃～660℃，烧结时间大于10min，烧结后的密度大于2.3g/cm3；
(5)对烧结坯进行喷砂去毛刺；
(6)挤压：该步骤中使用挤压阴模和/或挤压芯棒对烧结后的零件进行挤压，
其中，所述挤压阴模具有上下贯通的挤压腔，用于挤压零件的外表面，所述挤压腔的内表面至少成型有自上而下依次衔接的第一导向段、第一挤压段及第一定径段；
所述挤压芯棒用于挤压零件的内表面，所述挤压芯棒的外表面成型有自上而下依次衔接的第三导向段、第三挤压段及第二定径段。
2.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：采用挤压阴模对零件的外表面进行挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05～0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1～0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压阴模向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压阴模第一挤压段完全进入定径段后，下拉或继续上移挤压阴模，移动相应的上冲模具或下冲模具，取出零件，完成挤压致密化。
3.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：采用挤压芯棒对零件的内表面进行挤压时，先调整挤压模具至初始状态，使下冲模具的端面高于挤压阴模第一导向段最低面0.05～0.2mm，将零件放入挤压阴模的第一导向段，使上冲模具下压、下冲模具保持静止，零件在上冲模具的推动下向下挤压0.1～0.5mm，调整上冲模具与下冲模具位置对零件夹紧并保压且保持相对静止，挤压芯棒向上运动对零件进行挤压致密，零件通过挤压芯棒的第三挤压段完全进入第二定径段后，下拉挤压芯棒，使上冲模具向上运动，取出零件，完成挤压致密化。
4.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：所述的铝以铝粉和/或高合金母粉的形式加入，所述的铜以铜粉和/或高合金母粉的形式加入，所述的镁、锌、硅、锰、钒分别以高合金母粉的形式加入。
5.根据权利要求4所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：所述的铝粉为雾化铝粉，该雾化铝粉中的氧含量小于0.02％，硅含量小于0.05％，压制性能在250MPa下大于2.60g/cm3，松装密度大于1.05g/cm3，流速为30s/50g，粒度范围10～150μm。
6.根据权利要求5所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：所述高合金母粉中的含氧量小于0.02％，粒度小于10μm。
7.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中向所述混合粉中添加陶瓷颗粒、纤维、晶须、石墨颗粒、碳纤维、硼纤维中的一种或多种，其中，所述的陶瓷颗粒选自氧化物、碳化物、硼化物、氮化物；且该步骤中添加的物质总重量为混合料总重量的0～35％。
8.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：步骤(4)的烧结过程在保护气氛下进行，所述的保护气氛为氮气或氩气气氛，所述氮气或氩气气氛中的氧含量低于10PPM，露点温度低于-40℃。
9.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：步骤(5)的喷砂过程采用氧化铝颗粒或钢砂作为磨料，该磨料的颗粒尺寸小于200μm，喷砂时间大于30秒。
10.根据权利要求1所述的具有致密化表面的铝基粉末冶金零件的制备方法，其特征在于：所述第一导向段的内径大于第一定径段的内径，且所述第一导向段的侧边与第一挤压段的侧边之间所成锐角为α，且0.5°≤α≤15°。
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