CN105750552A - 一种铁基粉末冶金用渗铜剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于粉末冶金领域的渗铜剂及其制备方法。渗铜剂为Φ1mm～Φ8mm的丝材，渗铜剂组分为Fe：1.0~3.5wt%，Mn：0.3~3.0 wt%，Zn：0.5~5.5 wt%，Sn：0.01~1.5 wt%，余量为Cu。制备过程主要包括：（1）熔炼、（2）铸造、（3）挤压或锻造、（4）轧制、（5）扒皮、（6）拉伸、（7）热处理、（8）定径拉伸等步骤，加工成丝材产品。

Description

一种铁基粉末冶金用渗铜剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金用新型渗铜剂及其制备方法，属于粉末冶金领域。

背景技术

目前，铁基粉末冶金机械零件的应用非常广泛，但粉末冶金产品的孔隙率较大，使产品的断裂韧性、抗拉强度、硬度等力学性能，尤其是动态力学性能如冲击韧性、疲劳强度等较差。而渗铜是解决上述问题的有效途径。渗铜是指通过加热铁基粉末冶金材料及渗铜剂，使渗铜材料熔化，液相铜通过毛细管填充到铁基体孔隙中的过程。渗铜剂的选择需考虑以下三个方面因素：熔点比基体低两三百度，对基体有良好的润湿性，与基体之间有适宜的互溶度。

渗铜剂经历了以下几种形式：纯铜片、纯铜丝、纯铜粉、铜-X混合粉、铜-X合金粉(X代表一种或几种合金元素)，目前国内外使用较多的为铜-X合金粉。国外已有专门的制造商进行批量化生产，比较有代表性的有SCM公司的IP-96、IP-147、IP-190、IP-204，以及USBronze公司的CL128-L、XF-1、XF-4等。上述渗铜剂以Cu-Fe(1～3％wt％)粉为主体，辅以少量Mn、Ni、Al、润滑剂等，混合压制而成。渗铜剂中部分主要合金元素及其影响如下：

1)Fe：是渗铜剂的主要添加元素，其主要作用在于溶于Cu中，以减少基体中铁在铜中的溶解。若渗铜剂中Fe含量过低，则基体中的Fe会熔于Cu中，导致基体产生孔隙，而若过高，则多余的Fe由于熔点高，而残留于基体表面，影响表面质量。

2)Mn：可降低Fe在Cu中的溶解度。Mn可形成骨架，使液态Cu无法自由移动，而只能通过毛细管力进入基体孔隙，从而使熔渗更加均匀。Mn必须控制于适宜的成分范围，太低起不到作用，而太高则降低熔渗效率。

3)Zn：的作用是降低渗铜剂熔体的熔点及黏度，增加熔体的流动性，有利于熔渗的均匀进行。Zn含量过高，会加剧熔体挥发，导致熔渗效率降低。

4)Sn：能改善熔渗铜的流动性，对开口孔隙的熔渗具有明显的促进作用。Sn还能起润滑作用，改善熔渗填充效果，增加韧性，降低材料的磨损。

国内在渗铜剂方面起步较晚，一般为纯铜粉或常规混合方式制备的混合粉。ZL2008102267721公布了一种渗铜剂，组分为Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr中的一种或几种，质量分数为0.5～10wt％，余量为Cu，质量分数90～99.5wt％。将上述原料粉末在混料机中混合均匀后，在氢气还原炉中进行扩散，冷却后出炉破碎、筛分收集，加入润滑剂合批。专利CN104550905A公布了一种高熔渗铜粉及其制备方式，将Cu粉(97～98.5wt％)、Fe粉(1～2wt％)、Si粉(0.5～1wt％)混合后熔化，用高压水冲击熔体使之冷却为铜基合金粉末。将该金属粉末(97.2～98.8wt％)与Mn粉(0.5～1wt％)、Zn粉(0.2～1wt％)、硬脂酸锌粉(0.5～0.8wt％)混合，可到高熔渗铜粉，渗铜率达到99.5～99.8％。专利CN104439251A公布了一种粉末冶金用渗铜剂，以铜为主体成分，包含Fe、C、Mn、Cr、Si、Mo、P、Co、Bi、B、Sn、Zn等，均为粉体，在双锥混合器中混合得到。专利CN103668044A公布了一种渗铜膏及其制备方法。渗铜膏由78～95wt％渗铜剂与15～22wt％成膏体混合而成，其中，渗铜剂含Cu、Fe、Mn、Sn、Ni、Si、Zn中的几种，采用雾化法或扩散法制取上述元素的粉末后，充分混合得到渗铜剂，加入由有机物配制的成膏体搅拌均匀后可得到渗铜膏。

以上采用传统工艺生产的渗铜剂，普遍存在腐蚀基体、表面残留物、渗铜率不高等问题，导致产品合格率低，因此需对渗铜剂的成分进行优化。另一方面，国内外对渗铜剂的制备普遍采用金属粉体混合方式，需要分别制取粉末、混合、烧结，流程较长，而且受粉末混合设备制约，难以大量制取，生产效率受到限制，成本高，效率低。

针对上述渗铜剂的不足，本发明致力于提供一种性能优良的新型渗铜剂配方及其制备方法，不但大幅度提高熔渗合金生产效率，降低生产成本，而且能够优化熔渗效果，使用方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型渗铜剂及其制备方法，以改善现有渗铜剂性能，克服制备方法存在的不足。

一种应用于钢铁粉末冶金制品熔渗过程的渗铜剂，产品形式为直径Φ1mm～Φ8mm的丝材，其特征在于：熔渗剂各成分的质量百分比如下：

Fe1.0～3.5wt％，

Mn0.3～3.0wt％，

Zn0.5～5.5wt％，

Sn0.01～1.5wt％，

Cu余量。

更进一步地，所述的一种应用于钢铁粉末冶金制品熔渗过程的渗铜剂，其产品形状为直径Φ1.0mm～Φ8.0mm的丝材。其特征在于：制备过程主要包括(1)熔炼：熔炼设备主要采工频感应炉或中频感应炉，采用电解铜、锌、锡、CuFe中间合金、CuMn中间合金为原材料，按照成分配比，并充分除油、脱水，熔化及加料顺序如下：将上述电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气、扒渣，木炭覆盖保护→加入锡和锌→检测成分合格后即可准备进行铸造。(2)铸造：铸造工艺采用半连续铸造或者水平连续铸造，半连续铸造规格为Φ95mm～Φ220mm的圆铸锭，水平连续铸造杆坯直径为Φ20mm～Φ35mm的盘卷。(3)挤压或锻造。(4)轧制。(5)扒皮。(6)拉伸：半连续铸造锭坯，采用“挤压或锻造→轧制→扒皮→拉伸”工艺进行加工，挤压或锻造温度为800℃～980℃；水平连续铸造杆坯，采用“热轧→冷轧→扒皮→拉伸”工艺进行加工，热轧温度范围800℃～950℃。(7)热处理：热处理采用单级保温或者多级保温，保温温度范围为：350℃～650℃。(8)定径拉伸，加工成Φ1mm～Φ8mm的丝材产品。

与现有技术相比，本发明的先进之处在于：

1)渗铜剂成分合理，熔渗率高，熔渗后产品表面无侵蚀、无残留，外观均匀，产品致密度、力学性能得到大幅度提高；

2)原料获取方便，可以块状、片状等形式直接使用，不用预先制备成粉末；

3)采用熔炼、铸造、加工工艺，设备简单，操作简便，且突破粉末混合设备产能限制，生产效率大幅度提高；

4)产品为丝状，易于运输、保存。

附图说明

图1是挤压开坯的加工过程示意图。

图2是锻造开坯的加工过程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1：

一种渗铜剂，其配方为Cu-1.5Fe-0.6Mn-3.5Zn-0.08Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气→加入锡和锌→检测成分合格→半连续铸造Φ120mm圆铸锭→锯切成长度600mm的圆锭→铸锭车削表面铸造缺陷→加热至900℃×1h→在800吨挤压机上挤压成Φ25mm坯料，后续加工过程如图1所示。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜，熔渗率达到99.2％，表面质量均匀一致，无溶蚀、无残留，上下表面硬度一致，硬度较未熔渗前提高79.3％，抗拉强度提高63.4％，冲击韧性提高2.7倍。

实施例2：

一种渗铜剂，其配方为Cu-1.8Fe-0.6Mn-3.0Zn-0.1Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气后→加入锡和锌→检测成分合格→半连续铸造Φ120mm×600mm圆铸锭→车削铸锭表面缺陷→加热至900℃×1h→加热至920℃×30min，在锻造机上进行锻造，后续加工过程见图2所示。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜，熔渗率达到99.1％，表面质量均匀一致，无溶蚀、无残留，上下表面硬度一致，硬度较未熔渗前提高82.3％，抗拉强度提高62.4％，冲击韧性提高2.8倍。

实施例3：

一种渗铜剂，其配方为Cu-1.9Fe-0.5Mn-2.5Zn-0.05Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气、扒渣后使用木炭覆盖→加入锡和锌→检测成分合格→铸造Φ30mm盘卷→杆坯加热至850℃热轧至Φ26mm→冷轧至Φ8mm→扒皮→拉伸→热处理→拉伸至Φ2mm→检验。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜，熔渗率达到99.1％，表面质量均匀一致，无溶蚀、无残留，上下表面硬度一致，硬度较未熔渗前提高79.1％，抗拉强度提高64.4％，冲击韧性提高2.9倍。

综上所述，以上实施例说明本发明渗铜剂具有成分合理，熔渗率高，熔渗后产品表面无侵蚀、无残留，外观均匀，产品致密度、力学性能均得到大幅度提高。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于钢铁粉末冶金熔渗过程的渗铜剂，其特征在于：其组分的质量百分比含量如下：

Fe1.0~3.5wt%，

Mn0.3~3.0wt%，

Zn0.5~5.5wt%，

Sn0.01~1.5wt%，

Cu余量。

2.根据权利要求1所述的渗铜剂，其特征在于：产品形状为Φ1.0mm~Φ8.0mm的丝材。

3.根据权利要求1所述的渗铜剂，其特征在于：制备过程主要包括（1）熔炼、（2）铸造、（3）挤压或锻造、（4）轧制、（5）扒皮、（6）拉伸、（7）热处理、（8）定径拉伸等步骤，加工成Φ1mm~Φ8mm丝材产品。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：熔炼设备主要采工频感应炉或中频感应炉，采用电解铜、锌、锡、CuFe中间合金、CuMn中间合金为原材料，按照成分配比，装炉前经过充分除油、脱水、保持清洁干燥，熔化及加料顺序如下：将上述电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气、扒渣，木炭覆盖保护→加入锡和锌→检测成分合格后进行铸造。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：铸造工艺采用半连续铸造或者水平连续铸造，半连续铸造规格为直径Φ95mm~Φ220mm的圆铸锭，以适用于不同吨位的挤压机，水平连续铸造杆坯为直径Φ20mm~Φ35mm的盘卷。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：半连续铸造锭坯采用“挤压或锻造→轧制→扒皮→拉伸”工艺进行加工，挤压或锻造温度为800℃~980℃；水平连续铸造杆坯采用“热轧→冷轧→扒皮→拉伸”工艺进行加工，热轧温度范围800℃~950℃。

7.根据权利要求3所述的制备方法，热处理采用单级保温或者多级保温，保温温度范围为：350℃~650℃。