CN106086727A - 一种高性能粉末冶金齿轮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能粉末冶金齿轮，由以下原料制成：铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、石墨粉、磷酸三丁氧基乙酯、羟基硅油、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、聚乙二醇、乙撑双硬脂酸酰胺、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维、氮化硅、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂。本发明的高性能粉末冶金齿轮，通过特定的成分配比，使得高性能粉末冶金齿轮整体密度均匀，致密度高，延伸率和断面收缩率大，耐磨性、强度和硬度好，材料利用率高，适于大批量快速生产高性能齿轮。

Description

一种高性能粉末冶金齿轮
【技术领域】
本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高性能粉末冶金齿轮。
【背景技术】
齿轮是依靠齿的啮合可靠且无噪声地传输转矩的轮状机械零件，齿轮通过与其它齿状机械零件传动，可实现改变转速与扭矩、改变运动方向和改变运动形式等功能。目前齿轮传动已成为应用最广泛的传动方式。
粉末冶金技术，能够以与制品形状极其相近的形状生产要求高尺寸精度、复杂的形状的部件，能够大幅度地减少切削成本。尤其在齿轮制造领域，粉末冶金法制造齿轮是一种高效、精密、灵活的金属加工工艺，适于大批量低成本生产高强度、高精度公差的齿轮。大大减少了传统钢材机加工所导致的质量、性能差的不足。
但是，现有的粉末冶金零件，由于配方不够完善、混料不均匀，导致材料利用率低，压制成的生坯的不均匀，通过热处理所得的零件的整体密度不均匀，致密度低，延伸率和断面收缩率小，耐磨性、强度和硬度较差。
【发明内容】
本发明提供一种高性能粉末冶金齿轮，以解决现有高性能粉末冶金齿轮整体密度不均匀，致密度低，延伸率和断面收缩率小，耐磨性、强度和硬度较差，材料利用率低，制备成本高等问题。本发明的高性能粉末冶金齿轮，通过特定的成分配比，使得高性能粉末冶金齿轮整体密度均匀，致密度高，延伸率和断面收缩率大，耐磨性、强度和硬度好，材料利用率高，适于大批量快速生产高性能齿轮。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高性能粉末冶金齿轮，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉290-842份、铜粉2-6份、钼粉2-5份、钒粉3-5份、镍粉1-3份、钇粉2-3份、铝粉2-3份、镁粉1-2份、钴粉1-1.5份、铅粉1-1.8份、钢渣粉1.5-2.5份、化铁炉渣粉1-2份、铁合金渣粉1-2份、改性树木灰烬粉0.8-1.2份、石墨粉0.6-1.2份、磷酸三丁氧基乙酯0.6-1份、羟基硅油0.4-0.9份、羟乙基纤维素0.6-0.8份、硬脂酸锌0.3-1份、聚乙二醇0.4-0.8份、乙撑双硬脂酸酰胺0.2-0.4份、脂肪酸0.5-0.8份、碳素纤维0.4-0.7份、玻璃纤维0.3-0.5份、氮化硅0.2-0.3份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.1-0.2份、二氧化硅0.05-0.1份、硫化锰0.03-0.05份、丙烯酸酯0.01-0.03份、抑制剂0.02-0.04份、粘结剂0.06-0.08份、强化剂0.04-0.08份、切削剂0.08-0.12份、润滑剂0.12-0.15份、偶联剂0.1-0.14份、分散剂0.1-0.12份；
所述的粉末原料中各种金属粉末的粒径为200-400目；
所述环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为增粘剂；
所述二氧化硅为抗磨剂；
所述硫化锰为加工助剂；
所述丙烯酸酯为调节剂；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨12-16份、碳化铌10-14份、碳化钽10-12份、氮化钨8-10份、碳化钛10-15份、硫化钼6-8份、氟化铈5-9份、碳8-15份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍9-15份、三铝化钛8-14份、氮化铝6-12份、锌5-10份；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为100-200r/min下搅拌10-14min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为200-300r/min下搅拌12-16min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯类调节剂、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为200-280℃，转速为300-400r/min下搅拌2-4h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为560-620MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在680-700℃下，预烧结45-50min，其中氢气与氮气的体积比为1.8-2.2:97.8-98.2，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率18-22℃/ min，从680-700℃升温至900-940℃，并保温8-12 min；
2）以升温速率23-27℃/ min，从900-940℃升温至1050-1080℃，并保温14-16min；
3）以升温速率12-16℃/ min，从1050-1080℃升温至1180-1200℃，并在此温度下烧结145-150min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为810-830℃，淬火时间为40-50min，然后以升温速率8-12℃/ min升温至920-930℃，保温70-80min，再进行回火，回火温度为220-230℃，回火保温时间为80-85min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到820-860℃，保温5.5-6h，接着冷却至125-128℃，保温6-7h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为720-740℃，保温2.5-2.8h，然后在170-185℃下保温3.5-4h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
进一步地，所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用28%-32%的硫酸浸泡20-25min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.2%-1.8%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌16-18min后出料，烘干、粉碎过500-600目筛子，制得改性树木灰烬粉。
进一步地，所述强化剂为701粉强化剂。
进一步地，所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油12-14份、磷酸三丙酯8-10份、二壬基萘磺酸钙4-6份、2，6-二叔丁基对甲酚5-9份、十二烯基丁二酸5-7份、三乙醇胺硼酸酯8-10份、聚丙烯酰胺6-10份、十二烷基苯磺酸钠7-9份、苯甲酸5-8份、油酸酰胺3-7份、乙二胺四乙酸四钠2-6份、氨基羧酸类螯合剂1-2份、聚乙二醇7-13份。
进一步地，所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚18-38份、氯化石蜡6-12份、氧化镁微粒4-8份、硬脂酸锌6-19份、羧酸酰胺8-12份、醋酸丁脂12-14份、硼酸6-10份、N-甲基吡咯烷酮7-10份、二甲基甲酰胺6-9份。
进一步地，所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂。
进一步地，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明制得的高性能粉末冶金齿轮具有良好的综合性能，其中伸长率达到了17.83%以上，断面收缩率达到了51.13%以上，抗拉强度达到了828.78MPa以上，屈服强度达到了542.83MPa 以上，硬度达到了109.38HRC 以上，材料利用率达到了92.01%以上，致密度达到了91.48%以上；
（2）本发明的高性能粉末冶金齿轮，将钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、树木灰烬粉作为高性能粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了废弃物，有效降低了成本；
（3）本发明的高性能粉末冶金齿轮，通过特定的成分配比，使得高性能粉末冶金齿轮整体密度均匀，致密度高，延伸率和断面收缩率大，耐磨性、强度和硬度好，材料利用率高，适于大批量快速生产高性能齿轮。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在实施例中，所述高性能粉末冶金齿轮，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉290-842份、铜粉2-6份、钼粉2-5份、钒粉3-5份、镍粉1-3份、钇粉2-3份、铝粉2-3份、镁粉1-2份、钴粉1-1.5份、铅粉1-1.8份、钢渣粉1.5-2.5份、化铁炉渣粉1-2份、铁合金渣粉1-2份、改性树木灰烬粉0.8-1.2份、石墨粉0.6-1.2份、磷酸三丁氧基乙酯0.6-1份、羟基硅油0.4-0.9份、羟乙基纤维素0.6-0.8份、硬脂酸锌0.3-1份、聚乙二醇0.4-0.8份、乙撑双硬脂酸酰胺0.2-0.4份、脂肪酸0.5-0.8份、碳素纤维0.4-0.7份、玻璃纤维0.3-0.5份、氮化硅0.2-0.3份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.1-0.2份、二氧化硅0.05-0.1份、硫化锰0.03-0.05份、丙烯酸酯0.01-0.03份、抑制剂0.02-0.04份、粘结剂0.06-0.08份、强化剂0.04-0.08份、切削剂0.08-0.12份、润滑剂0.12-0.15份、偶联剂0.1-0.14份、分散剂0.1-0.12份；
所述的粉末原料中各种金属粉末的粒径为200-400目；
所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用28%-32%的硫酸浸泡20-25min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.2%-1.8%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌16-18min后出料，烘干、粉碎过500-600目筛子，制得改性树木灰烬粉；
所述环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为增粘剂；
所述二氧化硅为抗磨剂；
所述硫化锰为加工助剂；
所述丙烯酸酯为调节剂；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨12-16份、碳化铌10-14份、碳化钽10-12份、氮化钨8-10份、碳化钛10-15份、硫化钼6-8份、氟化铈5-9份、碳8-15份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍9-15份、三铝化钛8-14份、氮化铝6-12份、锌5-10份；
所述强化剂为701粉强化剂；
所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油12-14份、磷酸三丙酯8-10份、二壬基萘磺酸钙4-6份、2，6-二叔丁基对甲酚5-9份、十二烯基丁二酸5-7份、三乙醇胺硼酸酯8-10份、聚丙烯酰胺6-10份、十二烷基苯磺酸钠7-9份、苯甲酸5-8份、油酸酰胺3-7份、乙二胺四乙酸四钠2-6份、氨基羧酸类螯合剂1-2份、聚乙二醇7-13份；所述切削剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将切削油、磷酸三丙酯、二壬基萘磺酸钙、2，6-二叔丁基对甲酚、十二烯基丁二酸、三乙醇胺硼酸酯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸混合均匀，然后将混合物加热至52-58℃；
步骤2，在步骤1所得混合物中加入剩余组分，继续加热至76-92℃，并保温2.5-3.5h，制得切削剂；
所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚18-38份、氯化石蜡6-12份、氧化镁微粒4-8份、硬脂酸锌6-19份、羧酸酰胺8-12份、醋酸丁脂12-14份、硼酸6-10份、N-甲基吡咯烷酮7-10份、二甲基甲酰胺6-9份；所述润滑剂通过以下制备方法制得：
将润滑剂的原料组分加入到反应釜中于420-480℃反应11-19h，固化后然后采用对粒子具有切剪力的锥形磨作为机械分散设备，进行研磨分散，制得润滑剂；
所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；
所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为100-200r/min下搅拌10-14min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为200-300r/min下搅拌12-16min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯类调节剂、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为200-280℃，转速为300-400r/min下搅拌2-4h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为560-620MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在680-700℃下，预烧结45-50min，其中氢气与氮气的体积比为1.8-2.2:97.8-98.2，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率18-22℃/ min，从680-700℃升温至900-940℃，并保温8-12 min；
2）以升温速率23-27℃/ min，从900-940℃升温至1050-1080℃，并保温14-16min；
3）以升温速率12-16℃/ min，从1050-1080℃升温至1180-1200℃，并在此温度下烧结145-150min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为810-830℃，淬火时间为40-50min，然后以升温速率8-12℃/ min升温至920-930℃，保温70-80min，再进行回火，回火温度为220-230℃，回火保温时间为80-85min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到820-860℃，保温5.5-6h，接着冷却至125-128℃，保温6-7h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为720-740℃，保温2.5-2.8h，然后在170-185℃下保温3.5-4h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
实施例1
一种高性能粉末冶金齿轮，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉560份、铜粉4份、钼粉4份、钒粉4份、镍粉2份、钇粉2.5份、铝粉2.5份、镁粉1.5份、钴粉1.2份、铅粉1.4份、钢渣粉2份、化铁炉渣粉1.5份、铁合金渣粉1.5份、改性树木灰烬粉1份、石墨粉0.9份、磷酸三丁氧基乙酯0.8份、羟基硅油0.7份、羟乙基纤维素0.7份、硬脂酸锌0.7份、聚乙二醇0.6份、乙撑双硬脂酸酰胺0.3份、脂肪酸0.7份、碳素纤维0.6份、玻璃纤维0.4份、氮化硅0.2份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.1份、二氧化硅0.08份、硫化锰0.04份、丙烯酸酯0.02份、抑制剂0.03份、粘结剂0.07份、强化剂0.06份、切削剂0.1份、润滑剂0.14份、偶联剂0.12份、分散剂0.11份；
所述的粉末原料中各种金属粉末的粒径为200-400目；
所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用30%的硫酸浸泡22min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.5%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌17min后出料，烘干、粉碎过550目筛子，制得改性树木灰烬粉；
所述环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为增粘剂；
所述二氧化硅为抗磨剂；
所述硫化锰为加工助剂；
所述丙烯酸酯为调节剂；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨14份、碳化铌12份、碳化钽10份、氮化钨9份、碳化钛12份、硫化钼7份、氟化铈7份、碳12份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍12份、三铝化钛11份、氮化铝9份、锌8份；
所述强化剂为701粉强化剂；
所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油13份、磷酸三丙酯9份、二壬基萘磺酸钙5份、2，6-二叔丁基对甲酚7份、十二烯基丁二酸6份、三乙醇胺硼酸酯9份、聚丙烯酰胺8份、十二烷基苯磺酸钠8份、苯甲酸6份、油酸酰胺5份、乙二胺四乙酸四钠4份、氨基羧酸类螯合剂1份、聚乙二醇5份；所述切削剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将切削油、磷酸三丙酯、二壬基萘磺酸钙、2，6-二叔丁基对甲酚、十二烯基丁二酸、三乙醇胺硼酸酯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸混合均匀，然后将混合物加热至55℃；
步骤2，在步骤1所得混合物中加入剩余组分，继续加热至85℃，并保温3h，制得切削剂；
所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚28份、氯化石蜡9份、氧化镁微粒6份、硬脂酸锌12份、羧酸酰胺10份、醋酸丁脂13份、硼酸8份、N-甲基吡咯烷酮8份、二甲基甲酰胺7份；所述润滑剂通过以下制备方法制得：
将润滑剂的原料组分加入到反应釜中于450℃反应15h，固化后然后采用对粒子具有切剪力的锥形磨作为机械分散设备，进行研磨分散，制得润滑剂；
所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；
所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为150r/min下搅拌12min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为250r/min下搅拌14min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯类调节剂、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为240℃，转速为350r/min下搅拌3h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为590MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在690℃下，预烧结48min，其中氢气与氮气的体积比为2:98，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率20℃/ min，从690℃升温至920℃，并保温10 min；
2）以升温速率25℃/ min，从920℃升温至1065℃，并保温15min；
3）以升温速率14℃/ min，从1065℃升温至1180℃，并在此温度下烧结150min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为820℃，淬火时间为45min，然后以升温速率10℃/ min升温至925℃，保温75min，再进行回火，回火温度为225℃，回火保温时间为82min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到840℃，保温5.8h，接着冷却至126℃，保温6.5h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为730℃，保温2.6h，然后在178℃下保温3.8h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
实施例2
一种高性能粉末冶金齿轮，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉290份、铜粉2份、钼粉2份、钒粉3份、镍粉1份、钇粉2份、铝粉2份、镁粉1份、钴粉1份、铅粉1份、钢渣粉1.5份、化铁炉渣粉1份、铁合金渣粉1份、改性树木灰烬粉0.8份、石墨粉0.6份、磷酸三丁氧基乙酯0.6份、羟基硅油0.4份、羟乙基纤维素0.6份、硬脂酸锌0.3份、聚乙二醇0.4份、乙撑双硬脂酸酰胺0.2份、脂肪酸0.5份、碳素纤维0.4份、玻璃纤维0.3份、氮化硅0.2份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.1份、二氧化硅0.05份、硫化锰0.03份、丙烯酸酯0.01份、抑制剂0.02份、粘结剂0.06份、强化剂0.04份、切削剂0.08份、润滑剂0.12份、偶联剂0.1份、分散剂0.1份；
所述的粉末原料中各种金属粉末的粒径为200-400目；
所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用28%的硫酸浸泡25min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.2%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌16min后出料，烘干、粉碎过500目筛子，制得改性树木灰烬粉；
所述环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为增粘剂；
所述二氧化硅为抗磨剂；
所述硫化锰为加工助剂；
所述丙烯酸酯为调节剂；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨12份、碳化铌10份、碳化钽10份、氮化钨8份、碳化钛10份、硫化钼6份、氟化铈5份、碳8份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍9份、三铝化钛8份、氮化铝6份、锌5份；
所述强化剂为701粉强化剂；
所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油12份、磷酸三丙酯8份、二壬基萘磺酸钙4份、2，6-二叔丁基对甲酚5份、十二烯基丁二酸5份、三乙醇胺硼酸酯8份、聚丙烯酰胺6份、十二烷基苯磺酸钠7份、苯甲酸5份、油酸酰胺3份、乙二胺四乙酸四钠2份、氨基羧酸类螯合剂1份、聚乙二醇7份；所述切削剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将切削油、磷酸三丙酯、二壬基萘磺酸钙、2，6-二叔丁基对甲酚、十二烯基丁二酸、三乙醇胺硼酸酯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸混合均匀，然后将混合物加热至52℃；
步骤2，在步骤1所得混合物中加入剩余组分，继续加热至76℃，并保温3.5h，制得切削剂；
所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚18份、氯化石蜡6份、氧化镁微粒4份、硬脂酸锌6份、羧酸酰胺8份、醋酸丁脂12份、硼酸6份、N-甲基吡咯烷酮7份、二甲基甲酰胺6份；所述润滑剂通过以下制备方法制得：
将润滑剂的原料组分加入到反应釜中于420℃反应19h，固化后然后采用对粒子具有切剪力的锥形磨作为机械分散设备，进行研磨分散，制得润滑剂；
所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；
所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为100r/min下搅拌14min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为200r/min下搅拌16min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯类调节剂、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为200℃，转速为300r/min下搅拌4h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为560MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在680℃下，预烧结50min，其中氢气与氮气的体积比为1.8:98.2，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率18℃/ min，从680℃升温至900℃，并保温12 min；
2）以升温速率23℃/ min，从900℃升温至1050℃，并保温16min；
3）以升温速率12℃/ min，从1050℃升温至1200℃，并在此温度下烧结150min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为810℃，淬火时间为50min，然后以升温速率8℃/ min升温至920℃，保温80min，再进行回火，回火温度为220℃，回火保温时间为85min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到820℃，保温6h，接着冷却至125℃，保温7h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为720℃，保温2.8h，然后在170℃下保温4h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
实施例3
一种高性能粉末冶金齿轮，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉842份、铜粉6份、钼粉5份、钒粉5份、镍粉3份、钇粉3份、铝粉3份、镁粉2份、钴粉1.5份、铅粉1.8份、钢渣粉2.5份、化铁炉渣粉2份、铁合金渣粉2份、改性树木灰烬粉1.2份、石墨粉1.2份、磷酸三丁氧基乙酯1份、羟基硅油0.9份、羟乙基纤维素0.8份、硬脂酸锌1份、聚乙二醇0.8份、乙撑双硬脂酸酰0.2-0.4份、脂肪酸0.8份、碳素纤维0.7份、玻璃纤维0.5份、氮化硅0.3份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.2份、二氧化硅0.1份、硫化锰0.05份、丙烯酸酯0.03份、抑制剂0.04份、粘结剂0.08份、强化剂0.08份、切削剂0.12份、润滑剂0.15份、偶联剂0.14份、分散剂0.12份；
所述的粉末原料中各种金属粉末的粒径为200-400目；
所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用32%的硫酸浸泡20min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.8%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌18min后出料，烘干、粉碎过600目筛子，制得改性树木灰烬粉；
所述环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷为增粘剂；
所述二氧化硅为抗磨剂；
所述硫化锰为加工助剂；
所述丙烯酸酯为调节剂；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨16份、碳化铌14份、碳化钽12份、氮化钨10份、碳化钛15份、硫化钼8份、氟化铈9份、碳15份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍15份、三铝化钛14份、氮化铝12份、锌10份；
所述强化剂为701粉强化剂；
所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油14份、磷酸三丙酯10份、二壬基萘磺酸钙6份、2，6-二叔丁基对甲酚9份、十二烯基丁二酸7份、三乙醇胺硼酸酯10份、聚丙烯酰胺10份、十二烷基苯磺酸钠9份、苯甲酸8份、油酸酰胺7份、乙二胺四乙酸四钠6份、氨基羧酸类螯合剂2份、聚乙二醇13份；所述切削剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将切削油、磷酸三丙酯、二壬基萘磺酸钙、2，6-二叔丁基对甲酚、十二烯基丁二酸、三乙醇胺硼酸酯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、苯甲酸混合均匀，然后将混合物加热至58℃；
步骤2，在步骤1所得混合物中加入剩余组分，继续加热至92℃，并保温2.5h，制得切削剂；
所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚38份、氯化石蜡12份、氧化镁微粒8份、硬脂酸锌19份、羧酸酰胺12份、醋酸丁脂14份、硼酸10份、N-甲基吡咯烷酮10份、二甲基甲酰胺9份；所述润滑剂通过以下制备方法制得：
将润滑剂的原料组分加入到反应釜中于480℃反应11h，固化后然后采用对粒子具有切剪力的锥形磨作为机械分散设备，进行研磨分散，制得润滑剂；
所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂；
所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为200r/min下搅拌10min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为300r/min下搅拌12min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯类调节剂、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为280℃，转速为400r/min下搅拌2h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为620MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在700℃下，预烧结45min，其中氢气与氮气的体积比为2.2:97.8，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率22℃/ min，从700℃升温至940℃，并保温8 min；
2）以升温速率27℃/ min，从940℃升温至1080℃，并保温14min；
3）以升温速率16℃/ min，从1080℃升温至1200℃，并在此温度下烧结145min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为830℃，淬火时间为40min，然后以升温速率12℃/ min升温至930℃，保温70min，再进行回火，回火温度为230℃，回火保温时间为80min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到860℃，保温5.5h，接着冷却至128℃，保温6h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为740℃，保温2.5h，然后在185℃下保温3.5h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
对实施例1-3制得高性能粉末冶金齿轮进行性能测试，结果如下表所示。
实施例 伸长率（%） 断面收缩率（%） 抗拉强度（MPa） 屈服强度（MPa） 硬度（HRC） 材料利用率（%） 致密度（%）
1 18.24 53.95 867.17 567.79 122.25 92.54 92.17
2 17.83 51.13 828.78 542.83 109.38 92.01 91.48
3 18.41 56.51 897.42 589.36 134.03 93.09 92.68
从上表结果可以看出，本发明制得的高性能粉末冶金齿轮具有良好的综合性能，其中伸长率达到了17.83%以上，断面收缩率达到了51.13%以上，抗拉强度达到了828.78MPa以上，屈服强度达到了542.83MPa 以上，硬度达到了109.38HRC 以上，材料利用率达到了92.01%以上，致密度达到了91.48%以上，可见本发明制得的高性能粉末冶金齿轮整体密度均匀，致密度高，延伸率和断面收缩率大，耐磨性、强度和硬度较好，材料利用率高。
以上内容不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，以重量为单位，由以下原料制成：铁粉290-842份、铜粉2-6份、钼粉2-5份、钒粉3-5份、镍粉1-3份、钇粉2-3份、铝粉2-3份、镁粉1-2份、钴粉1-1.5份、铅粉1-1.8份、钢渣粉1.5-2.5份、化铁炉渣粉1-2份、铁合金渣粉1-2份、改性树木灰烬粉0.8-1.2份、石墨粉0.6-1.2份、磷酸三丁氧基乙酯0.6-1份、羟基硅油0.4-0.9份、羟乙基纤维素0.6-0.8份、硬脂酸锌0.3-1份、聚乙二醇0.4-0.8份、乙撑双硬脂酸酰胺0.2-0.4份、脂肪酸0.5-0.8份、碳素纤维0.4-0.7份、玻璃纤维0.3-0.5份、氮化硅0.2-0.3份、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷0.1-0.2份、二氧化硅0.05-0.1份、硫化锰0.03-0.05份、丙烯酸酯0.01-0.03份、抑制剂0.02-0.04份、粘结剂0.06-0.08份、强化剂0.04-0.08份、切削剂0.08-0.12份、润滑剂0.12-0.15份、偶联剂0.1-0.14份、分散剂0.1-0.12份；
所述抑制剂，以重量份为单位，由以下原料制成：碳化钨12-16份、碳化铌10-14份、碳化钽10-12份、氮化钨8-10份、碳化钛10-15份、硫化钼6-8份、氟化铈5-9份、碳8-15份；
所述粘结剂，以重量份为单位，由以下原料制成：铝化镍9-15份、三铝化钛8-14份、氮化铝6-12份、锌5-10份；
所述高性能粉末冶金齿轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：将铁粉、铜粉、钼粉、钒粉、镍粉、钇粉、铝粉、镁粉、钴粉、铅粉、石墨粉、聚乙二醇、脂肪酸、碳素纤维、玻璃纤维加入到搅拌机中，在转速为100-200r/min下搅拌10-14min，制得混合物A；
S2：将磷酸三丁氧基乙酯、羟乙基纤维素、硬脂酸锌、乙撑双硬脂酸酰胺、氮化硅加入搅拌机中在转速为200-300r/min下搅拌12-16min，制得混合物B；
S3：将步骤S1制得的混合物A、步骤S2制得的混合物B、钢渣粉、化铁炉渣粉、铁合金渣粉、改性树木灰烬粉、羟基硅油、环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二氧化硅、硫化锰、丙烯酸酯、抑制剂、粘结剂、强化剂、切削剂、润滑剂、偶联剂、分散剂加入到搅拌机中，在温度为200-280℃，转速为300-400r/min下搅拌2-4h，制得混合物C；
S4：将步骤S3制得的混合物C放入压机，由压机将所述混合物C送入预设的产品模具中，并在压力为560-620MPa下压制成生坯件；
S5：将步骤S4制得的生坯件放在烧结炉中，在氢气和氮气混合气体的保护气氛中，先在680-700℃下，预烧结45-50min，其中氢气与氮气的体积比为1.8-2.2:97.8-98.2，然后按以下升温和温度进行烧结：
1）以升温速率18-22℃/ min，从680-700℃升温至900-940℃，并保温8-12 min；
2）以升温速率23-27℃/ min，从900-940℃升温至1050-1080℃，并保温14-16min；
3）以升温速率12-16℃/ min，从1050-1080℃升温至1180-1200℃，并在此温度下烧结145-150min，制得工件；
S6：将步骤S5制得的工件进行淬火，淬火温度为810-830℃，淬火时间为40-50min，然后以升温速率8-12℃/ min升温至920-930℃，保温70-80min，再进行回火，回火温度为220-230℃，回火保温时间为80-85min，制得低温回火后的高性能粉末冶金齿轮；
S7：将步骤S6制得的低温回火后的高性能粉末冶金齿轮在渗碳炉中，在气态的渗碳介质中加热到820-860℃，保温5.5-6h，接着冷却至125-128℃，保温6-7h，再接着冷却到室温，制得渗碳后的高性能粉末冶金齿轮；
S8：将步骤S7制得的渗碳后的高性能粉末冶金齿轮送入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，蒸汽温度为720-740℃，保温2.5-2.8h，然后在170-185℃下保温3.5-4h，最后自然冷却到室温，制得高性能粉末冶金齿轮产品。
2.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述改性树木灰烬粉通过以下方法制备而成：将树木灰烬先用28%-32%的硫酸浸泡20-25min，然后用氢氧化钠溶液中和，再用去离子水冲洗去杂，再和NDZ-311钛酸酯偶联剂混合，所述NDZ-311钛酸酯偶联剂的用量为树木灰烬重量的1.2%-1.8%，以喷雾形式加入高速混料机中，搅拌16-18min后出料，烘干、粉碎过500-600目筛子，制得改性树木灰烬粉。
3.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述强化剂为701粉强化剂。
4.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述切削剂以重量为单位，由以下原料制成：切削油12-14份、磷酸三丙酯8-10份、二壬基萘磺酸钙4-6份、2，6-二叔丁基对甲酚5-9份、十二烯基丁二酸5-7份、三乙醇胺硼酸酯8-10份、聚丙烯酰胺6-10份、十二烷基苯磺酸钠7-9份、苯甲酸5-8份、油酸酰胺3-7份、乙二胺四乙酸四钠2-6份、氨基羧酸类螯合剂1-2份、聚乙二醇7-13份。
5.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述润滑剂，以重量为单位，由以下原料制成：聚乙烯基异丁醚18-38份、氯化石蜡6-12份、氧化镁微粒4-8份、硬脂酸锌6-19份、羧酸酰胺8-12份、醋酸丁脂12-14份、硼酸6-10份、N-甲基吡咯烷酮7-10份、二甲基甲酰胺6-9份。
6.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述偶联剂为环氧硅烷类偶联剂。
7.根据权利要求1所述的高性能粉末冶金齿轮，其特征在于，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
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