CN107737919A - 一种铁基粉末冶金材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粉末冶金制造领域，尤其涉及一种铁基粉末冶金材料的制备方法。本发明通过铁粉、镍粉等金属粉末进行混合物，同时增添了碳化钙，利用高压进行挤压，使粉末间的金属充分混合，在高温煅烧过程中，通过高温中利用碳化钙的分解，释放二氧化碳，是金属中产生孔隙，形成的氧化钙储存在孔隙中，提高了冶金材料的耐腐蚀性能，同时利用孔隙，实现石墨更好的碳渗，提高冶金材料的性能，再将其与二氧化硅进行混合球磨，增加物料间的混合性，通过高温烧结及掺杂金属的催化作用下，利用二氧化硅与石墨的作用，形成碳化硅，而增加的硅元素对冶金材料中的孔隙进行进一步的填充，降低了孔隙率，增加了冶金材料的性能。

Description

一种铁基粉末冶金材料的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金制造领域，尤其涉及一种铁基粉末冶金材料的制备方法。
背景技术
近年来，粉末冶金工业发展迅速。铁粉，特别是合金铁粉的需求量随着汽车工业的发展而不断增加，人们对铁基烧结结构零件的性能要求也越来越高，对进、排气门座、凸轮轴等重要零件的耐热、耐磨等性能提出了更高的要求，因而开发高密度、高强度、高塑性粉末冶金结构钢，拓宽粉末冶金钢的应用领域是粉末冶金目前的研究发展方向。
粉末冶金技术是用金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合料经过成形和烧结制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的技术，其是一种无切屑或少切屑的加工方法，金属利用率几乎达到100%，具有生产率高、材料利用率高等优点。因此被广泛使用于各种行业。粉末冶金机械化程度高，既能减少人员，又能提高效率，进而节约成本。粉末冶金技术能取代传统的制造工艺，为广大传统企业节约成本。
目前以铁粉作为主要成分的粉末冶金材料应用的最多，应用范围也最广，然而，现有的粉末冶金配方及工艺仍然具有局限性，工艺步骤较为繁多导致了能源的浪费和生产效率的低下，产品也存在着拉伸强度和硬度较低的问题。此外，铁基粉末冶金材料不可避免地存在孔隙。由于孔隙的存在使材料的表面积增大，表面能增加，并且腐蚀介质容易浸人材料内部，在不均匀组织之间产生微电池腐蚀，比相同成分的致密材料更易于腐蚀。
同时随着工业的不断发展，对于这一类型材料的性能要求也越来越高，不仅需要物理性能优异的粉末冶金材料，同时也需要进一步提高材料的化学性能，其中重要一方面就是要改善目前铁基粉末冶金材料含有较高的孔隙度，从而使其更易被腐蚀磨损的问题，以此来提高材料的耐腐蚀防锈性能。因此，发明生产一种低成本且性能优良的铁基粉末冶金材料，以此来适用于市场的需求，是一件十分重要的事情。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前铁基粉末冶金材料含有较高的孔隙度，从而使其更容易被腐蚀的问题，本发明提供了一种铁基粉末冶金材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种铁基粉末冶金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，60～65份铁粉、15～20份镍粉、10～13份碳化钙、8～11份石墨、4～6份钴粉及1～3份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中进行球磨，收集球磨物，并将球磨物放入模具中进行压制，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下进行烧结，收集烧结物，对烧结物进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置，过滤，收集滤渣；
（4）将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中进行碾磨，收集碾磨物，放入压机中进行压制，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，得铁基粉末冶金材料。
所述步骤（2）中压制的条件为压力720～740MPa。
所述步骤（3）中烧结条件为温度1150～1280℃，时间为1～2h。
所述步骤（4）中滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌的质量比为9:2:1.2～1.6。
所述步骤（5）中烧结温度为1500～1600℃，烧结温度为50～70min。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明通过铁粉、镍粉等金属粉末进行混合物，同时增添了碳化钙，利用高压进行挤压，使粉末间的金属充分混合，在高温煅烧过程中，通过高温中利用碳化钙的分解，释放二氧化碳，是金属中产生孔隙，形成的氧化钙储存在孔隙中，提高了冶金材料的耐腐蚀性能，同时利用孔隙，实现石墨更好的碳渗，提高冶金材料的性能，再将其与二氧化硅进行混合球磨，增加物料间的混合性，通过高温烧结及掺杂金属的催化作用下，利用二氧化硅与石墨的作用，形成碳化硅，而增加的硅元素对冶金材料中的孔隙进行进一步的填充，降低了孔隙率，增加了冶金材料的性能。
具体实施方式
一种铁基粉末冶金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，60～65份铁粉、15～20份镍粉、10～13份碳化钙、8～11份石墨、4～6份钴粉及1～3份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中，在加入原料质量6～8倍的直径为30mm的钢球，以800r/min球磨1～2h，收集球磨物，并将球磨物放入模具中，并将模具置于液压机中，在720～740MPa进行压制，压制时间为40～50min，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下，以15℃/min升温至870℃，保温40min，再升温至1150～1280℃，时间为1～2h，收集烧结物，将烧结物放入粉碎机中，以900r/min进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置35min，过滤，收集滤渣；
（4）按质量比为9:2:1.2～1.6，将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中，以700r/min进行碾磨50min，收集碾磨物，放入压机中，以650MPa进行压制，压制时间为30～40min，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，烧结温度为1500～1600℃，烧结温度为50～70min，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，在320～330℃下处理2h，再在120～140℃下处理1～3h，冷却至室温，得铁基粉末冶金材料。
实施例1
一种铁基粉末冶金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，60份铁粉、15份镍粉、10份碳化钙、8份石墨、4份钴粉及1份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中，在加入原料质量6倍的直径为30mm的钢球，以800r/min球磨1h，收集球磨物，并将球磨物放入模具中，并将模具置于液压机中，在720MPa进行压制，压制时间为40min，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下，以15℃/min升温至870℃，保温40min，再升温至1150℃，时间为1h，收集烧结物，将烧结物放入粉碎机中，以900r/min进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置35min，过滤，收集滤渣；
（4）按质量比为9:2:1.2，将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中，以700r/min进行碾磨50min，收集碾磨物，放入压机中，以650MPa进行压制，压制时间为30min，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结温度为50min，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，在320℃下处理2h，再在120℃下处理1h，冷却至室温，得铁基粉末冶金材料。
实施例2
一种铁基粉末冶金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，63份铁粉、17份镍粉、11份碳化钙、9份石墨、5份钴粉及2份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中，在加入原料质量7倍的直径为30mm的钢球，以800r/min球磨1h，收集球磨物，并将球磨物放入模具中，并将模具置于液压机中，在730MPa进行压制，压制时间为45min，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下，以15℃/min升温至870℃，保温40min，再升温至1200℃，时间为1h，收集烧结物，将烧结物放入粉碎机中，以900r/min进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置35min，过滤，收集滤渣；
（4）按质量比为9:2:1.4，将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中，以700r/min进行碾磨50min，收集碾磨物，放入压机中，以650MPa进行压制，压制时间为35min，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，烧结温度为1550℃，烧结温度为60min，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，在325℃下处理2h，再在130℃下处理2h，冷却至室温，得铁基粉末冶金材料。
实施例3
一种铁基粉末冶金材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，65份铁粉、20份镍粉、13份碳化钙、11份石墨、6份钴粉及3份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中，在加入原料质量8倍的直径为30mm的钢球，以800r/min球磨2h，收集球磨物，并将球磨物放入模具中，并将模具置于液压机中，在740MPa进行压制，压制时间为50min，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下，以15℃/min升温至870℃，保温40min，再升温至1280℃，时间为2h，收集烧结物，将烧结物放入粉碎机中，以900r/min进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置35min，过滤，收集滤渣；
（4）按质量比为9:2:1.6，将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中，以700r/min进行碾磨50min，收集碾磨物，放入压机中，以650MPa进行压制，压制时间为40min，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，烧结温度为1600℃，烧结温度为70min，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，在330℃下处理2h，再在140℃下处理3h，冷却至室温，得铁基粉末冶金材料。
对比例：苏州某粉末冶金制品有限公司生产的铁基粉末冶金材料
方法：将实施例与对比例的铁基粉末材料制备成大小为40mm×40mm的试样。
根据GB／T3489—1983进行铁基粉末冶金材料的孔隙度、硬度测量。
采用水雾试验的方法，将蒸馏水喷洒在试样表面，随后将试样暴露放置于大气中。腐蚀试验的时间为一周，以此来检测铁基粉末冶金材料的耐腐蚀性。
铁基粉末冶金材料的检测情况如表1
表1
检测项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
孔隙率（%） 47.25 36.21 25.3 68.7
硬度（HRB） 46 51 60 37
腐蚀率（%） 39 33 25 60
由上可知，本发明所生产的铁基粉末冶金材料孔隙度低，耐腐蚀性能强，是一种高质量的铁基粉末材料，值得推广和使用。

Claims (5)

1.一种铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
（1）按重量份数计进行取原料，60～65份铁粉、15～20份镍粉、10～13份碳化钙、8～11份石墨、4～6份钴粉及1～3份钼粉；
（2）将原料放入球磨机中进行球磨，收集球磨物，并将球磨物放入模具中进行压制，脱模，得坯件；
（3）将坯件放入烧结炉中，在氢气氛围下进行烧结，收集烧结物，对烧结物进行粉碎，收集粉碎物，将粉碎物浸泡在80℃水中，静置，过滤，收集滤渣；
（4）将滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌放入碾磨机中进行碾磨，收集碾磨物，放入压机中进行压制，得基坯；
（5）将基坯放入烧结炉中，在分解氨的保护下进行烧结，收集烧结物，得初模，并将初模放入蒸汽炉内，进行蒸汽处理，得铁基粉末冶金材料。
2.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中压制的条件为压力720～740MPa。
3.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中烧结条件为温度1150～1280℃，时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中滤渣与二氧化硅、硬脂酸锌的质量比为9:2:1.2～1.6。
5.根据权利要求1所述的铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中烧结温度为1500～1600℃，烧结温度为50～70min。
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