CN107893194A - 一种高性能扳手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能扳手及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。高性能扳手原料成分及百分含量为：Pd：0.1‑1％、Au：0.2‑0.6％、Cu：0.4‑0.6％、Ni：2‑4％、Li：0.5‑1.5％、余量为Fe。原材料中加入脱气剂锂，会与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物，提高合金的机械性能。添加Pd元素可以在预合金化时细化晶粒，同时提高合金的抗腐蚀性，改善机械性能，改善合金色泽。同时，利用微生物‑化学法能更快获得合金粉末，且溶液中的金属元素析出比例超过99％。

Description

一种高性能扳手
技术领域
本发明涉及一种高性能扳手，具体涉及粉末冶金扳手，属于粉末冶金技术领域。
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。粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金过程，和字面吻合。而粉末冶金制品则常远远超出材料和冶金的范畴，往往是跨多学科的技术。
粉末冶金合金钢是指用粉末冶金方法制备的以铁为基础，加入一定量的铜、镍、锰等元素并控制其他含量而组成的合金体系。粉末冶金合金钢具有高强度、高硬度和一定的延性，特别适合于作结构材料，因此被广泛应用于国防工业和民用工业中，尤其在汽车、摩托车、枪械和家电行业中占有重要地位。
而传统的扳手通常采用压力加工，使钢(坯、锭等)产生变形，然后根据钢材加工温度不同分冷加工和热加工两种。钢材的主要加工方法有：轧制、铸造、拉拨、挤压等。传统加工方法不仅工序繁多，而且在产品的性能如强度、硬度等也有所欠缺。
针对传统合金钢硬度低，不耐磨等缺点，公开号106244936A公开了一种通过提高合金球中碳、铬、钼的含量来提高产品的强度、硬度和耐磨性。然而，单纯的提高合金中某些元素的含量并不能很好的解决合金钢的抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性以及降低钢中杂质元素。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供高抗拉强度、高屈服强度、耐腐蚀以及降低钢中杂质元素的高性能扳手。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高性能扳手，所述的高性能扳手由如下成分及其质量百分比组成：Pd：0.1-1％、Au：0.2-0.6％、Cu：0.4-0.6％、Ni：2-4％、Li：0.5-1.5％、余量为Fe。
传统合金钢通常使用锰作为脱氧剂和脱硫剂，虽然锰具有资源丰富、效能多样的特点，但是锰会增加钢晶粒粗化的倾向。本发明合金钢的原材料中加入脱气剂锂，因锂的化学活性较强，将锂加入合金钢中，锂就会与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物，不仅除去这些气体，更使得金属变得致密，还能消除金属中的气泡及其它缺陷，从而改善金属的结构，提高合金的机械性能。而添加Pd元素可以在预合金化时细化晶粒，同时提高合金的抗腐蚀性，改善机械性能，改善合金色泽。选择贵金属中常见的Au作为添加元素，能改善合金的亲和性，提高合金的使用范围。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：
一种高性能扳手的制备工艺，所述的方法包括如下步骤：
(1)制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，利用酸将各种金属分别进行溶解，再将各金属酸液于容器中混合，调节Ph后加入微生物，同时加入保护剂与还原剂，反应得合金粉末；
(2)成形：将合金粉末填入模具，外加压力得合金坯件；
(3)烧结：将合金坯件置于真空中，在1000-1500℃下烧结成合金件，保温5-15h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品；
(4)表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光后得成品。
本发明先利用强酸对金属进行溶解，可以很大程度上去除金属中的杂质元素，提高合金的金属含量占比，并利用微生物对金属元素的亲和性，使得各金属元素汇集到微生物表面，提高各金属元素交互、碰撞从而促进合金粉末的形成。相较于传统的球磨法等方法制备金属粉末，微生物-化学法能更快获得合金成分，且溶液中的金属元素析出比例超过99％。同时，粉末冶金工艺取代传统的轧制、铸造、拉拨、挤压等钢加工流程，不仅减少了加工工序，而且可以将产品一次成型，避免因后续尺寸加工而增加报废率，同时也使得产品在抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性获得极大的提升。
最后，本发明通过在合金表面利用脉冲激光进行表面微冶金化形成多元合金相保护膜，极大地增强了产品的耐磨、耐蚀性。
作为优选，在步骤(1)中，Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解。强酸能较好的溶解金属，同时便于溶液pH的调控，利于微生物存活。
进一步优选，王水溶解的Pd、Ag与稀硝酸溶解的Cu还进行赶硝处理。溶液中的溶解NOx会极大干扰细菌对金属的吸附能力，必须提前除去。
作为优选，步骤(1)中混合酸液用NaOH或NaCO3调节pH至2.5-3.5。调节pH使得细菌在最佳环境下活动。
作为优选，步骤(1)中所述微生物为大肠杆菌、酵母菌、枯草杆菌中的一种或多种。选择细菌种类能提升吸附效率。
作为优选，步骤(1)中所述还原剂为抗坏血酸、柠檬酸中的一种或两种。还原剂有利于菌群生长。
作为优选，步骤(1)中所述保护剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三乙基溴化铵中的一种或两种。保护剂能保护细菌不受外界溶液的高浓度影响。
作为优选，步骤(2)中所述外加压力为3-7个大气压。高压能使得粉末之间紧密结合，避免缝隙过大造成烧结时开裂。
作为优选，步骤(4)中脉冲激光的间隔时间为3-5s，激光波长为100-300nm。选用脉冲激光可以在间接的时间里，降低产品表面温度，避免产品变形。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)原料中的锂加入合金中，与合金中的氢、氧、硫、氮等气体元素发生反应生成密度小而熔点低的化合物，不仅除去这些气体，更使得金属变得致密。
(2)Pd元素可以细化晶粒，提高合金的抗腐蚀性，改善机械性能，改善合金色泽。
(3)选择贵金属常见的Au作为添加元素，能改善合金的亲和性，提高合金的使用范围。
(4)采用微生物吸附技术，能有效提高制取粉末的速度，节省时间成本。
(5)表面添加Mg并以脉冲激光处理，能控制产品表面温度，同时形成多元合金相，提高产品的耐蚀、耐磨性能。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，包括Pd：0.5％、Au：0.4％、Cu：0.5％、Ni：3％、Li：1％、余量为Fe。其中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解，前两者进行赶硝处理，再将溶解后的金属液混合置于容器中，加入NaCO3调节pH至3，然后加入大肠杆菌，同时加入还原剂抗坏血酸和保护剂十二烷基硫酸钠，反应后得合金粉末。
成形：将合金粉末填入模具，外加5个大气压力得合金坯件。
烧结：将合金坯件置于真空中，在1250℃下烧结成合金件，保温10h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品。
表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光，控制脉冲激光的间隔时间为4s，激光波长为200nm得扳手成品。
实施例2
制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，包括Pd：0.1％、Au：0.2％、Cu：0.4％、Ni：2％、Li：0.5％、余量为Fe。其中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解，前两者进行赶硝处理，再将溶解后的金属液混合置于容器中，加入NaCO3调节pH至2.5，然后加入酵母菌，同时加入还原剂抗坏血酸和保护剂十二烷基硫酸钠，反应后得合金粉末。
成形：将合金粉末填入模具，外加3个大气压力得合金坯件。
烧结：将合金坯件置于真空中，在1250℃下烧结成合金件，保温10h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品。
表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光，控制脉冲激光的间隔时间为4s，激光波长为200nm得扳手成品。
实施例3
制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，包括Pd：1％、Au：0.6％、Cu：0.6％、Ni：4％、Li：1.5％、余量为Fe。其中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解，前两者进行赶硝处理，再将溶解后的金属液混合置于容器中，加入NaCO3调节pH至3.5，然后加入枯草杆菌，同时加入还原剂抗坏血酸和保护剂十二烷基硫酸钠，反应后得合金粉末。
成形：将合金粉末填入模具，外加7个大气压力得合金坯件。
烧结：将合金坯件置于真空中，在1250℃下烧结成合金件，保温10h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品。
表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光，控制脉冲激光的间隔时间为4s，激光波长为200nm得扳手成品。
实施例4
制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，包括Pd：0.5％、Au：0.4％、Cu：0.5％、Ni：3％、Li：1％、余量为Fe。其中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解，前两者进行赶硝处理，再将溶解后的金属液混合置于容器中，加入NaCO3调节pH至3，然后加入大肠杆菌，同时加入还原剂抗坏血酸和保护剂十二烷基硫酸钠，反应后得合金粉末。
成形：将合金粉末填入模具，外加5个大气压力得合金坯件。
烧结：将合金坯件置于真空中，在1000℃下烧结成合金件，保温5h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品。
表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光，控制脉冲激光的间隔时间为3s，激光波长为100nm得扳手成品。
实施例5
制粉：按上述扳手成分及其质量百分比称取原料，包括Pd：0.5％、Au：0.4％、Cu：0.5％、Ni：3％、Li：1％、余量为Fe。其中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解，前两者进行赶硝处理，再将溶解后的金属液混合置于容器中，加入NaCO3调节pH至3，然后加入大肠杆菌，同时加入还原剂抗坏血酸和保护剂十二烷基硫酸钠，反应后得合金粉末。
成形：将合金粉末填入模具，外加5个大气压力得合金坯件。
烧结：将合金坯件置于真空中，在1500℃下烧结成合金件，保温15h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品。
表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光，控制脉冲激光的间隔时间为5s，激光波长为300nm得扳手成品。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1制粉中不添加还原剂与保护剂。
对比例2-3
与实施例1的区别仅在于，对比例2-3分别在500℃、2000℃下烧结。
对比例4-5
与实施例1的区别仅在于，对比例4-5的脉冲激光的间隔时间分别为1s、10s。
将实施例1-5及对比例1-5中的产品进行测试，测试其强度、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：
表1：实施例1-5及对比例1-5中产品的性能
由表中数据可以看出，还原剂与保护剂对微生物的生长及存活有很大的影响，而本发明正是利用了微生物对金属离子的吸附、聚合性能，能在极短的时间内合成并分离出合金粉末，与传统的机械制粉工艺相比，不仅耗时短，粉末颗粒也更均匀。同时，脉冲的间隔时间对产品表面防护有较大影响，若间隔时间过短，热量散发不及时，易造成表面熔裂，若间隔时间过长，表面已经固化，造成防护膜过薄，表中的数据为产品表面开始出现锈蚀的时间。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种高性能扳手，其特征在于，所述的高性能扳手由如下成分及其质量百分比组成：Pd：0.1-1％、Au：0.2-0.6％、Cu：0.4-0.6％、Ni：2-4％、Li：0.5-1.5％、余量为Fe。
2.一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
(1)制粉：按权利要求1中一种高性能扳手成分及其质量百分比称取原料，利用酸将各种金属分别进行溶解，再将各金属酸液于容器中混合，调节pH后加入微生物，同时加入保护剂与还原剂，反应得合金粉末；
(2)成形：将合金粉末填入模具，外加压力得合金坯件；
(3)烧结：将合金坯件置于真空中，在1000-1500℃下烧结成合金件，保温5-15h，最后将合金件经切削、机加工后得扳手半成品；
(4)表面处理：向扳手半成品表面覆上一层Mg粉，再施加脉冲激光后得成品。
3.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中Pd、Au均用王水溶解，Cu用稀硝酸溶解，Ni、Li、Fe均用盐酸溶解。
4.根据权利要求3所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，王水分别溶解Pd、Ag后、稀硝酸溶解Cu后都还包括赶硝处理。
5.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中混合酸液用NaOH或NaCO3调节pH至2.5-3.5。
6.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述微生物为大肠杆菌、酵母菌、枯草杆菌中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述还原剂为抗坏血酸、柠檬酸中的一种或两种。
8.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(1)中所述保护剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三乙基溴化铵中的一种或两种。
9.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(2)中所述外加压力为3-7个大气压。
10.根据权利要求2所述的一种高性能扳手的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中脉冲激光的间隔时间为3-5s，激光波长为100-300nm。
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