CN110735106B - 铁基烧结硫化材料及其制备方法和铁基侧板、配油盘 - Google Patents

铁基烧结硫化材料及其制备方法和铁基侧板、配油盘 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铁基烧结硫化材料，其材料成分包括Fe、Cu、S，显微组织存在有Cu2S。还提供铁基烧结硫化材料的制备方法，将原料，经过混料、压制、烧结，通过涂覆方式将硫磺涂覆到烧结材料的表面，置于高于硫磺熔点的温度中，保温，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料。在硫化工序中，涂覆在烧结材料表面的硫磺，经过保温进入烧结材料的孔隙中，并与孔隙周边的Cu发生反应，生成Cu2S。而Cu2S为减摩组元，可以改善烧结材料的减摩效果，降低摩擦因数。同时还公开了由铁基烧结硫化材料制成的齿轮泵侧板、叶片泵或柱塞泵配油盘。

Description

铁基烧结硫化材料及其制备方法和铁基侧板、配油盘
技术领域
本发明属于粉末冶金烧结材料领域，尤其是涉及铁基烧结硫化材料及其制备方法和铁基机械零件。
背景技术
粉末冶金工艺作为常见的金属成型方式，具有材料利用率高、可批量模压成形、生产效率高等特点，其产品已经在机械、航空等领域中得到了广泛应用。在粉末冶金材料中用量最大、用途最广的是铁基材料。
铁基粉末冶金材料强度和硬度高、耐磨性能好，已在滑动轴承、汽车零件和液压元件等领域得到广范应用。但随着现代工业的发展，在一些对摩擦性能要求较高的场合，铁基粉末冶金零件常出现摩擦副表面易发生黏着磨损甚至咬合。目前制作粉末冶金减摩材料是用粉末冶金工艺的重要用途之一，一般分为两类，一是在材料孔隙中浸有润滑油，这类材料在摩擦过程中依靠自身或表层含有的润滑剂进行润滑，具有自润滑效果；另一类是钢与烧结合金的复合材料﹐如在钢带上烧结一层铜铅合金粉末等。烧结减摩材料的发展趋向是提高材料的承载能力或增加材料的减摩效果。
发明内容
本发明的目的是提供铁基烧结硫化材料及其制备方法，以提高铁基烧结材料的减摩效果。
本发明的另一个发明目的是提供经上述铁基烧结硫化材料制备而成的铁基机械零件，如齿轮泵侧板、叶片泵或柱塞泵配油盘。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种铁基烧结硫化材料，其材料成分包括Fe、Cu、S，显微组织存在有Cu2S。
进一步，该材料中化学成分Cu的质量百分比含量为5-30％。
更进一步，所述的Cu2S分布于该材料显微组织的孔隙中。
更进一步，该材料显微组织还存在着Cu相，显微组织的孔隙中还包括S相。
更进一步，该材料的显微组织还包括铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、石墨中的一种或几种。
优选的，该材料的化学成分还包括C、Mo、Ni。
本发明的第二个目的是提供上述铁基烧结硫化材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备烧结材料：将原料经过混料、压制、烧结，制备得烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过涂覆方式将硫磺涂覆到烧结材料的表面，得到涂覆材料；
(3)硫化工序：将涂覆材料置于高于硫磺熔点的温度中，保温，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料。
更进一步，所述涂覆方式包括喷涂、雾化、筛分，所述的高于硫磺熔点的温度为118℃-160℃，所述的保温时间为10-100min；所述硫化工序的气氛为空气气氛、保护气氛。
为获得较好的效果，硫磺涂覆中，硫磺的量占烧结材料孔隙率的20％-80％较好。因硫磺量较小，效果不明显，硫磺量较大，硫化工序后材料表面会有硫磺残留。
本发明的第三个目的是提供一种铁基机械零件，所述铁基烧结硫化机械零件由铁基烧结硫化材料经过浸油工序和机械加工工序得到；在浸油工序前或后还可以包括整形工序。所述的铁基机械零件包括但不限于：叶片泵或柱塞泵配油盘、齿轮泵侧板、汽车空调用斜盘。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
烧结材料存在着孔隙，把硫磺涂覆到烧结材料的表面，在硫化工序中，涂覆在烧结材料表面的硫磺，经过保温，可以进入烧结材料的孔隙中。由于烧结材料基体中含有Cu，进入孔隙中的硫磺，能够与孔隙周边的Cu发生反应，生成Cu2S。而Cu2S为减摩组元，可以改善烧结材料的减摩效果，降低摩擦因数。
在本发明所述的硫化工序条件下，硫磺不会与Fe、Ni、Mo成分发生反应，即也不能形成疏松或层状的组织，如Fe2S，不会降低材料的强度和硬度；硫磺与Cu发生反应，生成Cu2S，存在于烧结材料的孔隙中，而未进行反应的硫磺，也存在于烧结材料的孔隙中。
另外，在材料有磨损现象发生时，摩擦面的温度升高，由于磨损的存在，两对磨材料摩擦界面上的显微组织中的S相会有部分与Cu相接触，发生反应，能够进一步起到减摩作用。
附图说明
图1为本申请实施例2制备的硫化材料的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
称料：按重量比称取还原铁粉100份、铜粉10份、石墨0.7份，硬脂酸锌0.6份、锭子油0.05份；
混料：使用双锥混料机，混合均匀；
压制：压制密度为6.6g/cm3的圆片试样；
烧结：在1100℃烧结30min；制备得烧结材料；
涂覆：通过筛分，将硫磺粉均铺到烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占孔隙率约20％；
硫化：将涂覆材料置于118℃温度中，保温100min，氩气气氛，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料；
制样：将硫化材料制作为试验样块。
实施例2
称料：按重量比称取还原铁粉100份、铜粉15份、石墨0.6份，硬脂酸锌0.6份、锭子油0.05份；
混料：使用双锥混料机，混合均匀；
压制：压制密度6.4g/cm3的圆片试样；
烧结：在1110℃烧结30min；制备得烧结材料；
涂覆：通过筛分，将硫磺液体均喷洒到烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占孔隙率约80％；
硫化：将涂覆材料置于130℃温度中，保温40min，空气气氛，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料；
制样：将硫化材料制作为试验样块。
本实施例2制备的硫化材料经2％硝酸酒精溶液腐蚀后的金相组织图如图1所示，从图1中可看出：1为Cu2S、2为S相。其中Cu2S为黑色物质，在金相显微镜下，不反光，表现为黑色；粉末态硫磺，经硫化工序后，未进行反应的硫存在于孔隙中为S相，S相的反光能力相比于Cu2S较好，表现为浅灰色。
实施例3
称料：按重量比称取还原铁粉100份、铜粉8份、石墨0.7份，硬脂酸锌0.5份、锭子油0.07份；
混料：使用双锥混料机，混合均匀；
压制：压制密度6.8g/cm3的圆片试样；
烧结：在1100℃烧结30min；制备得烧结材料；
涂覆：通过筛分，将硫磺粉均铺到烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占孔隙率约40％；
硫化：将涂覆材料置于160℃温度中，保温20min，氮气气氛，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料；
制样：将硫化材料制作为试验样块。
实施例4
称料：按重量比称取还原铁粉100份、钼0.5份、镍2份、铜粉13份、石墨0.6份，硬脂酸锌0.6份、锭子油0.05份；
混料：使用双锥混料机，混合均匀；
压制：压制密度6.4g/cm3的圆片试样；
烧结：在1110℃烧结40min；制备得烧结材料；
涂覆：通过筛分，将硫磺液体均喷洒到烧结材料的表面，得到涂覆材料；硫磺的量占孔隙率约50％；
硫化：将涂覆材料置于135℃温度中，保温35min，空气气氛，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料；
制样：将硫化材料制作为试验样块。
对比例1
与实施例1不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例2
与实施例2不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例3
与实施例3不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例4
与实施例4不同的是，没有涂覆和硫化工序。
对比例5
称料：按重量比称取还原铁粉100份、铜粉10份、石墨0.7份，硬脂酸锌0.6份、锭子油0.05份；硫磺粉1.25份；
混料：使用双锥混料机，混合均匀；
压制：压制密度为6.6g/cm3的圆片试样；
烧结：在1100℃烧结30min；制备得烧结材料；
制样：将烧结材料制作为试验样块。
以实施例1为例，说明涂覆硫磺的量。在实施例1中，添加的成分为还原铁粉100份、铜粉10份、石墨0.7份、硬脂酸锌0.6份、锭子油0.05份；硬脂酸锌和锭子油，在烧结中会被挥发；在烧结后的成分中石墨以化合态的形式存在，计算理论密度按照还原铁粉100份，铜粉10份计算，理论密度为7.958g/cm3，烧结后的实测密度为6.577g/cm3；则致密度为82.65％，得出烧结材料的孔隙率为17.35％。按占孔隙率约20％，即硫磺的填充体积按照3.47％的孔隙计算，而硫磺的密度为2.36g/cm3，则硫磺的重量占烧结材料重量分数为2.36*3.47％÷(6.577*100％)＝1.25％。
表1实施例/对比例的摩擦因数
Figure BDA0002256368930000051
本申请中摩擦因数的测试方式为：采用环块摩擦磨损试验，标准为GB/T12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》，加载力为20Kg，转速为400r/min，滴油润滑，滴油量每分钟3-5滴。由于摩擦磨损试验一般分散性较大，本申请同一组别的实施例/对比例，做6次重复试验，试验结果取平均值，保留三位有效数字。每次试验时长102min，从10min开始记录数值，分别每隔10min记录一次。从表1中可得出，本申请制备的烧结硫化材料因增加了涂覆和硫化工序，从而能显著改善烧结材料的减摩效果，降低其摩擦因数。
硬度检测的为烧结材料(对比例)和烧结硫化材料(实施例)的硬度检测标准为GBT9097.1-2002《烧结金属材料(不包括硬质合金)表观硬度的测定第一部分：截面硬度基本均匀的材料》，检测6点，计算平均值，对比例和实施例相差较小。说明本发明中的涂覆和硫化工序不影响烧结材料的硬度。
对比实施例1与对比例5发现，本申请中是通过涂覆方式将硫磺涂覆到烧结材料的表面，并且硫磺涂覆的体积占烧结材料的孔隙率的20％，即硫磺的质量占烧结材料重量分数的1.25％，与直接把硫磺粉加入到材料配比中相比较，能显著提高材料的硬度和减摩效。
将上述实施例1-4制备的铁基烧结硫化材料可分别制成齿轮泵侧板、叶片泵或柱塞泵配油盘、汽车空调用斜盘等部件。从而能改善齿轮泵侧板、叶片泵或柱塞泵配油盘在使用过程中的减摩效果，提高设备的使用寿命。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁基烧结硫化材料，其特征在于：该材料中化学成分包括Fe、Cu、S，其显微组织存在有Cu2S；
其制备方法包括以下步骤：
(1)制备烧结材料：将原料，经过混料、压制、烧结，制备得烧结材料；
(2)硫磺涂覆：通过涂覆方式将硫磺涂覆到烧结材料的表面，得到涂覆材料；
(3)硫化工序：将涂覆材料置于高于硫磺熔点的温度118℃-160℃中，保温，使硫磺进入烧结材料的孔隙中，即得到烧结硫化材料。
2.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：该材料中化学成分Cu的质量百分含量为5-30％。
3.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：所述的Cu2S分布于该材料显微组织的孔隙中。
4.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：该材料的显微组织还存在Cu相，显微组织的孔隙中还包括S相。
5.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：该材料的显微组织中还包括铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、石墨中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：该材料的化学成分还包括C、Mo、Ni。
7.根据权利要求1所述的铁基烧结硫化材料，其特征在于：所述涂覆方式包括喷涂、雾化、筛分，所述保温的时间为10-100min；所述硫化工序的气氛为空气气氛、保护气氛；涂覆硫磺的体积占烧结材料孔隙率的20％-80％。
8.一种铁基侧板，其特征在于：所述铁基侧板为齿轮泵侧板，其使用如权利要求1-7之一的铁基烧结硫化材料制成的。
9.一种铁基配油盘，其特征在于：所述铁基配油盘为叶片泵配油盘或柱塞泵配油盘，其使用如权利要求1-7之一的铁基烧结硫化材料制成的。
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