CN110923543B - 一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.25‑1.5%，铁含量为40‑50%，铜含量15‑25%，锡10‑15%，剩余为氧化铝。本发明粉末冶金铁基材料，通过母体和复合层复合的方式，对复合层进行压制烧结，得到表面致密度高的铁基材料。

Description

一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料
技术领域
本发明涉及粉末冶金，具体涉及一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料。
背景技术
随着现代工业的发展，特别是航天和核能利用等新技术的发展，对材料提出愈来愈高的要求。要求材料强度和刚度高、耐磨损、耐腐蚀，并能耐一定高温，在温度较剧烈变化时有较高的化学和尺寸稳定性，金属基复合材料因具有优异的物理和力学性能而成为近年来高技术新材料研究发展的重要领域。
近年来，随着汽车工业的快速发展，对变速箱齿轮的要求也在不断变化：低成本，高质量，大批量。目前汽车变速箱齿轮的生产仍然采用传统的方法，即将低碳钢毛坯通过不同的机加工方法加工成齿轮，然后进行热处理。在这一过程中不仅损失了大量的原材料，还因其昂贵的设备及逐一加工的特点使得加工成本非常之高。而这些形状复杂，加工量大及数量多的齿轮恰恰适合于采用粉末冶金方法生产。这样不仅可以提高生产效率，更主要的是可以显著地降低其生产成本。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，通过母体和复合层复合的方式，对复合层进行压制烧结，得到表面致密度高的铁基材料。
技术方案：一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.25-1.5%，铁含量为40-50%，铜含量15-25%，锡10-15%，剩余为氧化铝。
进一步的，所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，所述水雾化铁粉粒径分布为40-200μ m 。
进一步的，所述的一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述水雾化铁粉粒径分布为40-80μ m 占45-60%，80-110 μ m 占20-30%，其余为大于110 μ m 。
进一步的，所述的一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，得到复合材料。
进一步的，所述的一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述步骤（4）中压制压力为800-1000MPa。
进一步的，所述的一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述步骤（4）中烧结条件为真空烧结，烧结温度为1550-1650℃。
上述任一项所述铁基材料在齿轮中的应用。
有益效果：本发明的高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料具有以下优点：
（1）在复合层中添加稀土氧化物，稀土氧化物性能稳定，是高熔点化合物，可以作为非均质形核基底，在粉末冶金烧结的结晶过程中起到细化晶粒的作用，从而强化了基体，使基体的硬度进一步提高，同时也提高铁基材料的致密效果；
（2）通过母体和复合层复合的方式制备铁基材料，为制备表面致密的铁基材料提供新的思路。
具体实施方式
实施例1
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.25%，铁含量为50%，铜含量15%，锡15%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为800MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1550℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为89，致密度为96.5%。
实施例2
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为1.5%，铁含量为40%，铜含量25%，锡10%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为1000MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1650℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为90，致密度为95.7%。
实施例3
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.5%，铁含量为50%，铜含量18%，锡15%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为850MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1590℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为90，致密度为96.8%。
实施例4
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为1.0%，铁含量为45%，铜含量22%，锡12%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为950MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1620℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为89，致密度为96.2%。
实施例5
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.8%，铁含量为48%，铜含量20%，锡14%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为900MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1600℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为89，致密度为96.8%。
对比例1
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，铁含量为50%，铜含量18%，锡15%，剩余为氧化铝。
一种高使用性能表面致密化粉末合金铁基材料，所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉和锡粉的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶粉，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，压制压力为850MPa，烧结条件为真空烧结，烧结温度为1590℃，得到复合材料。
根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为82，致密度为89.8%。
对比例2
一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，包括母体，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成。根据上述步骤制备得到表面致密化粉末冶金铁基材料硬度为78，致密度为85.2%。

Claims (7)

1.一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于，包括母体和复合层，所述复合层通过溶胶凝胶自生粉末冶金结合于母体的外侧，所述母体由水雾化铁粉、铜粉和石墨粉构成，所述复合层为氧化铝/铁/铜/锡/二氧化铈复合材料，其中，二氧化铈的含量为0.25-1.5%，铁含量为40-50%，铜含量15-25%，锡10-15%，剩余为氧化铝。
2.根据权利要求1所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于：所述水雾化铁粉粒径分布为40-200μ m 。
3.根据权利要求2所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于：所述水雾化铁粉粒径分布为40-80μ m 占45-60%，80-110μ m 占20-30%，其余为大于110μ m 。
4.根据权利要求1所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于：所述复合层通过以下步骤制备而成：
（1）按复合层所需的含量配比称重以下成分Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、铁粉、铜粉、锡粉、二氧化铈、聚乙二醇；
（2）将Al(NO3)3·9H2O溶于酒精溶液中，然后加入铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈以及聚乙二醇，边搅拌边加入NH3·H2O，待溶液pH为碱性时，得到含有铁粉、铜粉、锡粉和二氧化铈的Al(OH)3的混合溶胶液；
（3）将步骤（2）制备的溶胶液，过滤后干燥得到混合粉末；
（4）将混合粉末和母体放入模具中进行压制，母体位于混合粉末中间，压制成坯体后进行烧结，得到复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于：所述压制压力为800-1000MPa。
6.根据权利要求4所述的一种高使用性能表面致密化粉末冶金铁基材料，其特征在于：所述烧结条件为真空烧结，烧结温度为1550-1650℃。
7.如权利要求1-6中任一项所述铁基材料在齿轮中的应用。
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CN110339483A (zh) * 2018-04-03 2019-10-18 惠庭暄 减痛贴片

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