CN111014685A - 一种含铋渗铜剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于粉末冶金技术领域的一种含铋渗铜剂及其制备方法。渗铜剂其组成按质量百分比包括：2.1～2.4％的铁、2.3～2.8％的锰、0.1～0.3％的铋及余量的铜。制备方法为，将原料按所述比例称重，加入陶瓷球或不锈钢球、扩散促进剂，混合后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为300～1000℃，扩散时间为0.5～25h，冷却、出炉破碎、筛分收集，然后加入润滑剂合批。本发明制备的渗铜剂具有成形性好、熔渗效率高、无侵蚀、低残留、显著提高材料密度和力学性能的特点。该方法流程简单，所需设备易操作，可以批量生产。

Description

一种含铋渗铜剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金材料领域，具体涉及一种含铋渗铜剂及其制备方法。
背景技术
目前，粉末冶金烧结钢零部件由于其低成本、易加工的特点在工业生产尤其是汽车机械工业中的应用越来越广泛，常用的有烧结钢齿轮、凸轮、阀座、排气门座等，这些零部件在某些恶劣的环境下服役时，要求具有良好的耐磨性、耐冲击性，又要保持较高的强度和硬度。但是采用常规压制～烧结工艺制造的粉末冶金烧结钢零部件，压制过程中不可能达到完全的致密状态，其中残留的孔隙作为一种缺陷影响了它的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度和硬度等性能，致使其不能满足使用要求。因此，消除或减少其残留孔隙是获得高致密性、高性能烧结钢的最有效途径，而渗铜就是一种常用的方法。研究表明，用铜或铜合金粉末对烧结钢进行熔渗能明显减少或消除烧结钢中的孔隙、提高密度、改善其力学性能和动力学性能(如冲击韧性、疲劳)等。渗铜较传统的复压复烧、粉末锻造、温压等致密化工艺具有成本低、工序简单、易调整等优点，因此这种方法自上世纪四十年代在美国问世以来，应用范围日益扩大，目前已成为生产高性能铁基粉末冶金零部件不可或缺的致密化工艺。
现有技术中经常采用含锰元素加入到渗铜剂中，以利于铜的渗入。在渗铜剂中，锰的作用是降低铁在铜中的溶解度，但同时降低铜在零件表面的熔点，因此在实际生产中，虽然锰的加入有利于渗铜过程中铜的渗入量，但也发现，若过度的提高铜的渗透率并降低铁的溶解度，使用过程中零件表面的铁会继续与渗入的铜发生溶解以实现最终饱和，导致使用一段时间后零件表面出现疏松。
因此，需要开发一种能提高产品合格率的渗铜剂及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铋渗铜剂，其组成按质量百分比包括：2.1～2.4％的铁、2.3～2.8％的锰、0.1～0.3％的铋及余量的铜。
优选的，所述铜原料包括电解铜粉、水雾化铜粉或气雾化铜粉，粒度小于100目，松装密度为1.2～4.0g/cm3。
优选的，所述铁原料包括电解铁粉、还原铁粉或羰基铁粉，其中电解铁粉、还原铁粉粒度小于150目，羰基铁粉粒度小于700目。
优选的，所述锰、铋原料为单质、合金或化合物，粒度小于200目。
本发明的另一个目的在于提供一种含铋渗铜剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将原料按上述比例称重，按球料质量比1∶5～20加入陶瓷球或不锈钢球，按重量百分比加入占原料质量总和0.1～1％的扩散促进剂，在混料机中混合0.5～2h；
(2)混料过程结束后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为300～1000℃，扩散时间为0.5～25h；
(3)冷却、出炉破碎、筛分收集，然后按重量百分比加入占原料质量总和0～1.5％的润滑剂合批。
优选的，所述陶瓷球包括氧化铝陶瓷球、氧化锆陶瓷球。
优选的，所述扩散促进剂包括NH4Cl、ZnCl2、NH4I、ZnI2中的一种或几种。
优选的，所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸锂或微腊粉。
本发明的有益效果在于： 在渗铜剂中加入铋的原因是，铋能够降低渗铜剂的熔点温度，因此适用于低温渗铜工艺，在本技术方案中，渗铜工艺的温度可以在850～1000℃。在此情况下，因为铋降低了熔点温度，不会影响到零件表面的性能不发生明显改变， 并提高了铁在铜中的溶解度，并提高了渗透速度，在同等条件下，能够渗入更多的铜。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种含铋渗铜剂，其组成按质量百分比包括：2.1％的铁、2.3％ 的锰、0.1％的铋及余量的铜，其中铁原料为还原铁粉，锰原料为锰粉，铋原料为铋粉，铜原料为电解铜粉。
所述电解铜粉，粒度小于100目，松装密度2.0g/cm3。
所述还原铁粉，粒度小于150目。
所述锰粉，粒度小于200目。
所述铋粉，粒度小于200目。
一种含铋渗铜剂的制备方法，该方法步骤如下：
(1)称取电解铜粉：95.5kg，还原铁粉：2.1kg，锰粉：2.3kg，铋粉：0.1kg，按球料比1∶20，加入5kg氧化铝陶瓷球，加入0.2kg的NH4Cl作为扩散促进剂，在混料机中混合1h；
(2)混料过程结束后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为800℃，扩散时间为90min；
(3)循环水冷却、出炉破碎，100目筛分收集，然后加入0.5kg的硬脂酸锌合批，制备出渗铜剂。
实施例2
一种含铋渗铜剂，其组成按质量百分比包括：2.4％的铁、2.8％ 的锰、0.3％的铋及余量的铜，其中铁原料为还原铁粉，锰原料为锰粉，铋原料为铋粉，铜原料为电解铜粉。
所述电解铜粉，粒度小于100目，松装密度2.0g/cm3。
所述还原铁粉，粒度小于150目。
所述锰粉，粒度小于200目。
所述铋粉，粒度小于200目。
一种含铋渗铜剂的制备方法，该方法步骤如下：
(1)称取电解铜粉：94.5kg，电解铁粉：2.4kg，锰铁粉：2.8kg，铋粉：0.3kg，按球料比1∶20，加入5kg氧化锆陶瓷球，加入0.15kg的ZnCl2作为扩散促进剂，在混料机中混合1.5h；
(2)混料过程结束后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为600℃，扩散时间为120min；
(3)循环水冷却、出炉破碎，100目筛分收集，然后加入0.4kg的硬脂酸锂合批，制备出渗铜剂。
实施例3
一种含铋渗铜剂，其组成按质量百分比包括：2.3％的铁、2.5％ 的锰、0.2％的铋及余量的铜，其中铁原料为羰基铁粉，锰原料为锰粉，铋原料为铋粉，铜原料为雾化铜粉。
所述雾化铜粉，粒度小于100目，松装密度2.0g/cm3。
所述羰基铁粉，粒度小于700目。
所述锰粉，粒度小于200目。
所述铋粉，粒度小于200目。
一种含铋渗铜剂的制备方法，该方法步骤如下：
(1)称取雾化铜粉： 95kg，羰基铁粉：2.3kg，锰铁粉：2.5kg，铋粉：0.2kg，按球料比1∶20，加入5kg不锈钢球，加入0.25kg的NH4I作为扩散促进剂，在混料机中混合2h；
(2)混料过程结束后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为850℃，扩散时间为100min；
(3)循环水冷却、出炉破碎，100目筛分收集，然后加入0.3kg的微腊粉合批，制备出渗铜剂。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种含铋渗铜剂，其特征在于，其组成按质量百分比包括：2.1～2.4％的铁、2.3～2.8％的锰、0.1～0.3％的铋及余量的铜。
2.根据权利要求1所述的一种含铋渗铜剂，其特征在于，所述铜原料包括电解铜粉、水雾化铜粉或气雾化铜粉，粒度小于100目，松装密度为1.2～4.0g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种含铋渗铜剂，其特征在于，所述铁原料包括电解铁粉、还原铁粉或羰基铁粉，其中电解铁粉、还原铁粉粒度小于150目，羰基铁粉粒度小于700目。
4.根据权利要求1所述的一种含铋渗铜剂，其特征在于，所述锰、铋原料为单质、合金或化合物，粒度小于200目。
5.一种如权利要求1所述的含铋渗铜剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将原料按上述比例称重，按球料质量比1∶5～20加入陶瓷球或不锈钢球，按重量百分比加入占原料质量总和0.1～1％的扩散促进剂，在混料机中混合0.5～2h；
(2)混料过程结束后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，扩散温度为300～1000℃，扩散时间为0.5～25h；
(3)冷却、出炉破碎、筛分收集，然后按重量百分比加入占原料质量总和0～1.5％的润滑剂合批。
6.根据权利要求5所述的一种含铋渗铜剂的制备方法，其特征在于，所述陶瓷球包括氧化铝陶瓷球、氧化锆陶瓷球。
7.根据权利要求5所述的一种含铋渗铜剂的制备方法，其特征在于，所述扩散促进剂包括NH4Cl、ZnCl2、NH4I、ZnI2中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述的一种含铋渗铜剂的制备方法，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸锂或微腊粉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111621737A (zh) * 2020-07-08 2020-09-04 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所 一种多元素粉末共渗剂及其应用

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