CN111570805A - 一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法 - Google Patents

一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，涉及粉末冶金领域。该基于粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，包括制造方法、减磨合金材料配方和金属陶瓷配方。本发明使用的减磨合金材料利用铜基‑铁基复合式基底材料，较高的铜含量保证减摩材料耐腐性能、磨合性能比较优越，且铜的质地相对柔软，可以减小摩擦系数，降低噪音，配合金属陶瓷材料，可制成内环为金属陶瓷，外环为减磨合金材料的齿轮，在提高齿轮的减磨性的同时，保证齿轮的强度，且本方法配方加入有硬酯酸锌，可对模具进行润滑，减少脱模过程遇到的阻力，降低对模具的伤害，且在烧结过程中硬酯酸锌挥发形成的细小孔隙，可在齿轮浸油后，使齿轮具有一定的含油量，形成自润滑效果。

Description

一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，具体为一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法。
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，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。粉末冶金结构件制品材料成分不受熔炼限制，既可以加入合金成分，也可以加入其它结构组分，并且在相当大的范围内根据要求进行调整，进而在力学性能上能达到与钢件匹配的效果。
粉末冶金减磨材料是用粉末冶金方法制造的、在相对运动中相互摩擦表面之间的摩擦系数较小的金属、合金或金属复合材料，又称烧结减磨材料。烧结减磨材料广泛用于制造滑动轴承、止推轴承、端面密封、支承衬套等。其主要优点是在有限润滑油的条件下，使用寿命较长和可靠性较高。烧结减磨材料按其制造方法可分为两类。一类是在材料孔隙中浸有润滑油或在材料成分中加有(或在其表层充覆)减磨剂或固体润滑剂(石墨、氧化物、硫化物、氮化物、氟塑料或其他塑料)。这类材料在干摩擦条件下依靠自身或表层含有的润滑剂润滑﹐即具有自润滑效果。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。这类材料的承载能力比前一类大，一般用以制造重载轴承，一些齿轮也可以利用基于粉末冶金减磨材料制造，而现有市场上十分缺乏相关的生产的方法和工艺。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，解决了市场上并未出现基于粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，包括制造方法、减磨合金材料配方和金属陶瓷配方，所述制造方法步骤为：
S1、按单件产品材料用料乘以一个生产批次总量的规格分别称取配方的各个材料；
S2、将铬粉、铁粉、钼粉和石墨在氮气气氛下分别使用球磨研磨1-2个小时；
S3、将合金材料配方的剩余材料和以研磨好的在混料斗内添加混合，并在氮气保护下利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S4、同时将金属陶瓷配方材料在另一个混料斗内添加混合，并利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S5、先将金属陶瓷材料预混粉装入预制的初级压模，利用低压压强进行一次初步压制，形成一个初级齿轮内环压坯；
S6、将初级齿轮内环压坯放入预制的齿轮压模内部的相应位置，填充合金材料配方的预混粉，利用高压强进行定型压制，形成齿轮毛坯，然后进行脱模；
S7、将脱模后的齿轮毛坯，在700-850摄氏度的温度下进行预烧结80-120分钟，再以3-5摄氏度每分钟的速率下升温至1100-1250摄氏度，并持续烧结90-180分钟；
S8、取出烧结好的齿轮，通过空气缓慢冷却至室温后，检测产品是否合格。
优选的，所述减磨合金材料配方为铜粉21％-23％、铁粉62％-74％、镍粉3.1％-3.2％、钼粉0.2％-0.3％、石墨1.3％-1.4％、镨0.07％-0.12％、铬粉0.14％-0.28％、铅0.2％-0.24％、硬酯酸锌3.4％-3.6％。
优选的，所述金属陶瓷配方为TiAlN陶瓷粉末10％-35％、钛粉0.1％-3％、铝粉0.1％-2％、镍粉0.1％-4％、石墨0.5％-2.5％、聚乙烯基异丁醚0.1％-2.5％、硬脂酸锌0.1％-2.5％和余量铁粉。
优选的，所述低压压强范围为20-50Mpa。
优选的，所述高压压强范围为400-600Mpa。
优选的，所述TiAlN陶瓷粉末的目数为200目-300目。
优选的，所述减磨合金材料配方与所述金属陶瓷配方所用的铁粉均为在保护气体下运用喷射冷却法形成的还原铁粉。
优选的，所述烧结工序所用的烧结炉为转网炉。
(三)有益效果
本发明提供了一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法。具备以下有益效果：
1、本方法可制成内环为金属陶瓷，外环为减磨合金材料的齿轮，在提高齿轮的减磨性的同时，保证齿轮的强度，提高了方法的新颖性。
2、本发明使用的减磨合金材料利用铜基-铁基复合式基底材料，较高的铜含量保证减摩材料耐腐性能、磨合性能比较优越，且铜的质地相对柔软，可以减小摩擦系数，降低噪音，提高了本发明的实用性。
3、本方法配方加入有硬酯酸锌，可对模具进行润滑，减少脱模过程遇到的阻力，降低对模具的伤害，且在烧结过程中硬酯酸锌挥发形成的细小孔隙，可在齿轮浸油后，使齿轮具有一定的含油量，形成自润滑效果，提高了本发明的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明实施例提供一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，包括生产方法、减磨合金材料配方和金属陶瓷配方，其特征在于：所述方法步骤为：
S1、按单件产品材料用料乘以一个生产批次总量的规格分别称取配方的各个材料；
S2、将铬粉、铁粉、钼粉和石墨在氮气气氛下分别使用球磨研磨1-2个小时，提高粉末的精细度；
S3、将合金材料配方的剩余材料和以研磨好的在混料斗内添加混合，并在氮气保护下利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S4、同时将金属陶瓷配方材料在另一个混料斗内添加混合，并利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S5、先将金属陶瓷材料预混粉装入预制的初级压模，利用低压压强进行一次初步压制，形成一个初级齿轮内环压坯；
S6、将初级齿轮内环压坯放入预制的齿轮压模内部的相应位置，填充合金材料配方的预混粉，利用高压强进行定型压制，形成齿轮毛坯，然后进行脱模；
S7、将脱模后的齿轮毛坯，在700-850摄氏度的温度下进行预烧结80-120分钟，再以3-5摄氏度每分钟的速率下升温至1100-1250摄氏度，并持续烧结90-180分钟；
S8、取出烧结好的齿轮，通过空气缓慢冷却至室温后，检测产品是否合格，，使用前可将齿轮浸入润滑油中3-4个小时，提高润滑性。
减磨合金材料配方为铜粉21％-23％、铁粉62％-74％、镍粉3.1％-3.2％、钼粉0.2％-0.3％、石墨1.3％-1.4％、镨0.07％-0.12％、铬粉0.14％-0.28％、铅0.2％-0.24％、硬酯酸锌3.4％-3.6％，金属陶瓷配方为TiAlN陶瓷粉末10％-35％、钛粉0.1％-3％、铝粉0.1％-2％、镍粉0.1％-4％、石墨0.5％-2.5％、聚乙烯基异丁醚0.1％-2.5％、硬脂酸锌0.1％-2.5％和余量铁粉，低压压强范围为20-50Mpa，高压压强范围为400Mpa，可提高齿轮的含油量，但会降低齿轮的强度，TiAlN陶瓷粉末的目数为200目-300目，减磨合金材料配方与金属陶瓷配方所用的铁粉均为在保护气体下运用喷射冷却法形成的还原铁粉，烧结工序所用的烧结炉为转网炉。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于：一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，包括生产方法、减磨合金材料配方和金属陶瓷配方，方法步骤为：
S1、按单件产品材料用料乘以一个生产批次总量的规格分别称取配方的各个材料；
S2、将铬粉、铁粉、钼粉和石墨在氮气气氛下分别使用球磨研磨1-2个小时；
S3、将合金材料配方的剩余材料和以研磨好的在混料斗内添加混合，并在氮气保护下利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S4、同时将金属陶瓷配方材料在另一个混料斗内添加混合，并利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S5、先将金属陶瓷材料预混粉装入预制的初级压模，利用低压压强进行一次初步压制，形成一个初级齿轮内环压坯；
S6、将初级齿轮内环压坯放入预制的齿轮压模内部的相应位置，填充合金材料配方的预混粉，利用高压强进行定型压制，形成齿轮毛坯，然后进行脱模；
S7、将脱模后的齿轮毛坯，在700-850摄氏度的温度下进行预烧结80-120分钟，再以3-5摄氏度每分钟的速率下升温至1100-1250摄氏度，并持续烧结90-180分钟；
S8、取出烧结好的齿轮，通过空气缓慢冷却至室温后，检测产品是否合格，使用前可将齿轮浸入润滑油中3-4个小时，提高润滑性。
减磨合金材料配方为铜粉21％-23％、铁粉62％-74％、镍粉3.1％-3.2％、钼粉0.2％-0.3％、石墨1.3％-1.4％、镨0.07％-0.12％、铬粉0.14％-0.28％、铅0.2％-0.24％、硬酯酸锌3.4％-3.6％，金属陶瓷配方为TiAlN陶瓷粉末10％-35％、钛粉0.1％-3％、铝粉0.1％-2％、镍粉0.1％-4％、石墨0.5％-2.5％、聚乙烯基异丁醚0.1％-2.5％、硬脂酸锌0.1％-2.5％和余量铁粉，低压压强范围为20-50Mpa，高压压强范围为600Mpa缩小了齿轮能够形成的孔隙结构，降低了含油量，润滑性，但加强了齿轮的强度，TiAlN陶瓷粉末的目数为200目-300目，减磨合金材料配方与金属陶瓷配方所用的铁粉均为在保护气体下运用喷射冷却法形成的还原铁粉，烧结工序所用的烧结炉为转网炉。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，包括制造方法、减磨合金材料配方和金属陶瓷配方，其特征在于：所述制造方法步骤为：
S1、按单件产品材料用料乘以一个生产批次总量的规格分别称取配方的各个材料；
S2、将铬粉、铁粉、钼粉和石墨在氮气气氛下分别使用球磨研磨1-2个小时；
S3、将合金材料配方的剩余材料和以研磨好的在混料斗内添加混合，并在氮气保护下利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S4、同时将金属陶瓷配方材料在另一个混料斗内添加混合，并利用搅拌设备搅拌1-2个小时，直至搅拌至均匀状态；
S5、先将金属陶瓷材料预混粉装入预制的初级压模，利用低压压强进行一次初步压制，形成一个初级齿轮内环压坯；
S6、将初级齿轮内环压坯放入预制的齿轮压模内部的相应位置，填充合金材料配方的预混粉，利用高压强进行定型压制，形成齿轮毛坯，然后进行脱模；
S7、将脱模后的齿轮毛坯，在700-850摄氏度的温度下进行预烧结80-120分钟，再以3-5摄氏度每分钟的速率下升温至1100-1250摄氏度，并持续烧结90-180分钟；
S8、取出烧结好的齿轮，通过空气缓慢冷却至室温后，检测产品是否合格。
2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述减磨合金材料配方为铜粉21％-23％、铁粉62％-74％、镍粉3.1％-3.2％、钼粉0.2％-0.3％、石墨1.3％-1.4％、镨0.07％-0.12％、铬粉0.14％-0.28％、铅0.2％-0.24％、硬酯酸锌3.4％-3.6％。
3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述金属陶瓷配方为TiAlN陶瓷粉末10％-35％、钛粉0.1％-3％、铝粉0.1％-2％、镍粉0.1％-4％、石墨0.5％-2.5％、聚乙烯基异丁醚0.1％-2.5％、硬脂酸锌0.1％-2.5％和余量铁粉。
4.根据权利要求1所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述低压压强范围为20-50Mpa。
5.根据权利要求1所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述高压压强范围为400-600Mpa。
6.根据权利要求3所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述TiAlN陶瓷粉末的目数为200目-300目。
7.根据权利要求2所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述减磨合金材料配方与所述金属陶瓷配方所用的铁粉均为在保护气体下运用喷射冷却法形成的还原铁粉。
8.根据权利要求1所述的一种粉末冶金减磨材料制造齿轮的方法，其特征在于：所述烧结工序所用的烧结炉为转网炉。
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