CN112276073B - 一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物，该种粉末冶金组合物的原材料组成，包括石墨粉、铜粉、润滑剂、二氧化硅和余量铁粉；所述二氧化硅的含量占组合物总重量的0.02‑0.10%；本发明立足于现有的低松装密度的还原铁粉作为基粉，克服原有工艺生产的粉末冶金组合物松装密度高、流动性差的缺陷，通过这种二氧化硅添加剂的有效加入，使得相互制约的两个指标得以改善，组合物的松装密度得以降低流动性得以提升成为可能，本发明的原料来源广泛、工艺设计合理、产品质量稳定、生产过程合理可控、少无污染、材料利用率高，是一种可以显著改善压制效率的粉末冶金组合物。

Description

一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组 合物

技术领域

本发明涉及粉末冶金组合物技术领域，更具体地，涉及一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物。

背景技术

铁基粉末冶金原材料一般以100目铁粉为基础，作为汽车减震器材料使用时，一般使用还原铁粉作为基粉，并要求其松装密度低、流动性好。

生产粉末冶金零件包括将粉末组合物顺利装填在压制模具中、压实粉末以及对压制好的坯件进行烧结。装填粉末的先决条件是粉末可自由流动并且具有充分的流动性。要获得能使生产成本更低并且使每个所生产零件具有更好的经济性、更高的生产率，高粉末流速是必要的。否则不适合粉末冶金压机全自动化的节拍，影响压机生产效率。

与流动性关联最大的的是组合物的松装密度。松装密度对于模具设计来说很重要，松装密度高的粉末需要较低的装填高度，这会导致压制模具的行程相对较短，不利于低密度形状复杂零件的成形。汽车减震器材料因结构复杂，松装密度高的组合物将不利于零件台阶的压制成形。

传统的铁基Fe-C-Cu系列粉末冶金组合物，在添加石墨、铜粉和润滑剂以后，达不到预期的物理性能，一是出现组合物的松装密度满足要求但流动性差，二是出现组合物的流动性满足要求但松装密度高，既难以同时满足松比和流动性要求。

松装密度和流动性作为两个相互制约的指标，通常情况下，松装密度高其流动性快；松装密度低其流动性慢。添加现有的常规润滑剂，不能满足粉末组合物的松装密度低、且流动性好的要求。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本发明提供一种具有较好的粉末流动性和低的松装密度的粉末冶金组合物，实现降低粉末冶金组合物松装密度，同时提高其流动性的发明目的。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物，其特征在于，所述粉末冶金组合物的原材料组成，包括石墨粉、铜粉、润滑剂、二氧化硅和余量铁粉；

所述二氧化硅的含量占组合物总重量的0.02—0.10%；

所述润滑剂为单一蜡基润滑剂、复合蜡基润滑剂、含有二氧化硅的复合型润滑剂中的一种或几种，润滑剂的含量占组合物总重量的0.6%—0.8%；

所述润滑剂，D95≤35微米；

所述含有二氧化硅的复合型润滑剂，其中二氧化硅含量为10-12%；

所述蜡基润滑剂，成分可以为乙撑双硬脂酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸酰胺、硬脂酸双酰胺、聚丙烯酰胺其中的一种或几种；

所述二氧化硅为亲水型气相法二氧化硅，粒度为纳米级，比表面积在200±25m²/g，堆积密度45-55g/L，纯度99.8%以上；

所述铁粉，为还原铁粉、水雾化纯铁粉、水雾化预合金钢粉或扩散合金化铁粉。

优选地，还原铁粉FHY100.25、水雾化纯铁粉LAP100.29、预合金化铁粉LAP100.29Mo1、包含Ni、Mo、Cu的扩散合金化铁粉LAP100.29D1，莱芜钢铁集团粉末冶金有限公司提供；

所述石墨粉，其D50为6-7微米，石墨粉的含量占组合物总重量的0.3-0.8%；

所述铜粉，为200目或300目电解铜粉；

所述的粉末冶金组合物，还可包含Ni、Mo、P、Si、Mn、S、P等合金和非合金元素；

本发明在选定基础铁粉松装密度一定的情况下，添加一种二氧化硅作为添加剂可以降低组合物的松装密度提高其流动性，将二氧化硅作为添加物，这种白色膏状蓬松物颗粒极其细小，通过直接混入二氧化硅或者添加含有二氧化硅的复合型润滑剂，更有助于填充粉末颗粒之间的空隙并增加颗粒之间的润滑，从而达到降低松装密度改善流动性的目的，同时在不降低粉末的可压缩性的前提下使压坯顺利脱模。

采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、采用本发明粉末冶金组合物生产方法，可以降低松装密度，相应粉末冶金组合物的松装密度可以降低约0.20g/cm³左右；

2、采用本发明粉末冶金组合物生产方法，可以提高粉末冶金组合物的流动性，相应粉末冶金组合物的流动性可以提高约4sec/50g左右；

3、采用本发明粉末冶金组合物生产方法，可以制备出松装密度达到2.49-2.60g/cm³、同时流动性≤38sec/50g的铁基Fe-C-Cu系列粉末冶金组合物；

4、采用本发明制备的粉末冶金组合物，可以提高下游粉末冶金压机的生产效率，粉末冶金压机生产减震器零件可提高到每15件/min的生产效率，较普通铁基粉末冶金组合物，生产效率提高一倍；

5、采用本发明生产方法制备的粉末冶金组合物，性价比更高，产品的应用范围更广，大大提高了产品的经济效益。

具体实施方式：

下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。

实施例1 一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物

所述粉末冶金组合物的原材料组成，按重量百分比计，包括：

0.3%石墨粉、2.0%铜粉、0.5%MnS、0.6%润滑剂、0.06%二氧化硅、余量铁粉；

所述铁粉，为100目还原铁粉FHY100.25，粉末粒度-200目在51.6%，松装密度2.49g/cm3；

所述石墨粉，其D50为6.3微米；

所述铜粉，为200目电解铜粉；

所述MnS，为超细硫化锰粉，D50为6.4微米；

所述润滑剂，白色粉末，为单一蜡基润滑剂，成分为乙撑双硬脂酸酰胺，D95为35微米，记为润滑剂A；

所述二氧化硅，白色膏状，粒径为纳米级，蓬松，比表面积205m²/g，堆积密度50g/L，纯度99.8%；

所述粉末冶金组合物的生产方法，包括以下步骤：

1、将铁粉及石墨粉、铜粉、硫化锰按上述配比称重，加料预混合，粘结；

2、后将润滑剂和二氧化硅加入其中进行终混合，经过筛，合批后进行包装，得到均匀的粉末冶金组合物产品；

所述混合，采用双锥混料机进行，双锥混料机的转速为10转/min，整个过程混合时间90min。

对比例1不加入二氧化硅，其余同实施例1。

对粉末冶金组合物的松装密度、流动性、压缩性进行测量：

使用根据GB/T1482≈ISO4490 的标准方法霍尔流量计 (标准漏斗法) 测量流动性FR，

使用根据标准方法GB/T1479≈ISO3923测量松装密度 AD，

使用根据GB/T1481≈ISO3927测试粉末的压缩性GD，结果如下表：

表1 实施例1及对比例1的粉末冶金组合物组份及理化参数

采用本发明实施例1的生产方法制备的粉末冶金组合物，松装密度为2.57g/cm³，流动性为34.9sec/50g。相比不加入二氧化硅，混合均匀后得到的组合物，其松装密度降低0.21g/cm³，流动性提高3.7sec/50g。

另外，二氧化硅的添加不仅可以起到提流速降松比的功效，同时可提高粉末的润滑效果，脱模力有所降低，压缩性未发生改变，润滑效果有改善。

实施例2 一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物

所述粉末冶金组合物的原材料组成，按重量百分比计，包括：

0.8%石墨粉、1.8%铜粉、0.65%润滑剂、0.065%二氧化硅、余量铁粉；

所述铁粉，为100目水雾化纯铁粉LAP100.29，粉末粒度-200目在54.7%，松装密度3.02g/cm3；

所述石墨粉，其D50为6.5微米；

所述铜粉，为200目电解铜粉；

所述润滑剂，白色粉末，复合蜡基润滑剂，成分为聚丙烯酰胺和油酸酰胺，D95为35微米，记为润滑剂B；

所述二氧化硅，白色膏状，粒径为纳米级，蓬松，比表面积在195m²/g，堆积密度47g/L，纯度99.9%；

所述粉末冶金组合物的生产方法，包括以下步骤：

1、将铁粉及石墨粉、铜粉按上述配比称重，加料预混合，粘结；

2、后将润滑剂和二氧化硅加入其中进行终混合，经过筛，合批后进行包装，得到均匀的粉末冶金组合物产品；

所述混合，采用双锥混料机进行，双锥混料机的转速为10转/min，整个过程混合时间90min。

对比例2不加入二氧化硅，其余同实施例2。

表2 实施例2及对比例2的粉末冶金组合物组份及理化参数

采用本发明实施例2的生产方法制备的粉末冶金组合物，松装密度为3.08g/cm³，流动性为31.3sec/50g。相比不加入二氧化硅，混合均匀后得到的组合物，其松装密度降低0.23g/cm³，流动性提高3.9sec/50g。

另外，二氧化硅的添加不仅可以起到提流速降松比的功效，同时可提高粉末的润滑效果，脱模力从22.4降低至19.7KN，润滑效果有改善。

实施例3一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物

所述粉末冶金组合物的原材料组成，按重量百分比计，包括：

0.3%石墨粉、2.0%铜粉、0.8%润滑剂、余量铁粉；

所述铁粉，为100目还原铁粉FHY100.25，粉末粒度-200目在50.7%，松装密度2.48g/cm³；

所述石墨粉，其D50为6.1微米；

所述铜粉，为200目电解铜粉；

所述润滑剂，白色粉末，复合型润滑剂，内含10%的二氧化硅，其余成分为硬脂酸酰胺和油酸酰胺，D95为34微米，记为润滑剂C；

所述二氧化硅，白色膏状，粒径为纳米级，蓬松，比表面积在200m²/g，堆积密度50g/L，纯度99.8%；

所述二氧化硅粉的用量占粉末冶金组合物重量的0.08%；

所述粉末冶金组合物的生产方法，包括以下步骤：

1、将铁粉及石墨粉、铜粉按上述配比称重，加料预混合，粘结；

2、后将润滑剂和二氧化硅加入其中进行终混合，经过筛，合批后进行包装，得到均匀的粉末冶金组合物产品；

所述混合，采用双锥混料机进行，双锥混料机的转速为10转/min，整个过程混合时间90min。

对比例3加入的是不含二氧化硅的润滑剂B，其余同实施例3；

所述润滑剂B，白色粉末，复合蜡基润滑剂，成分为聚丙烯酰胺和油酸酰胺，D95为35微米；

实施例4是将不含二氧化硅的润滑剂B和外加二氧化硅同时加入混合，其余同实施例3。

表3 实施例3-4及对比例3的粉末冶金组合物组份及理化参数

采用本发明实施例3、实施例4制备的粉末冶金组合物，松装密度分别为为2.56、2.55g/cm³，流动性分别为34.2、34.6sec/50g，两个实施例的松装密度和流动性基本一致，相比不加入二氧化硅的对比例3，其松装密度降低约0.20g/cm³，流动性提高约4sec/50g。

另外，二氧化硅的添加不仅可以起到提流速降松比的功效，同时可提高粉末的润滑效果，脱模力从17.2降低至16.0KN，润滑效果有改善。

实施例5一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物

所述粉末冶金组合物的原材料组成，按重量百分比计，包括：

0.6%石墨粉、1.4%铜粉、0.8%润滑剂、余量铁粉；

所述铁粉，为100目水雾化铁粉LAP100.29，粉末粒度-200目在57.2%，松装密度3.05g/cm3；

所述石墨粉，其D50为6.3微米；

所述铜粉，为200目电解铜粉；

所述润滑剂，白色粉末，复合型润滑剂，内含10%的二氧化硅，其余成分为乙撑双硬脂酸酰胺和聚丙烯酰胺，D95为34微米，记为润滑剂D；

所述二氧化硅，白色膏状，粒径为纳米级，蓬松，比表面积在225m²/g，堆积密度50g/L，纯度99.8%；

所述二氧化硅粉的用量占混合粉重量的0.08%；

所述粉末冶金组合物的生产方法，包括以下步骤：

1、将铁粉及石墨粉、铜粉按上述配比称重，加料预混合，粘结；

2、后将润滑剂和二氧化硅加入其中进行终混合，经过筛，合批后进行包装，得到均匀的粉末冶金组合物产品；

所述混合，采用双锥混料机进行，双锥混料机的转速为10转/min，整个过程混合时间90min。

对比例4加入的是不含二氧化硅的润滑剂E，其余同实施例5；

所述润滑剂E，白色粉末，单一蜡基润滑剂，成分为聚丙烯酰胺，D95为32微米。

实施例6是将不含二氧化硅的润滑剂E和含有二氧化硅的润滑剂D按0.2%和0.6%的比例混合后同时加入，其余同实施例5。

实施例7是将不含二氧化硅的润滑剂E和外加二氧化硅混合后同时加入，其余同实施例5。

表4 实施例5-7及对比例4的粉末冶金组合物组份及理化参数

本发明实施例4-7中含有二氧化硅的粉末冶金组合物，松装密度均有所降低，同时流动性增强；二氧化硅粉的加入对组合物的压缩性没有影响，600MPa压制密度未发生大变化，而脱模力有所降低，润滑效果有改善。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种包含二氧化硅作为膨松剂和流速增强剂的粉末冶金组合物，其特征在于，所述粉末冶金组合物的原材料组成，按重量百分比计，包括：0.3%石墨粉、2.0%铜粉、0.8%润滑剂、0.08%二氧化硅，余量铁粉；

所述铁粉，为100目还原铁粉FHY100.25，粉末粒度-200目在50.7%，松装密度2.48g/cm³；

所述石墨粉，其D50为6.1微米；所述铜粉，为200目电解铜粉；

所述润滑剂，白色粉末，复合蜡基润滑剂，成分为聚丙烯酰胺和油酸酰胺，D95为35微米；

所述二氧化硅，白色膏状，粒径为纳米级，蓬松，比表面积在200m²/g，堆积密度50g/L，纯度99.8%；

所述粉末冶金组合物的生产方法，包括以下步骤：

1）将铁粉及石墨粉、铜粉按上述配比称重，加料预混合，粘结；

2）后将润滑剂和二氧化硅加入其中进行终混合，经过筛，合批后进行包装，得到均匀的粉末冶金组合物产品；

所述混合，采用双锥混料机进行，双锥混料机的转速为10转/min，整个过程混合时间90min。