CN113649563A - 一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu‑Ni‑Si‑RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物，本申请合理配制粉末冶金组合物，优化原料选用，粉末材料间具有优异的分散性，压制均匀性好，结构均匀致密，力学性能稳定改善，且表面无裂纹、斑点，精度等级可达IT5‑7级，综合效益更强，值得推广应用。

Description

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料

技术领域

本发明涉及同步器制备技术领域，具体涉及一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料。

背景技术

旧式变速器的换档要采用"两脚离合"的方式，升档在空档位置停留片刻(但是离合器需要抬起来，目的是为了让离合器片也要和飞轮同步，转速必须一致才可顺利挂档，如果换挡慢了，转速落到怠速，也是无法挂进去的），减档要在空档位置（同时保持离合器抬起）加油门，以减少齿轮的转速差。但这个操作比较复杂，难以掌握精确。因此设计师创造出"同步器"，通过同步器使将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。同步器有常压式、惯性式、自行增力式等形式，目前广泛采用的是惯性式同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，它的特点是依靠摩擦作用实现同步。

汽车同步器是汽车变速器中的重要装置，而粉末冶金汽车同步器齿毂则是同步器中的重要零件之一，目前，随着汽车行业的飞速发展和粉末冶金零件的推广应用，相较于传统的钢毂，粉末冶金齿毂更符合节能、环保的要求，适应可持续发展的趋势。

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。但由于同步器齿毂结构形状复杂、内腔具有多台肩、几何尺寸精度要求高，给采用粉末冶金压制、烧结生产带来了极大的困难，生产出的同步器齿毂的性能达不到高性能的要求，特别是轿车用同步器齿毂，更是难以应用，极大的影响了粉末冶金齿毂的应用和发展。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，通过合理配制粉末冶金组合物，优化原料选用，粉末材料间具有优异的分散性，压制均匀性好，结构均匀致密，力学性能稳定改善，且表面无裂纹、斑点，精度等级可达IT5-7级，综合效益更强，值得推广应用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

作为本发明的进一步优化，纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu≥30%、Ni≥30%、Si≥18%、RE≥5%，RE为镧、钪中任意一种或两种等比组合物。

作为本发明的进一步优化，纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%。

作为本发明的进一步优化，金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:0.8-1.5，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

作为本发明的进一步优化，助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.6-0.8:2.5-5，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

作为本发明的进一步优化，同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉2-5%、钼粉0.1-0.4%、石墨粉0.5-1.2%、金属碳化物粉0.4-0.8%、助剂0.5-1%、铁粉余量。

作为本发明的进一步优化，同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉3.5-4%、钼粉0.2-0.4%、石墨粉0.8-1.0%、金属碳化物粉0.5-0.6%、助剂0.5-0.7%、铁粉余量。

作为本发明的进一步优化，钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

作为本发明的进一步优化，一种同步器齿毂，采用如权利要求6所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度＞7.35g/cm³，抗拉强度＞1120MPa，硬度＞550HV，屈服强度＞625MPa。

具体的，同步器齿毂制备步骤如下（实施例采用下述制备步骤制备），1）先按重量百分含量取料，将石墨粉加入铁粉中，高速搅拌混匀（800-1000rpm，5-20min），作混合物一；

2）将钼粉、金属碳化物粉共混均匀（200-300rpm，2-5min），作混合物二，然后将混合物二与助剂分别均分至少2份、交替的、在搅拌条件下加入混合物一中；其中，每两次添加间隔不少于30s，搅拌频率为200-300rpm；

3）待全部添加完成后，最后在搅拌条件下（200-300rpm）将纳米级预制合金粉加入其中，混合均匀（先200-300rpm搅拌2-5min，再800-1000rpm搅拌2-10min），即得冶金粉末混合物料，将其导入同步器齿毂压膜内，进行压制成型，得到坯料；其中，压制压力为8.2-8.5t/cm²，坯料平均密度为7.33g/cm³；

4）将坯料用网带炉进行烧结处理，氮气氛围烧结，具体的，预烧结为410-480℃、15-30min，高温烧结为850-920℃、40-60min，再升温烧结温度为1020-1080℃、30-60min，最后冷却，冷却速度为3±0.2℃/s至降温到500℃，然后再以50±2℃/min继续冷却降温至150℃以下，自然冷却即得。

由此，制备得到的同步器齿毂经检测，密度＞7.35g/cm³，抗拉强度＞1120MPa，硬度＞550HV，屈服强度＞625MPa，综合性能稳定提升。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过合理配制粉末冶金组合物，优化原料选用，粉末材料间具有优异的分散性，压制均匀性好，结构均匀致密，力学性能稳定改善，且表面无裂纹、斑点，精度等级可达IT5-7级，综合效益更强，值得推广应用。

设置纳米级Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，分步预制，形成以硅溶胶为载体，纳米粒子均匀分散包裹，形成纳米核，有效提高了合金粉末间的流动性，同时具有良好的润滑效果，辅助添加金属碳化物粉末，一方面对结构刚性具有补强作用，另一方面，其具有良好的界面离子化效果，带电性好，在高温烧结过程中，能够促进高熔点纳米粒子间的流动分散，金相转变稳定度高，结构力学更为稳定，无裂纹或斑点等问题，表面平整光滑，加工精度有效提高，后期使用过程中，同样在高强摩擦下，形成界面带压，配合润滑剂，使得微观上纳米级金属粒子进行固溶补足，从而进行二次强化修复，有效保证了齿毂性能的稳定性，有效使用寿命延长了一倍以上。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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1：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉4%、钼粉0.2%、石墨粉0.8%、金属碳化物粉0.6%、助剂0.7%、铁粉余量。

具体的，纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu 40%、Ni 35%、Si 20%、RE5%，RE为镧、钪两种等比组合物。

纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下（氮气或二氧化碳，下同）45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%（D50为41.6nm）。

金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:1，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.6:3，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

一种同步器齿毂，采用上述实施例同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度7.42g/cm³，抗拉强度1126MPa，硬度560HV，屈服强度630MPa，精度等级为IT6级。

实施例2：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉2%、钼粉0.4%、石墨粉0.6%、金属碳化物粉0.4%、助剂0.8%、铁粉余量。

纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu 45%、Ni 30%、Si 18%、RE 7%，RE为镧、钪两种等比组合物。

纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下（氮气或二氧化碳，下同）45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%（D50为40.3nm）。

金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:1.5，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.5:5，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

一种同步器齿毂，采用上述实施例同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度7.45g/cm³，抗拉强度1130MPa，硬度571HV，屈服强度630MPa，精度等级为IT6级。

实施例3：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉3%、钼粉0.1%、石墨粉0.5%、金属碳化物粉0.6%、助剂0.5%、铁粉余量。

纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu 30%、Ni 35%、Si 25%、RE 10%，RE为镧。

纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下（氮气或二氧化碳，下同）45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%（D50为39.6nm）。

金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:0.8，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.6:2.5，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

一种同步器齿毂，采用上述实施例同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度7.38g/cm³，抗拉强度1128MPa，硬度554HV，屈服强度633MPa，精度等级为IT7级。

实施例4：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉5%、钼粉0.1%、石墨粉1%、金属碳化物粉0.5%、助剂1%、铁粉余量。

纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu 42%、Ni 33%、Si 20%、RE 5%，RE为镧。

纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下（氮气或二氧化碳，下同）45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%（D50为40.8nm）。

金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:1.2，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.3:1，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

一种同步器齿毂，采用上述实施例同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度7.43g/cm³，抗拉强度1150MPa，硬度563HV，屈服强度641MPa，精度等级为IT5级。

实施例5：

一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

同步器齿毂制备用粉末冶金材料，各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉3.5%、钼粉0.3%、石墨粉1.2%、金属碳化物粉0.8%、助剂0.2%、铁粉余量。

纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu 35%、Ni 35%、Si 20%、RE 10%，RE为镧、钪两种等比组合物。

纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下（氮气或二氧化碳，下同）45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%（D50为42.8nm）。

金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:0.8-1.5，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.8:4，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

一种同步器齿毂，采用上述实施例同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度7.37g/cm³，抗拉强度1132MPa，硬度559HV，屈服强度629MPa，精度等级为IT6级。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于,包括以下组分：纳米级预制合金粉、钼粉、石墨粉、金属碳化物粉、助剂、铁粉，其中，纳米级预制合金粉为Cu-Ni-Si-RE预制合金粉，金属碳化物粉为Co/Ti碳化物。

2.根据权利要求1所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：所述纳米级预制合金粉中各元素质量含量占比为，Cu≥30%、Ni≥30%、Si≥18%、RE≥5%，RE为镧、钪中任意一种或两种等比组合物。

3.根据权利要求2所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：所述纳米级预制合金粉制备方法为，配制Cu-Ni金属盐胶体溶液，以辐射法制备纳米金属粒子，备用；按比例取硅溶胶和稀土粉，惰性氛围下45-65℃搅拌混合5-30min，加入纳米金属粒子共混，然后采用超临界流体干燥法再次制备纳米级粉料，即得；且，纳米级预制合金粉中粒径为30-60nm的分布占比＞80wt%。

4.根据权利要求1所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：所述金属碳化物粉中碳化钴和碳化钛质量取用比为1:0.8-1.5，粒径为10-200μm，D50为120±5μm。

5.根据权利要求1所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：所述助剂包括重质碳酸钙、氟化钙、石蜡基础油，三者质量比为1：0.6-0.8:2.5-5，其中石蜡基础油黏度指数＞120。

6.根据权利要求1-5任一项所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉2-5%、钼粉0.1-0.4%、石墨粉0.5-1.2%、金属碳化物粉0.4-0.8%、助剂0.5-1%、铁粉余量。

7.根据权利要求6所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：各组分质量百分含量比为，纳米级预制合金粉3.5-4%、钼粉0.2-0.4%、石墨粉0.8-1.0%、金属碳化物粉0.5-0.6%、助剂0.5-0.7%、铁粉余量。

8.根据权利要求6所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料，其特征在于：所述钼粉以钼铁合金粉添加，石墨粉选用鳞片石墨粉，钼粉粒径为＜200μm，石墨粉粒径为＜40μm。

9.一种同步器齿毂，其特征在于，采用如权利要求6所述的同步器齿毂制备用粉末冶金材料制备而成，该同步器齿毂密度＞7.35g/cm³，抗拉强度＞1120MPa，硬度＞550HV，屈服强度＞625MPa。