CN113976875A - 粉末冶金铁基零件用高温液相烧结合金粉末及制造方法 - Google Patents

粉末冶金铁基零件用高温液相烧结合金粉末及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种适用于粉末冶金铁基零件高温液相烧结添加剂粉末及制造方法。合金粉末成分为：C:0.15～0.30，Si:15～22，Cr:<0.05，Mn:<0.5，P:<0.3，酸不溶物<0.5，可还原氧(O):<2000ppm，不可避免的工艺杂质<1.00，Fe:余量。本发明合金粉末采用水雾化或水气联合雾化法制造。添加本发明粉末，真空高温烧结共析钢试样的密度由6.7g/cm3增加到7.30g/cm3，对于Fe‑Mn‑Si‑Cr‑C系列，不添加Ni和Mo，烧结态硬度达到洛氏硬度HRC40，同样实现烧结硬化效果。对于某些Fe‑(10～20)Cu成分多孔含油轴承，添加本发明粉末高温烧结，可以生成分布均匀的纳米强化相，大幅度提高多含油轴承的压溃强度，达到810MPa，并有足够的减摩性能。

Description

粉末冶金铁基零件用高温液相烧结合金粉末及制造方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种适用于粉末冶金铁基零件产生高温液相烧结的合金粉末及制造方法。
背景技术
粉末冶金铁基零件的制造过程为，将铁粉和石墨粉连同其他必要的合金粉末通过混合、压制、烧结工序完成。压制是将混合好的粉末装入具有零件形状的封闭钢模中，在单轴压力下压制成生坯，烧结是在高温作用下，通过组元的相互扩散作用，使生坯转化为高密度、高强度合金零件。
烧结过程分为固相烧结和液相烧结。固相烧结是烧结温度低于所有粉末组元熔点的烧结，粉末为固体。烧结过程是固相扩散。液相烧结是烧结温度高于某些组元的熔点，某些组元熔化，在烧结的一段时间内成为液相。烧结过程是液相扩散。促进合金元素之间的扩散，促进合金化，促进粉末体致密化，因而性粉末冶金零件性能能得到大幅度提高。液相烧结是技术领域的优化技术手段。
在粉末配料中添加某些熔点低于烧结温度的合金粉末，是实现液相烧结的重要手段。传统地，铁基零件工业化烧结温度为1050～1150℃，在此温度范围，广泛使用铁磷合金粉(Fe-P)作为液相烧结添加剂粉。例如Fe-18P合金熔点为1050℃，在1050～1150℃烧结温度范围内，Fe-18P粉熔化，形成液相烧结，促进烧结致密化，零件性能获得较大提高。
随着烧结技术的进步，出现了高温烧结技术(包崇玺沈周强舒正平.粉末冶金新技术在烧结齿轮中的应用.粉末冶金材料科学与工程.2006，11(3)：140-145)。工业生产的高温烧结温度为1200-1300℃。然而，目前在粉末冶金领域，铁基零件只能做高温固相烧结，迄今尚无可供高温液相烧结的添加剂粉末，无法实现高温烧结的液相烧结。
高温液相烧结如果能够实现，除了促进烧结致密化，增加制品密度之外，有可能生成新的合金相，提供铁基零件新的强化途径。例如，硅(Si)元素对粉末冶金铁基零件而言是有益元素，能增加零件的耐磨性、耐热性。通常往铁粉中添加铁硅合金粉，常用含硅75重量％(Fe75Si)合金粉作为硅元素的引入物质。因为，Fe75Si合金质地硬脆，容易球磨成粉，但是它不能作为高温液相烧结添加剂来用，因为根据Fe-Si二元相图，Fe75Si合金熔点为1350℃以上。不会在1200～1300℃形成液相。
国家自然科学基金项目(51725402、51604023)，研究了铁硅(Fe75Si)钢液中去除杂质的问题。研究发现(张彦辉李亚琼张立峰.造渣精炼去除硅铁合金中铝钙杂质研究.铁合金.2019，276(1)：31-34)，采用SiO2或F2O3渣剂，造渣精炼后,硅铁合金中的Al、Ca杂质含量分别降为0.13％、0.005％,去除率分别达到88.28％、98.38％。该方法不仅能有效避免渣剂对硅铁合金造成二次污染,还能大幅度降低铝钙杂质含量,从而提高了硅铁合金的洁净度。本发明的铁硅合金的Si含量为18～22％，低于基金项目的75％，在提高钢液的洁净度，防止喷嘴结瘤，保持顺畅喷粉方面，没有其他相应参考文献。
另一方面，根据Fe-Si二元相图，Si含量在18～22％之间，熔点在1200～1212℃之间，正位于高温烧结温度区间。如果这个合金粉末成为液相烧结添加剂，Si元素在液相的扩散速度增加，与基体元素互扩散充分，有可能生成新的合金相。有证据表明，在Fe-Cu合金系中添加Si，生成Fe-Cu-Si相，这是一种原位形成的新相，是一种可靠的减磨相(任萍吴建德.新型硅青铜ZCuSiPbMnFe的试验研究.机械研究与应用.2010,2:55-64)。在含较多铜的粉末冶金铁基零件中添加少量铁硅高温烧结液相添加剂粉末，是原位形成减磨相的一个新途径。如果这种减磨相尺寸达到纳米尺寸，那么又会赋予材质的弥散强化效应。目前没有这种形成高温液相的粉末供应。
发明内容
本发明旨在制造一种可以作为粉末冶金铁基零件的高温液相烧结添加剂粉末，它不是传统的球磨的Fe75Si合金粉末，而是一种水雾化或水气联合雾化的超细粉末，是适合于在高温烧结温度(1200～1300℃)下形成液相的铁硅合金粉末，可以明显提高粉末冶金铁基(如Fe-C，Fe-Cu-C，Fe-Mn-C，Fe-Mo-C，Fe-Ni-C，Fe-Cr-C，Fe-Cr-Mn-C等)零件的密度，提高零件合金化水平，提高零件综合性能。对于某些铁和高铜含量的多孔轴承，如Fe-(10～20)Cu零件，利用本发明的粉末还能生成纳米强化相，在保证减摩性能同时，具有很高的压溃强度。
本发明粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末是一种水雾化或水气联合雾化超细铁硅合金粉末，合金粉末熔点在高温烧结技术的烧结温度范围内，适合做粉末冶金铁基零件高温烧结温度下形成液相的粉末添加剂。
本发明所述合金粉末成分(质量百分数)如下：C:0.15～0.30，Si:15～23，Cr:<0.05，Mn:<0.5，P:<0.3，酸不溶物<0.5，可还原氧(O):<2000ppm，不可避免的工艺杂质<1.00，Fe:余量。
进一步，所述粉末为Fe20Si粉末，化学成分(元素的质量百分数)为C0.017，Si20.87，S0.004，P0.005，O0.189的，球形颗粒，粒度分布为D10＝6.433mm，D50＝15.10mm，D90＝26.84mm，振实密度4.37g/cm3。
进一步，所述粉末为Fe22Si粉末，化学成分(元素的质量百分数)为：C0.002，Si22.04，S0.003，P0.004，O0.183，球形或液滴形颗粒，粒度分布为，D10＝12.24μm，D50＝43.73μm，D90＝110.6μm，振实密度4.99g/cm3。
进一步地，在Fe粉，10％～20％Cu粉中添加所发明合金粉末，在烧结后过程中可以形成纳米相，起到沉淀强化作用；其纳米相成分为C1.24-Si0.47-Fe14.5-Cu83.78。
本发明提供制造所述铁硅合金粉末的方法，包括如下步骤：
步骤1配料，按照合金元素的成分范围，根据不同元素的烧损量的多少，确定各成分的实际配料量，P元素添加根据熔化钢液的流动性调整配料量；
步骤2冶炼，造氧化渣精炼，炉料化清后，添加含氧化铁的氧化渣，将钢液中的杂质(如铝、钙)元素氧化，形成氧化物，氧化物上浮，与钢液表面的渣相结合，排出钢液，提高钢液洁净程度，降低钢液粘度，增加流动性，并减少漏嘴处结瘤可能，防止漏嘴堵塞。浇注前添加保护渣保温，钢液过热度应小于200～250℃；
步骤3水气联合雾化，钢液从熔化坩埚倒入中间包(一种将熔融钢液流入雾化器的装置)，钢液从中间包底部中心的漏眼漏下，依次被高压水流和惰性气流冲击下成为液滴，旋即被冷却成固体粉末，落入雾化桶底部；
步骤4水粉分离，用沉淀法将水粉分离，沥去上层的清水，得到下层湿粉；
步骤5真空干燥，在间歇式真空炉中将湿粉干燥成干粉；
步骤6气流分级，在气流粉筛机中，气流鼓吹干粉，分级；
步骤7合批，按粒度配比要求，将不同粒度粉末在标准混料机中混合，达到均匀化。
进一步，冶炼在中频炉冶炼，经过造氧化渣精炼以及炉料化清；造氧化渣精炼时添加含氧化铁的氧化渣，渣层厚度15～20mm，将温度升至1620℃，保持渣熔化均匀分布，静置10min，扒渣后，加碳化稻壳(10～15mm厚)保温，钢液过热度应小于200～250℃；将覆盖后的熔融钢液倒入中间包(一种将熔融钢液流入雾化器的装置)，中间包底部中央有一漏眼，直径3mm，熔融的金属液流通过漏眼进入雾化区域；雾化条件为，雾化水压90～110MPa、雾化气体1MPa，两个水雾化喷嘴的夹角分别为40°和50°和V型喷嘴水流呈扇面且夹角为15°。
本发明在铁碳合金(铁粉末和石墨粉末)中添加瞬时液相烧结添加剂粉末，使粉末体的某些局部在高温烧结期间熔化，达到熔铸钢水平，并促进粉末烧结体的收缩而提高其密度，使低密度生坯烧结后达到高密度铁基零件水平，这是扩大铁基零件零件应用范围的重要低成本技术途径。
按共析钢成分(C0.8质量％，Fe99.2质量％)配比制造粉末冶金烧结钢试样。称重的粒度为100目的水雾化纯铁粉、中值粒度为0.5μm胶体石墨粉和外加0.75％硬脂酸锌润滑剂粉末，添加4质量％的本发明的Fe20Si粉末，在3D混料机中混合30min。混合后的粉末装入直径为10mm的钢模中，单轴向压力压力为600MPa下压制成高10mm的圆柱生坯试样。浮水法测定生坯密度为6.7g/cm3。真空烧结前在氢气中600℃脱除润滑剂30min。真空烧结温度为1250℃，烧结1h。烧结后金相检测发现，合金显微组织为珠光体，是典型的共析钢组织。浮水法检测的烧结密度为7.30g/cm3。这表明，通过添加本发明的超细Fe20Si粉末的在高温烧结的典型温度下，共析钢试样的密度由6.7g/cm3上升到7.30g/cm3，中密度烧结零件密度提升到高密度铁基零件的范畴，可以安全地在较大负荷的轿车、汽车零件中使用。
应当指出的是，与Fe-C烧结钢类似，对于添加少量合金元素的低合金烧结钢Fe-Cu-C，Fe-Mn-C，Fe-Mo-C，Fe-Ni-C，Fe-Cr-C，Fe-Cr-Mn-C等，添加本发明的高温烧结添加剂粉末，都将有明显增加零件高温烧结密度的结果和趋势。
本发明优点是：添加本发明粉末，真空高温烧结共析钢试样的密度由6.7g/cm3增加到7.30g/cm3，对于Fe-Mn-Si-Cr-C系列，不添加Ni和Mo，烧结态硬度达到洛氏硬度HRC40，同样实现烧结硬化效果。对于某些Fe-(10～20)Cu成分多孔含油轴承，添加本发明粉末高温烧结，可以生成分布均匀的纳米强化相，大幅度提高多含油轴承的压溃强度，达到810MPa，并有足够的减摩性能。
附图说明
图1是水气联合雾化Fe20Si粉末SEM照片；
图2是水雾化Fe22粉末SEM照片；
图3是含Fe20Si的FeCu17铜相中的析出相背散射电子相，灰白色铜相中的黑点为析出相，具有纳米尺寸。
具体实施方式
实施例1：水气联合雾化Fe20Si粉末。首先根据铁硅金属的的成分配比，称重配料。将配好的原料装入中频炉中熔化，当达到熔融状态时，造氧化渣，渣系为Al2O3-(FeO·Fe3O4)-CaF，渣层厚度15～20mm。将温度升至1620℃，保持渣熔化均匀分布，静置10min，扒渣后，加碳化稻壳(10～15mm厚)保温，然后将熔融钢液倒入中间包(一种将熔融钢液流入雾化器的装置)，中间包底部中央有一漏眼，直径3mm，熔融的金属液流通过漏眼进入雾化区域。雾化条件为，雾化水压90～110MPa、雾化气体压1MPa、两个水雾化喷嘴的夹角分别为40°和50°和V型喷嘴水流呈扇面且夹角为15°。将雾化了的金属粉末收集到集粉器中，并进行脱水，最后将金属粉末真空干燥。将烘干后的粉末导入气流粉筛机，不同粒径粉末质量不同，被气流吹送距离不同，在不同距离处收集粉末，从而达到粉末分级效果。分级后，按需要的粒度配比进行各粒级粉末配级，在标准混料机中进行混合合批。
使用扫描电子显微镜(ZICC EVO18)观测所制得粉末的形貌，水气联合雾化粉末颗粒为球形，如附图1所示。用激光粒度仪(Bettersize2000)测试粉末颗粒粒径，检测到的粒度组成为D10＝6.433μm，D50＝15.10μm，D90＝26.84μm。D10为累计粒度分布百分数达到10％时的粒径，小于它的颗粒占10％，大于它的粒径的占90％。D50为累计粒度分布百分数达到50％时对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％。D50也叫中值粒径或中位径。D90为累计粒度分布百分数达到90％时对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占10％，小于它的颗粒也占90％。
通过氧氮分析仪(ONH-3000)测试氧含量，测得氧含量为1890ppm。使用振实密度仪(BT-1000)测试其振实密度，为4.37g/cm3。化学成分为：C0.017，Si20.87，S0.004，P0.005，O0.189。
实施例2：水雾化Fe22Si粉末。配料：硅铁(70％Si)31.25％，工业纯铁：68.75％。中频炉中熔化，最高温度1620℃，在水气雾化装置中雾化，停掉气压，只用水压，100MPa，中间包漏眼直径4.7mm。当钢液温度降低到1550℃时，喷粉。其他操作与实施例1相同。经检测，粉末颗粒形貌为球形或液滴形，如附图2所示。水雾化合金粉的粒度组成：D10：12.24μm D50:43.73μm D90:110.6μm，D10、D50 D90的含义如实施例1中所述。氧含量1830ppm，振实密度：4.99g/cm3，化学成分为：C0.002，Si22.04，S0.003，P0.004，O0.183。
实施例3：提高烧结密度，Fe-C烧结钢。
粉末冶金铁基零件最基本的材质和应用的最广的是烧结钢，即用铁粉和适当比例石墨粉混合、压制成零件形状、最终烧结到一定密度的具有较高强度的合金体。烧结钢和传统的熔铸钢最显著区别是，烧结钢零件材质中具有一定数量的孔洞或称为孔隙，因此，烧结钢的力学性能比铜成分的铁碳熔铸合金的力学性能差，差的程度通常用零件的密度区分，分为三种零件密度：低密度铁基零件，中密度铁基零件和高密度铁基零件。低密度零件指密度低于6.5g/cm3的零件，(纯铁密度计为7.8g/cm3)，其强度比熔铸钢的强度低很多；中密度零件指密度在6.8～6.9g/cm3之间的零件，强度有明显提高，可承受中等负荷；高密度零件指密度大于7.0g/cm3的零件，可以满足汽车或轿车结构件工作要求。
实施例4:提高铁基零件硬度，Fe-Cr-Mn-Si--C。
这是一种需要有较高硬度的铁基合金成分，要求烧结态硬度应达到洛氏硬度HRC40。对于熔铸钢而言，是通过后续热处理在空气冷却条件下可以获得此硬度。对于粉末冶金烧结钢而言，国外(瑞典霍格纳斯公司和北美霍格涅斯公司等)出现和使用着所谓的“烧结硬化”技术，其中要改造粉末冶金连续烧结炉的冷却段，添加一段冷氮气循环冷却装置，替代原有的水冷套，以加速冷却速度，可以实现使烧结钢烧结态硬化，达到洛氏硬度HRC40左右的硬度。但是，国外的烧结硬化技术只能适用于一种烧结钢成分系列Fe-Ni-Mo-C，需要同时使用2～6％Ni和2～4％Mo。这无疑这是对节约及有效使用我国稀缺的镍金属和昂贵的有色金属钼的极大挑战。本实施例4将不使用任何Ni和Mo元素，使用本发明的超细Fe-20Si粉末及少量必要的低成本Mn，Cr，C等元素通过高温瞬时液相烧结同样使Fe-Mn-Si-Cr-C系粉末冶金铁基合金达到烧结态洛氏硬度HRC40的硬化效果。
合金名义成分(质量％)为，Cr3～5％，Mn0.5～0.8，Si0.6～1.0，C0.9～1.1，Fe余量。称重的铬铁粉、锰铁粉、水雾化纯铁粉、胶体石墨粉和本发明的Fe22Si粉，按元素配比换算成相应的铁合金粉的添加量，并添加润滑剂硬脂酸锌粉(混合好粉末重量的0.75％)，在3D混料机中混合30min，在600MPa压制压力下压制成直径10mm，高度10mm的生坯试样。在网带炉的氮-氢混合气氛中600℃热脱润滑剂30min，而后在真空高温烧结，1250℃，保温60min。烧结试样呈现为白亮银色。硬度检测，6个实验点，平均硬度为洛氏硬度HRC40。没有添加Ni和Mo也达到Fe-Ni-Mo-C合金系列的烧结硬化水平。
实施例5:
本发明的水气联合雾化的Fe20Si粉末可以促合金析出纳米相。所制造的零件为一种承受大负荷的含油轴承(轴套)，其压溃强度超过日本日立公司Fe-20Cu零件水平。日立的压溃强度为620MPa，加入本发明的FeSi20粉末高温瞬时液相烧结，产生纳米强化相的压溃强度为810MPa，高出日立轴承30％；还仍能保持足够的减摩性能，是国内制造大负荷(承受100MPa压强)含油轴承的一个重要突破。
采用铁粉铜粉混合粉的成分为Fe17Cu+0.5石墨粉。混合进5.0％的本发明的铁硅粉，和0.75％硬脂酸锌润滑剂生产轴套。在3D混料机中混混合30～40min。混合好的粉，在单轴向压制压力6t/cm2下在封闭钢模中成型，试样为轴套，内径17mm，外经28mm，高30mm。生坯相对密度为80％。真空高温烧结温度1230℃，烧结时间2h。烧结后样品做成金相试样。使用Phenom Prox台式扫描电子显微镜和ZESS SUPRA55冷场电子显微镜(SEM)对试样抛光表面进行了二次电子像和背散射电子像分析，进行了微区X-射线衍射，及能量弥散谱微区分析(EDS)。
图3表示FeCu17铁相中的析出相背散射电子相，深灰相中的黑点为析出相。按照10mm长度相当于2μm的尺寸标定，可以推测出这些析出相是纳米尺寸特征。表1示Fe17Cu1.0Si烧结析出相EDS分析结果，纳米析出相成分为Cu83.78Fe14.51Si0.47 C1.24。
表1 Fe17Cu1.0Si合金烧结析出相EDS分析结果
Figure BDA0003300487570000081

Claims (6)

1.一种粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末，其特征在于合金粉末为熔点在高温烧结技术的烧结温度范围内，适合做粉末冶金铁基零件高温烧结温度下形成液相的粉末添加剂，所述合金粉末成分质量百分数如下：C:0.15～0.30，Si:15～23，Cr:<0.05，Mn:<0.5，P:<0.3，酸不溶物<0.5，可还原氧(O):<2000ppm，不可避免的工艺杂质<1.00，Fe:余量。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末，其特征在于所述合金粉末为Fe20Si粉末，化学成分元素的质量百分数为C0.017，Si20.87，S0.004，P0.005，O0.189的，球形颗粒，粒度分布为D10＝6.433mm，D50＝15.10mm，D90＝26.84mm，振实密度4.37g/cm3。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末，其特征在于所述合金粉末为Fe22Si粉末，化学成分元素的质量百分数为：C0.002，Si22.04，S0.003，P0.004，O0.183，球形或液滴形颗粒，粒度分布为，D10＝12.24μm，D50＝43.73μm，D90＝110.6μm，振实密度4.99g/cm3。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末，其特征在于在Fe粉，10％～20％Cu粉中添加所发明合金粉末，在烧结后过程中可以形成纳米相，起到沉淀强化作用；其纳米相成分为C1.24-Si0.47-Fe14.5-Cu83.78。
5.一种根据权利要求1所述粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1配料，按照合金元素的成分范围，根据不同元素的烧损量的多少，确定各成分的实际配料量，P元素添加根据熔化钢液的流动性调整配料量；
步骤2冶炼，造氧化渣精炼，炉料化清后，添加含氧化铁的氧化渣，将钢液中的杂质元素氧化，形成氧化物，氧化物上浮，与钢液表面的渣相结合，排出钢液，提高钢液洁净程度，降低钢液粘度，增加流动性，并减少漏嘴处结瘤可能，防止漏嘴堵塞；浇注前添加保护渣保温，钢液过热度应小于200～250℃；
步骤3水气联合雾化，钢液从熔化坩埚倒入中间包，钢液从中间包底部中心的漏眼漏下，依次被高压水流和惰性气流冲击下成为液滴，旋即被冷却成固体粉末，落入雾化桶底部；
步骤4水粉分离，用沉淀法将水粉分离，沥去上层的清水，得到下层湿粉；
步骤5真空干燥，在间歇式真空炉中将湿粉干燥成干粉；
步骤6气流分级，在气流粉筛机中，气流鼓吹干粉，分级；
步骤7合批，按粒度配比要求，将不同粒度粉末在标准混料机中混合，达到均匀化。
6.根据权利要求5所述的粉末冶金铁基零件用的高温液相合金粉末的制备方法，其特征在于：冶炼在中频炉冶炼，经过造氧化渣精炼以及炉料化清；造氧化渣精炼时添加含氧化铁的氧化渣，渣层厚度15～20mm，将温度升至1620℃，保持渣熔化均匀分布，静置10min，扒渣后，加10～15mm厚的碳化稻壳保温，钢液过热度应小于200～250℃；将覆盖后的熔融钢液倒入中间包，中间包底部中央有一漏眼，直径3mm，熔融的金属液流通过漏眼进入雾化区域；雾化条件为，雾化水压90～110MPa、雾化气体1MPa，两个水雾化喷嘴的夹角分别为40°和50°和V型喷嘴水流呈扇面且夹角为15°。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993507A (en) * 1997-12-29 1999-11-30 Remington Arms Co., Inc. Composition and process for metal injection molding
CN1470666A (zh) * 2003-07-04 2004-01-28 北京科技大学 一种粉末不锈钢的强化烧结方法
CN104325133A (zh) * 2014-11-14 2015-02-04 武汉钢铁(集团)公司 含有纳米四氧化三铁的纳米铁粉烧结体及其制备方法
WO2018181015A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社ダイヤメット 耐酸化性、高温耐摩耗性、耐塩害性に優れる耐熱焼結材及びその製造方法
CN111408727A (zh) * 2020-04-10 2020-07-14 泉州天智合金材料科技有限公司 一种适用于mim注射成型不锈钢粉末、制备方法及高抛光件

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5993507A (en) * 1997-12-29 1999-11-30 Remington Arms Co., Inc. Composition and process for metal injection molding
CN1470666A (zh) * 2003-07-04 2004-01-28 北京科技大学 一种粉末不锈钢的强化烧结方法
CN104325133A (zh) * 2014-11-14 2015-02-04 武汉钢铁(集团)公司 含有纳米四氧化三铁的纳米铁粉烧结体及其制备方法
WO2018181015A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 株式会社ダイヤメット 耐酸化性、高温耐摩耗性、耐塩害性に優れる耐熱焼結材及びその製造方法
CN111408727A (zh) * 2020-04-10 2020-07-14 泉州天智合金材料科技有限公司 一种适用于mim注射成型不锈钢粉末、制备方法及高抛光件

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟飞等: "添加金属粉末对粉末冶金316L不锈钢性能的影响", 《粉末冶金材料科学与工程》 *
李聪等: "B元素对粉末注射成形304L不锈钢粉末的影响", 《材料研究与应用》 *

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