CN114015942B - 无磁平衡块及其制备方法、压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及粉末冶金技术领域，提供了一种无磁平衡块及其制备方法、压缩机。所述无磁平衡块的原料粉体包括铁锰合金粉、铜粉和助烧活化剂，所述铜粉的含量大于或等于0，其中，所述助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、铜、银中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物；以所述无磁平衡块的总质量为100％计，所述无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。本申请提供的无磁平衡块，虽然铜元素含量占比少，但是具有较高的密度，密度可达7.2g/cm³以上。

Description

无磁平衡块及其制备方法、压缩机

技术领域

本申请属于粉末冶金技术领域，尤其涉及一种无磁平衡块及其制备方法，以及一种压缩机。

背景技术

平衡块是压缩机转子等转动物体的重要部件，可以平衡由于带偏心轴的曲轴在运转时产生的不平衡，起到改善应力分布、降低噪音和减震的作用，是很多机械设备不可缺少的辅助零件。考虑到机械设备的实际应用，平衡块部件需要满足无磁要求。此外，现有平衡块大多为粉末冶金工艺制作，制品的密度直接决定着平衡块部件的硬度、强度等力学性能，因此，平衡块的密度也是其发挥上述作用的关键指标。

目前，平衡块大多采用高锰钢材料体系，其原材料粉末主要由三部分构成：基础铁锰合金粉、铜粉和添加剂。其中，基础铁锰合金粉的作用是使材料形成稳定的奥氏体微观组织，从而确保成品平衡块的无磁性能。铜粉可以改善混合粉末的压制性能，更重要的是，能够提高成品平衡块的密度，使其满足平衡块标准要求。添加剂可以是一种添加剂或多种添加剂的混合物，用于提高平衡块的压制性能，如润滑添加剂主要用于提高混合粉末的压制性能，降低模具损耗，添加剂一般占原材料粉末总重量的约1wt.％。

有研究表明，对于粉末冶金高猛钢材料体系的平衡块，随着铜含量的降低，成品平衡块的密度显著下降。基于现有的技术水平，需要在原材料粉末中添加含量较高(一般占原材料粉末总重量的8～16wt.％)的铜粉才可以使成品平衡块密度满足标准要求。由于铜粉价格昂贵，行业一直在寻找可替代的少铜化平衡块技术，但是这与铜粉含量与平衡块密度呈现正相关的技术现实又存在矛盾。因此，少铜化平衡块技术多年来一直没有得到量产并进入实际应用，根本原因就在于无法在材料研究方面解决兼顾平衡块的少铜化与高密度性能的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种无磁平衡块及其制备方法，以及一种含有该无磁平衡块的压缩机，旨在解决现有的平衡块在降低铜含量的基础上，难以达到高密度要求的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

本申请第一方面提供一种无磁平衡块，所述无磁平衡块的原料粉体包括铁锰合金粉、铜粉和助烧活化剂，所述铜粉的含量大于或等于0，

其中，所述助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、铜、银中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物；

以所述无磁平衡块的总质量为100％计，所述无磁平衡块的元素组成及其质量百分含量如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

本申请提供的无磁平衡块，原料成分中含有助烧活化剂，且助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、铜、银中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物。无磁平衡块粉体原料烧结过程中，上述助烧活化剂形成液相，并在铁锰合金粉形成的固态基体颗粒中具有适当的溶解度，其不仅有利于降低固态基体颗粒晶体间结合能，改善固态基体颗粒与液相的润湿性和粘结性，提高固态基体颗粒间的扩散；而且，上述助烧活化剂能够在固态基体颗粒间维持析出并形成液相，从而持续通过溶解释放液相助烧活化剂，使固态基体颗粒周围持续含有液相的助烧活化剂，进而持续有效促进固态基体颗粒间的扩散和物质交换，加速材料的致密化，最终在降低铜粉含量的前提下，能够有效提高得到的无磁平衡块的密度。应当注意的是，尽管本申请提供的无磁平衡块原料成分中，助烧活化剂可以含铜，但由于助烧活化剂作为添加剂引入的铜含量少，因此，其对无磁平衡块中铜含量的提高并不显著。本申请提供的无磁平衡块，其铜含量小于或等于4％，但密度大于或等于7.2g/cm³。而由于平衡块中铜含量降低，因此，平衡块的成本得以降低。

作为一种可能的实现方式，所述助烧活化剂的熔点小于或等于1200℃。在这种情况下，相对铁锰合金和铜，助烧活化剂的熔点较低。在原料粉体烧结过程中，助烧活化剂优先铁锰合金形成液相，并沿铁锰合金粉形成的固态基体颗粒表面铺展，有效促进固态基体颗粒间的扩散和物质交换，加速材料的致密化，有利于提高少铜化无磁平衡块的密度。

作为一种可能的实现方式，以所述原料粉体的总质量为100％计，所述助烧活化剂的质量百分含量为0.4％～2％。此时，平衡块原料中含有合适含量的助烧活化剂，其熔化后形成的液相体系对固态基体颗粒的润湿性增强，有利于促进固态基体颗粒的重排，甚至固态基体颗粒表面形成一层厚度约为1nm的液相膜，使烧结体内部失去了稳固的结构，促进固态基体颗粒的重排，进而消除材料内部的孔隙，加速材料的致密化。应当理解的是，助烧活化剂的质量百分含量为0.4％～2％范围内，其含量越高，越有利于提高无磁平衡块的密度。当助烧活化剂的质量百分含量低于0.4％时，对提高无磁平衡块的密度的效果不显著。由于平衡块的密度随着烧结活化剂的含量增加，表现为先增加而后趋于平稳，因此，当助烧活化剂的质量百分含量高于2％时，经烧结得到的平衡块的密度没有明显的提高，但是，过多的助烧活化剂会增加无磁平衡块的材料脆性，影响无磁平衡块的使用性能。

在上述实现方式的基础上，作为第一种可能的实施方式，所述助烧活化剂由无磁元素组成。在这种情况下，助烧活化剂的引入，不会增加平衡块原料体系的磁性，确保成品平衡块的无磁性能。

作为第二种可能的实施方式，所述助烧活化剂含有磁性元素，且所述助烧活化剂中的磁性元素选自能与铁锰合金粉中的铁锰合金共同形成奥氏体微观组织的磁性元素。在这种情况下，尽管助烧活化剂含有磁性元素，但其中的磁性元素能与铁锰合金粉形成稳定的奥氏体微观组织，同样能够得到无磁的冶金材料，从而确保成品平衡块的无磁性能。

作为一种可能的实现方式，所述助烧活化剂的粉末松装密度为3.2～6.4g/cm³。在这种情况下，助烧活化剂与铁锰合金粉、铜粉、添加剂形成的混合粉体，具有较好的压制性能，有利于获得致密的平衡块压胚。若助烧活化剂的粉末松装密度过高，助烧活化剂与铁锰合金粉、铜粉、添加剂形成的混合粉体本身致密度提高，反而不利于粉体的压制成型；若助烧活化剂的粉末松装密度过低，会增加混合粉体的蓬松度，压制过程中会产生明显的体积变化，不利于压制的操作和压制器件的使用。

作为一种可能的实现方式，所述其他元素包括所述助烧活化剂中除Fe以外的其他金属元素。应当理解的是，当助烧活化剂中只含有一种金属元素，且该金属元素为铁时，其他元素不包含助烧活化剂中的金属元素。

作为一种可能的实现方式，所述助烧活化剂中，粒度大于或等于600目的粉体的体积百分含量≤1％。在这种情况下，大颗粒的助烧活化剂的占比较小，降低对烧结性能的影响。具体的，粒径过大的助烧活化剂不能有效穿插于铁锰合金粉形成的固态基体颗粒中，发挥润湿固态基体颗粒的作用，进而不能有效提高固态基体颗粒的扩散，影响助烧活化剂对合金致密化的活化性能。

作为一种可能的实现方式，所述平衡块的密度大于或等于7.2g/cm³，此时，平衡块能够满足压缩机使用平衡块的密度要求。

作为一种可能的实现方式，HRB硬度大于或等于70，此时，平衡块能够满足压缩机使用平衡块的HRB硬度要求。

作为一种可能的实现方式，磁感应强度小于或等于0.15mT，此时，平衡块能够满足压缩机使用平衡块的无磁要求。

作为一种可能的实现方式，所述平衡块的密度大于或等于7.2g/cm³，HRB硬度大于或等于70，磁感应强度小于或等于0.15mT。在这种情况下，平衡块能够满足压缩机平衡块的使用需求。

本申请第二方面提供一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照第一方面提供的所述的无磁平衡块的配方提供各原料粉体；

将各原料粉体进行混合处理，得到混合粉体；

将所述混合粉体压制成型，得到平衡块压胚；

将所述压胚进行烧结处理，得到所述无磁平衡块。

本申请提供的无磁平衡块的制备方法，在成熟的制备工艺的基础上，以钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物作为助烧活化剂，有效提高了合金的致密度，最终提高无磁平衡块在低铜含量下的密度。

作为一种可能的实现方式，将所述混合粉体压制成型的步骤中，所述压制成型的压力为600～1200MPa。由于本申请提供的平衡块的原料粉体中，质软且延展性好的铜含量降低，因此，铜元素对压制成型带来的优势降低，将原料粉体压制成型的效果对应降低，因此，同等条件下，将所述混合粉体压制成型所需要的压力增加，为600～1200MPa。

作为一种可能的实现方式，将所述压胚进行烧结处理的步骤中，所述烧结处理的温度为1140～1220℃，烧结时间为1～2小时。由于本申请实施例提供的平衡块的原料粉体中，采用低熔点的助烧活化剂粉末替代部分铜粉(铜含量降低)，相较于铜粉，助烧活化剂有利于铁锰粉体收缩，促进粉体烧结，从而提高烧结致密化效果，最终降低粉体烧结温度，缩短烧结时间。

本申请第三方面提供一种压缩机，含有第一方面所述的无磁平衡块，或含有第二方面所述方法制得的无磁平衡块。

本申请提供的压缩机采用本申请第一方面提供的平衡块或第二方面制得的平衡块，由于平衡块中的铜含量降低，因此，压缩机的成本降低，且能够维持较好的高密度性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的无磁平衡块的制备工艺流程图。

具体实施方式

为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

铜具有密度高的优点，目前的高锰钢系平衡块大多采用铜粉来调节其密度。但同时，作为贵金属的铜，在冶金工艺中存在价格昂贵的劣势。为了降低平衡块的成本，科研工作者尝试从降低铜粉含量着手研究。然而，系列研究结果表面，少铜化平衡块会直接降低平衡块的密度，影响其“改善应力分布、降低噪音和减震”等作用的发挥。有鉴于此，本申请实施例提供了一种新的无磁平衡块，旨在降低铜含量的基础上，仍然能够赋予无磁平衡块较高的密度，使其能够会更好地适用工业化需求。

具体的，本申请实施例提供的无磁平衡块，其原料粉体包括铁锰合金粉、铜粉、添加剂和助烧活化剂。即：本申请实施例提供的无磁平衡块，由含有铁锰合金粉、铜粉、添加剂和助烧活化剂的原料制成。在一种可能的实施方式中，本申请实施例提供的无磁平衡块，由铁锰合金粉、铜粉、添加剂和助烧活化剂制成。

下面，分别对无磁平衡块原料粉体的各成分进行说明。

(1)铁锰合金粉

由于平衡块的使用需求，平衡块需要满足无磁的要求。具体的，当平衡块用于压缩机中时，若平衡块在具有变化磁场中高速旋转，由于会受到洛伦磁力的影响，造成压缩机转子的不平衡，进而影响压缩机的运转效率及寿命。本申请实施例提供的铁锰合金粉作为制备高锰钢系平衡块的基体原料，作用在于在烧结过程中形成奥氏体微观组织，即奥氏体，以赋予无磁平衡块无磁的性能。

本申请实施例中，铁锰合金粉中至少含有Fe、Mn、Si、C、S、P等元素。在一种可能的实施方式中，以铁锰合金粉的总质量为100％计，铁锰合金粉含有如下质量百分含量的下列元素：Mn16-20％，Si≤1％，C≤1％，S≤0.1％，P≤0.1％、其余为Fe。本申请实施例中，铁锰合金粉中的各元素，最终以不变的含量进入无磁平衡块中，即铁锰合金粉的各元素含量，在加工过程中不会损失。在一些实施例中，铁锰合金粉的粉末松装密度2.6-3.2g/cm³，粒度小于或等于63um的粉体的体积百分含量为60％～80％。

在一种可能的实施方式中，以无磁平衡块的原料粉体的总质量为100％计，铁锰合金粉的质量百分含量为94～98％。示例性的，铁锰合金粉的质量百分含量可以为94％、95％、96％、97％、98％。

(2)铜粉

铜由于具有优异延展性和较高的密度，在无磁平衡块原料粉体压制过程中，可以改善混合粉体的压制性能；同时，提高无磁平衡块的密度。但铜一直是压制无磁平衡块成本的关键因素。本申请实施例中，铜粉的含量大于或等于0，但为了降低无磁平衡块的成本，降低了原料粉体中铜粉的含量。本申请实施例中铜粉的添加量满足：得到的无磁平衡块中，以无磁平衡块的总质量为100％计，铜元素质量百分含量为0～4％。示例性的，铜元素在无磁平衡块的质量百分含量可以为0、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％等具体含量。应当理解的是，当无磁平衡块中铜含量为0时，也就意味着，用于制备无磁金属块的原料粉体中不含铜元素。在一些实施例中，铜粉的纯度大于或等于99.8％；在一些实施例中，粒度小于或等于300目的粉体的体积百分含量大于或等于65％。

(3)添加剂

本申请实施例中，添加剂主要用于提高无磁平衡块压制加工性能，如润滑性能。此外，添加剂还可以提高无磁平衡块原料在加工过程中的性能，如增强添加剂(又称生胚增强剂)，用于增加压制后得到的压胚的强度，生胚增强剂。应当理解的，无磁平衡块的原料粉体中的添加剂类型不限于上述列举的情形，还可以为领域内常用的其他添加剂。

本申请实施例提供的无磁平衡块的原料粉体，添加剂可以只含有一种，也可以同时含有两种或两种以上的添加剂。当添加剂为两种或两种以上时，添加剂类型可以相同，如两种不同的润滑添加剂；添加剂类型也可以不同，如润滑添加剂和生胚增强剂。

本申请实施例提供的添加剂，在加工过程中，特别是压制过程中发挥作用，但是，也会在加工过程中挥发，如在高温烧结过程中挥发。因此，原料粉体中的添加剂，并不为最终得到的无磁平衡块贡献元素种类和含量。

(4)助烧活化剂

本申请实施例中，烧结活化剂用于促进铁锰合金材料的致密化，提升无磁平衡块的密度。正是由于烧结活化剂可以提高冶金过程的致密性，因此，本申请实施例可以降低无磁平衡块原料粉体中铜粉的含量，且在降低铜粉含量后，获得满足市场需求的无磁平衡块的密度。应当理解的是，当无磁平衡块的原料粉体中铜含量不为0时，烧结活化剂用于促进铁锰合金粉和铜粉冶金的致密性。与含有同样含量的铜粉相比，原料粉体中加入烧结活化剂后的无磁平衡块密度明显增加，从而可以在保持无磁平衡块优良性能的前提下，降低原料粉体中的铜粉含量。

本申请实施例中，助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、铜、银中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物。在这种情况下，无磁平衡块粉体原料烧结过程中，上述助烧活化剂形成液相，并在铁锰合金粉形成的固态基体颗粒中具有适当的溶解度，其不仅有利于降低固态基体颗粒晶体间结合能，改善固态基体颗粒与液相的润湿性和粘结性，提高固态基体颗粒间的扩散；而且，上述助烧活化剂能够在固态基体颗粒间维持析出并形成液相，从而持续通过溶解释放液相助烧活化剂，使固态基体颗粒周围持续含有液相的助烧活化剂，进而持续有效促进固态基体颗粒间的扩散和物质交换，加速材料的致密化，最终在降低铜粉含量的前提下，能够有效提高得到的无磁平衡块的密度。应当注意的是，尽管本申请提供的无磁平衡块原料成分中，助烧活化剂可以含铜，但由于助烧活化剂作为添加剂引入的铜含量少，因此，其对无磁平衡块中铜含量的提高并不显著。本申请实施例提供的无磁平衡块，其铜含量小于或等于4％，但密度大于或等于7.2g/cm³。而由于平衡块中铜含量降低，因此，平衡块的成本得以降低。

在一种可能的实施方式中，非金属元素可以选自第ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA中的非金属元素中的至少一种。示例性的，非金属元素可以为B、C、Si、N、P、O、S、卤族元素中的至少一种，其中，卤族元素包括F、Cl、Br、I。在一些实施例中，非金属元素可以选自第ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA中的非金属元素中的两种或两种以上，当非金属元素为两种或两种以上时，两种或两种以上的非金属元素形成复合阴离子，如SO₄ ^2-、PO₃ ^3-、HPO₃ ^2-等，但不限于此。

本申请实施例中，助烧活化剂的熔点低于铁锰合金的熔点。在一种可能的实施方式中，助烧活化剂的熔点小于或等于1200℃。在这种情况下，相对铁锰合金，助烧活化剂的熔点较低。在原料粉体烧结过程中，助烧活化剂优先铁锰合金形成液相，并沿铁锰合金粉形成的固态基体颗粒表面铺展，有效促进固态基体颗粒间的扩散和物质交换，加速材料的致密化，有利于提高少铜化无磁平衡块的密度。

在上述实现方式的基础上，作为第一种可能的实施方式，助烧活化剂由无磁元素组成。在一些实施例中，助烧活化剂由无磁金属元素与非金属元素组成。示例性的，无磁元素选自铜、银、锌中的至少一种。在这种情况下，助烧活化剂的引入，不会增加平衡块原料体系的磁性，确保成品平衡块的无磁性能。

作为第二种可能的实施方式，助烧活化剂含有磁性元素，且助烧活化剂中的磁性元素选自能与铁锰合金粉中的铁锰合金共同形成奥氏体微观组织的磁性元素。示例性的，磁性元素选自铁、钴、镍、钛、钒、铬、锰中的至少一种。在这种情况下，尽管助烧活化剂含有磁性元素，但其中的磁性元素能与铁锰合金粉形成稳定的奥氏体微观组织，同样能够得到无磁的冶金材料，从而确保成品平衡块的无磁性能。

在一种可能的实施方式中，助烧活化剂的粉末松装密度为3.2～6.4g/cm³。在这种情况下，助烧活化剂与铁锰合金粉、铜粉、添加剂形成的混合粉体，具有较好的压制性能，有利于获得致密的平衡块压胚。若助烧活化剂的粉末松装密度过高，助烧活化剂与铁锰合金粉、铜粉、添加剂形成的混合粉体本身致密度提高，反而不利于粉体的压制成型；若助烧活化剂的粉末松装密度过低，会增加混合粉体的蓬松度，压制过程中会产生明显的体积变化，不利于压制的操作和压制器件的使用。

在一种可能的实施方式中，助烧活化剂中，粒度大于或等于600目的粉体的体积百分含量≤1％。在这种情况下，大颗粒的助烧活化剂的占比较小，降低对烧结性能的影响。具体的，粒径过大的助烧活化剂不能有效穿插于铁锰合金粉形成的固态基体颗粒中，发挥润湿固态基体颗粒的作用，进而不能有效提高固态基体颗粒的扩散，影响助烧活化剂对合金致密化的活化性能。

在一种可能的实施方式中，非金属元素可以为硼、碳、硅、氮、磷、氧、硫、卤族元素中的至少一种，其中，卤族元素包括氟、氯、溴、碘。钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌与上述非金属元素形成的无机化合物作为助烧活化剂，可以有效发挥提高无磁平衡块的密度的作用，从而实现在降低铜含量的同时，但不显著影响无磁平衡块密度的效果。

在上述事实方式的基础上，在一些实施例中，以原料粉体的总质量为100％计，助烧活化剂的质量百分含量为0.4％～2％。此时，平衡块原料中含有合适含量的助烧活化剂，其熔化后形成的液相体系对固态基体颗粒的润湿性增强，有利于促进固态基体颗粒的重排，甚至固态基体颗粒表面形成一层厚度约为1nm的液相膜，使烧结体内部失去了稳固的结构，促进固态基体颗粒的重排，进而消除材料内部的孔隙，加速材料的致密化。应当理解的是，助烧活化剂的质量百分含量为0.4％～2％范围内，其含量越高，越有利于提高无磁平衡块的密度。示例性的，原料粉体中，助烧活化剂的质量百分含量可以为0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％等具体含量。当助烧活化剂的质量百分含量低于0.4％时，对提高无磁平衡块的密度的效果不显著。由于平衡块的密度随着烧结活化剂的含量增加，表现为先增加而后趋于平稳，因此，当助烧活化剂的质量百分含量高于2％时，经烧结得到的平衡块的密度没有明显的提高，但是，过多的助烧活化剂会增加无磁平衡块的材料脆性，影响无磁平衡块的使用性能。

以上述无磁平衡块的原料粉体为原料制得的无磁平衡块，以无磁平衡块的总质量为100％计，元素组成及其质量百分含量如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。其中，铜元素的含量将至无磁平衡块的总质量的4％，甚至可以将至0。尽管如此，但无磁平衡块的密度却不低，无磁平衡块也具有较好的性能。如，得到的无磁平衡块的密度大于或等于7.2g/cm³，HRB硬度大于或等于70，磁感应强度小于或等于0.15mT。这种情况下，平衡块能够满足压缩机平衡块的使用需求。

本申请实施例中，根据助烧活化剂中的金属元素类型，其他元素包括两种情形。在第一种实施情形中，其他元素为无磁平衡块在烧结过程中引入的其他元素，示例性的，如铬、钨。在第二种实施情形中，其他元素还包括助烧活化剂中助烧活化剂中引入的其他金属元素。

本申请实施例提供的无磁平衡块，可以通过下述方法制备得到。

对应的，本申请实施例还提供一种无磁平衡块的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

S10.按照第一方面提供的无磁平衡块的配方提供各原料粉体。

该步骤中，无磁平衡块的配方如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。应当理解的是，为了赋予无磁平衡块良好的加工性能，原料粉体中包含添加剂。添加剂的选择可参考上文。

S20.将各原料粉体进行混合处理，得到混合粉体。

该步骤中，将各原料粉体进行混粉进行混合处理，使各原料粉体混料均匀，从而有助于获得性能均匀稳定的无磁平衡块。在一些实施例中，将各原料粉体进行混合处理的步骤，在混粉机中进行，混合时长结合原料粉体的含量和混粉机的规模而定。在一些实施例中，将各原料粉体投入混粉机中进行混料处理，混料时长为1-3小时。

S30.将混合粉体压制成型，得到平衡块压胚。

该步骤中，通过压制处理，可以获得初具平衡块形貌的平衡块压胚。

在一种可能的实施方式中，将混合粉体压制成型的步骤中，压制成型的压力为600～1200MPa。由于本申请提供的平衡块的原料粉体中，质软且延展性好的铜含量降低，因此，铜元素对压制成型带来的优势降低，将原料粉体压制成型的效果对应降低，因此，同等条件下，将混合粉体压制成型所需要的压力增加，为600～1200MPa。应当理解的是，压制成型的压力会根据混合粉体中金属元素的类型和含量相关联，但在Mn、Si、C、S、P含量相同的情况下，铜含量越高，压力越低；对应的，由于本申请实施例提供的无磁平衡块中铜含量降低，因此，对应的压制压力会提高。

在一些实施例中，压制成型的工序采用粉末冶金行业常用机械压机或者油液压机进行，机械可以根据待生产的产品结构设计对应的模具，并进行装配。

S40.将压胚进行烧结处理，得到无磁平衡块。

该步骤通过烧结处理，将压胚制备成致密的无磁平衡块。具体的，将压胚进行烧结处理的过程中，助烧活化剂形成液相，降低了固态基体颗粒晶体间结合能，改善了固态基体颗粒与液相的润湿性和粘结性，提高固态基体颗粒间的扩散；而且，本申请实施例提供的助烧活化剂能够在固态基体颗粒间维持析出并形成液相，从而持续通过溶解释放液相助烧活化剂，使固态基体颗粒周围持续含有液相的助烧活化剂，进而持续有效促进固态基体颗粒间的扩散和物质交换，加速材料的致密化，最终在降低铜粉含量的前提下，能够有效提高得到的无磁平衡块的密度

应当理解的是，烧结处理的温度至少高于助烧活化剂的熔点温度，从而保证烧结过程中助烧活化剂的液相状态。

在一种可能的实施方式中，将压胚进行烧结处理的步骤中，烧结处理的温度为1140～1220℃，烧结时间为1～2小时。由于本申请提供的平衡块的原料粉体中，低熔点的助烧活化剂粉末替代部分铜粉(铜含量降低)，相较于铜粉，助烧活化剂有利于铁锰粉体收缩，促进粉体烧结，从而提高烧结致密化效果，最终降低粉体烧结温度，缩短烧结时间。此外，由于助烧活化剂价格较铜粉便宜，还能降低平衡块的成本。

在一些实施例中，在进行烧结处理之前，还可以对压胚进行预烧结处理，预烧结处理的温度低于烧结处理的温度。

在一些实施例中，烧结处理工序采用粉末冶金行业常用推舟式烧结炉或网带式烧结炉。

在一些实施例中，在烧结处理之后，还包括成品检验工序，用于对产品的尺寸、位置度、密度、硬度、磁性等性能进行检测。

本申请实施例提供的无磁平衡块的制备方法，在成熟的制备工艺的基础上，以钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物作为助烧活化剂，有效提高了合金的致密度，最终提高无磁平衡块在低铜含量下的密度。

本申请实施例还提供一种压缩机，含有第一方面的无磁平衡块，或含有第二方面方法制得的无磁平衡块。

本申请实施例中，压缩机可以为需要设置无磁平衡块组件的任一压缩机，无磁平衡块在压缩机中的装配，可以根据常规压缩机中无磁平衡块的设置方式进行设定。示例性的，无磁平衡块设置在压缩机的曲轴上。在一些实施例中，压缩机包括机座、活塞、带动活塞作往复运动的曲轴、驱动曲轴旋转的电机以及安装在曲轴上的无磁平衡块，该无磁平衡块用于使曲轴在高速旋转下保持动平衡的平衡块组件。当然，应当理解，压缩机的结构组成、各部件的连接关系以及无磁平衡块的数量及其在压缩机中的设置方式，并不限于该实施例。

本申请实施例提供的压缩机采用本申请第一方面提供的平衡块或第二方面制得的平衡块，由于平衡块中的铜含量降低，因此，压缩机的成本降低，且能够维持较好的高密度性能。

下面结合具体实施例进行说明。下列各实施例、对比例用到的铁锰合金粉和添加剂相同，且以铁锰合金粉的总质量为100％计，铁锰合金粉含有如下质量百分含量的下列元素：Mn16-20％，Si≤1％，C≤1％，S≤0.1％，P≤0.1％、其余为Fe；铁锰合金粉的粉末松装密度2.6-3.2g/cm³，粒度小于或等于63um的粉体的体积百分含量为60％～80％；下列各实施例用到的助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物。

实施例1

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉94.4％，铜粉4％，添加剂1％和助烧活化剂0.6％

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例1所示。

实施例2

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉94.4％，铜粉4％，添加剂1％和助烧活化剂0.6％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例2所示。

实施例3

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉94.4％，铜粉4％，添加剂1％和助烧活化剂0.6％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例3所示。

实施例4

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉94.6％，铜粉4％，添加剂1％和助烧活化剂0.4％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe，且。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例4所示。

实施例5

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉96％，铜粉2％，添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例5所示。

实施例6

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉96％，铜粉2％，添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例6所示。

实施例7

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉98％，添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例7所示。

实施例8

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉98％，添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例8所示。

实施例9

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉96％，铜粉2％、添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例9所示。

实施例10

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉98％，添加剂1％和助烧活化剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1实施例10所示。

对比例1

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉89％，铜粉10％和添加剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1对比例1所示。

对比例2

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉89％，铜粉10％和添加剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1对比例2所示。

对比例3

一种无磁平衡块的制备方法，包括如下步骤：

按照平衡块原料粉体的总质量为100％计，称取质量百分含量如下的下述原料：铁锰合金粉86％，铜粉13％和添加剂1％；

取上述原料粉体在混粉机中进行混粉，得到混合粉体；

将混合粉体机械压机压制成型，得到平衡块压胚；

将平衡块压胚在推舟式烧结炉或网带式烧结炉中烧结，制备得到无磁平衡块，且以无磁平衡块的总质量为100％计，无磁平衡块的元素组成如下：Mn 13～20％，Si≤1％，C≤2％，S≤0.1％，P≤0.5％，Cu 0～4％，其他元素≤2％，余量为Fe。

其中，压制成型的压制压力、烧结处理的烧结温度，以及得到的平衡块的密度、平衡块的厚度，如表1对比例3所示。

表1

表1中，实施例1-8、对比例1-2制备的是同样规格的无磁平衡块，实施例1-10和对比例3制备的是同一规格、但不同于实施例1-8和对比例1-2的无磁平衡块。对于相同配方的粉末，压制力越大，压制后厚度越低；烧结温度越高，收缩越明显，烧结后的厚度越低。

由上表1可见，本申请实施例制得的无磁平衡块，铜粉含量低，但得到的无磁平衡块的密度为7.21～7.47g/cm³，可见，本申请实施例实现了降低铜粉的同时，赋予无磁平衡块高密度的优点。

相较于对比例1、对比例2，本申请实施例1至实施例8提供的无磁平衡块的铜粉和助烧活化剂的含量不同，在相同的压制压力下，本申请实施例得到的无磁平衡块，其烧结后的厚度增加；而对比对比例3、实施例9和实施例10，在制备同样厚度(烧结后)的无磁平衡块时，本申请所需要的压制压力增强，这归因于：由于本申请实施例铜含量降低，原料粉体的压制性能降低，粉体压实性降低。

对比对比例3、实施例9和实施例10，在制备同样厚度的无磁平衡块时，本申请所需要的烧结温度降低，这归因于：高熔点的铜含量降低，且引入少量低熔点的助烧活化剂粉末，助烧活化剂有利于铁锰粉体收缩，促进粉体烧结，最终降低粉体烧结温度。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无磁平衡块，其特征在于，所述无磁平衡块的原料粉体包括铁锰合金粉、铜粉和助烧活化剂，所述铜粉的含量大于或等于0，所述铁锰合金粉中至少含有Fe、Mn、Si、C、S、P元素；以所述原料粉体的总质量为100%计，所述助烧活化剂的质量百分含量为0.4%~2%；所述助烧活化剂的熔点低于铁锰合金的熔点；

其中，所述助烧活化剂为钪、钛、钒、铬、锰、钴、镍、锌、铜、银中的至少一种与非金属元素形成的无机化合物；所述非金属元素为C、Si、N、P、O、S、卤族元素中的至少一种；所述助烧活化剂中，粒度大于或等于600目的粉体的体积百分含量≤1%；

以所述无磁平衡块的总质量为100%计，所述无磁平衡块的元素组成及其质量百分含量如下：Mn 13~20%，Si≤1%，C≤2%，S≤0.1%，P≤0.5%，Cu 0~4%，其他元素≤2%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的无磁平衡块，其特征在于，所述助烧活化剂的熔点小于或等于1200℃。

3.如权利要求1所述的无磁平衡块，其特征在于，所述助烧活化剂由无磁元素组成。

4.如权利要求1所述的无磁平衡块，其特征在于，所述助烧活化剂含有磁性元素，且所述磁性元素选自能与所述铁锰合金粉中的合金元素形成奥氏体微观组织的磁性元素。

5.如权利要求1至4任一项所述的无磁平衡块，其特征在于，所述助烧活化剂的粉末松装密度为3.2~6.4g/cm³。

6.如权利要求1至4任一项所述的无磁平衡块，其特征在于，所述平衡块的密度大于或等于7.2g/cm³，所述平衡块的HRB硬度大于或等于70，所述平衡块的磁感应强度小于或等于0.15mT。

7.一种无磁平衡块的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

按照权利要求1至6任一项所述的无磁平衡块的配方提供各原料粉体；

将各原料粉体进行混合处理，得到混合粉体；

将所述混合粉体压制成型，得到平衡块压胚；

将所述压胚进行烧结处理，得到所述无磁平衡块。

8.如权利要求7所述的无磁平衡块的制备方法，其特征在于，将所述混合粉体压制成型的步骤中，所述压制成型的压力为600~1200MPa。

9.如权利要求7或8所述的无磁平衡块的制备方法，其特征在于，将所述压胚进行烧结处理的步骤中，所述烧结处理的温度为1140~1220℃，烧结时间为1~2小时。

10.一种压缩机，其特征在于，含有权利要求1至6任一项所述的无磁平衡块，或含有权利要求7至9任一项所述方法制得的无磁平衡块。

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