CN114774796B - 一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备方法 - Google Patents

一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于粉末冶金技术领域，公开了一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备方法。该粉末冶金材料包括复合铁粉100份，石墨1～5份，润滑剂0.1～2份，其中复合铁粉包含如下质量百分数的成分：硅0.5～2.4％，磷0.08～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明使用少量磷元素提高磁性座的磁导率，且使用低硅含量的复合铁粉，提高材料韧性以及加工性能，使得材料不仅具有良好的磁性能，也具有良好的力学性能。本发明采用粉末冶金工艺，一体成型制备磁性座，包括混料、压制、预烧结、烧结、热等静压，制得的磁性座力学性能高、导磁性能好、轻质耐磨，且制备步骤简单，适合工业批量化生产。

Description

一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备 方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备方法。
背景技术
电磁制动器是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，其可使机械中的运动件停止或减速。传统电磁制动器的铁芯(磁性座)通常存在凹槽结构，在凹槽中放置直流线圈。而为了增加凹槽结构，通常先制备得到磁性座再进行凹槽的加工，大大增加了工艺流程，不利于工业化大批量生产。
目前，电磁制动器的磁性座通常由软磁材料组成，软磁材料矫顽力较低，电阻率较高，在外磁场作用下容易磁化。然而随着电磁制动器功能化的发展，对电磁制动器各部分组件的性能要求也逐渐提升，传统的磁性座材料已不满足高性能的电磁制动器。例如，硅钢材质的磁性座随着硅含量的提高可增加磁导率、降低矫顽力，而较高的硅含量同时也会使铁芯变硬变脆，韧性降低，加工性能下降。
因此，如何提供一种制备工艺简单、可一体成型，且加工性能优异、磁通量高的制动器磁性座对电磁制动器的高性能发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制动器磁性座用粉末冶金材料和制动器磁性座的制备方法，解决现有制动器磁性座的材质不能满足电磁制动器的高性能需求，且制备工艺复杂的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种制动器磁性座用粉末冶金材料，由包含以下质量份数的原料制备而成：
复合铁粉100份，石墨1～5份，润滑剂0.1～2份；
其中，所述复合铁粉由铁粉、硅粉、磷铁合金组成；所述复合铁粉包含如下质量百分数的成分：硅0.5～2.4％，磷0.08～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选的，在上述一种制动器磁性座用粉末冶金材料中，所述磷铁合金中磷含量为20～40％。
优选的，在上述一种制动器磁性座用粉末冶金材料中，所述石墨的粒径为20～80μm；所述复合铁粉中铁粉、硅粉、磷铁合金的粒径独立的为10～60μm。
优选的，在上述一种制动器磁性座用粉末冶金材料中，所述润滑剂为硬脂酸锌。
本发明还提供了利用上述制动器磁性座用粉末冶金材料制备制动器磁性座的方法，包括以下步骤：
(1)将铁粉、硅粉、磷铁合金、石墨、润滑剂混合，得到混合料；
(2)将混合料顺次进行压制、预烧结和烧结，得到烧结件；
(3)将烧结件进行热等静压，得到预制件；
(4)将预制件进行整形、浸油，得到制动器磁性座。
优选的，在上述制备制动器磁性座的方法中，所述步骤(1)中混合的时间为30～90min。
优选的，在上述制备制动器磁性座的方法中，所述步骤(2)中压制的压力为100～280MPa；压制的时间为30～60s。
优选的，在上述制备制动器磁性座的方法中，所述步骤(2)中预烧结的温度为350～500℃；预烧结的时间为40～60min。
优选的，在上述制备制动器磁性座的方法中，所述步骤(2)中烧结的温度为1050～1150℃；烧结的时间为50～120min。
优选的，在上述制备制动器磁性座的方法中，所述步骤(3)中热等静压的温度为700～900℃；热等静压的时间为60～100min；热等静压的压力为70～100MPa。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在粉末冶金材料中加入少量磷元素，提高了磁导率，且使用低硅含量的复合铁粉，提高了材料韧性以及加工性能，使得材料不仅具有良好的磁性能，也具有良好的力学性能，而石墨的使用也使材料具有良好的耐氧化、耐磨性能，润滑剂的使用可以改善压制成型时粉末与模具的摩擦，改善成型件的密度分布，提高后续制得的磁性座的性能。
(2)本发明采用粉末冶金工艺，在将冶金粉末压制成型后，进行预烧结，脱除润滑剂，再通过烧结后的热等静压，可以消除润滑剂脱除过程中残留的孔洞，提高烧结件的致密度，增强磁性座的力学性能。本发明的磁性座可一体成型，且力学性能高、导磁性能好、轻质耐磨，且制备步骤简单，适合工业批量化生产。
具体实施方式
本发明提供一种制动器磁性座用粉末冶金材料，由包含以下质量份数的原料制备而成：
复合铁粉100份，石墨1～5份，润滑剂0.1～2份；
其中，复合铁粉由铁粉、硅粉、磷铁合金组成；复合铁粉包含如下质量百分数的成分：硅0.5～2.4％，磷0.08～0.3％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明中，制动器磁性座用粉末冶金材料，优选的，由包含以下质量份数的原料制备而成：复合铁粉100份，石墨1.3～4.7份，润滑剂0.3～1.9份；进一步优选的，由包含以下质量份数的原料制备而成：复合铁粉100份，石墨1.8～4.1份，润滑剂0.7～1.5份；更优选的，由包含以下质量份数的原料制备而成：复合铁粉100份，石墨3.2份，润滑剂1.1份。
在本发明中，复合铁粉，优选的，包含如下质量百分数的成分：硅0.7～2.2％，磷0.09～0.26％，余量为铁和不可避免的杂质；进一步优选的，包含如下质量百分数的成分：硅0.9～1.7％，磷0.11～0.23％，余量为铁和不可避免的杂质；更优选的，包含如下质量百分数的成分：硅1.3％，磷0.17％，余量为铁和不可避免的杂质。
在本发明中，磷铁合金中磷含量优选为20～40％，进一步优选为23～36％，更优选为33％。
在本发明中，铁粉、硅粉的纯度独立的大于99％。
在本发明中，石墨的粒径优选为20～80μm，进一步优选为35～72μm，更优选为55μm。
在本发明中，复合铁粉中铁粉、硅粉、磷铁合金的粒径独立的优选为10～60μm，进一步优选为18～50μm，更优选为34μm。
在本发明中，润滑剂优选为硬脂酸锌。
本发明还提供利用上述制动器磁性座用粉末冶金材料制备制动器磁性座的方法，包括以下步骤：
(1)将铁粉、硅粉、磷铁合金、石墨、润滑剂混合，得到混合料；
(2)将混合料置于模具中进行压制，然后脱模进行预烧结，冷却后进行烧结，得到烧结件；
(3)将烧结件进行热等静压，得到预制件；
(4)将预制件进行整形、浸油，得到制动器磁性座。
在本发明中，步骤(1)中混合的时间优选为30～90min，进一步优选为37～81min，更优选为65min。
在本发明中，步骤(2)中压制的压力优选为100～280MPa，进一步优选为140～230MPa，更优选为190MPa；压制的时间优选为30～60s，进一步优选为34～52s，更优选为48s。
在本发明中，步骤(2)中预烧结优选为真空预烧结；预烧结的温度优选为350～500℃，进一步优选为360～470℃，更优选为410℃；预烧结的时间优选为40～60min，进一步优选为43～57min，更优选为49min；预烧结的真空度优选为70～100Pa，进一步优选为73～92Pa，更优选为86Pa。
在本发明中，步骤(2)中烧结优选为真空烧结；烧结的温度优选为1050～1150℃，进一步优选为1080～1130℃，更优选为1120℃；烧结的时间优选为50～120min，进一步优选为64～106min，更优选为86min；烧结的真空度优选为70～100Pa，进一步优选为75～95Pa，更优选为80Pa。
在本发明中，步骤(3)中热等静压的温度优选为700～900℃，进一步优选为740～870℃，更优选为790℃；热等静压的时间优选为60～100min，进一步优选为65～91min，更优选为82min；热等静压的压力优选为70～100MPa，进一步优选为74～93MPa，更优选为85MPa。
在本发明中，步骤(4)中浸油优选为真空浸油；浸油的温度优选为50～70℃，进一步优选为56～67℃，更优选为62℃；浸油的时间优选为14～20h，进一步优选为15～19h，更优选为17h；浸油的真空度优选为50～100Pa，进一步优选为55～90Pa，更优选为70Pa；浸油的油液优选为微电机润滑油。
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1
本实施例提供一种制动器磁性座的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50μm的纯铁粉、40μm的纯硅粉、40μm的磷铁合金(磷含量为32％)按硅的质量分数1.3％、磷的质量分数0.15％进行配料，得到复合铁粉；
将100份复合铁粉、3份60μm的石墨、0.9份硬脂酸锌混合60min，得到混合料；
(2)将混合料置于模具中，振实后于230MPa压力下压制50s，脱模后得到成型件；
将成型件于460℃真空预烧结40min(真空度为70Pa)，冷却至室温后于1080℃真空烧结90min(真空度为70Pa)，得到烧结件；
(3)将烧结件冷却至室温后于90MPa压力、760℃温度下热等静压70min，得到预制件；
(4)将预制件进行整形，然后于70Pa压力、65℃温度下真空浸油16h，浸油后的预制件清洗、烘干后得到制动器磁性座。
实施例2
本实施例提供一种制动器磁性座的制备方法，包括以下步骤：
(1)将30μm的纯铁粉、30μm的纯硅粉、30μm的磷铁合金(磷含量为24％)按硅的质量分数0.8％、磷的质量分数0.2％进行配料，得到复合铁粉；
将100份复合铁粉、5份30μm的石墨、1份硬脂酸锌混合70min，得到混合料；
(2)将混合料置于模具中，振实后于160MPa压力下压制40s，脱模后得到成型件；
将成型件于370℃真空预烧结50min(真空度为80Pa)，冷却至室温后于1095℃真空烧结60min(真空度为80Pa)，得到烧结件；
(3)将烧结件冷却至室温后于94MPa压力、750℃温度下热等静压80min，得到预制件；
(4)将预制件进行整形，然后于70Pa压力、55℃温度下真空浸油15h，浸油后的预制件清洗、烘干后得到制动器磁性座。
实施例3
本实施例提供一种制动器磁性座的制备方法，包括以下步骤：
(1)将60μm的纯铁粉、20μm的纯硅粉、50μm的磷铁合金(磷含量为35％)按硅的质量分数2.1％、磷的质量分数0.23％进行配料，得到复合铁粉；
将100份复合铁粉、2份80μm的石墨、1.5份硬脂酸锌混合40min，得到混合料；
(2)将混合料置于模具中，振实后于200MPa压力下压制50s，脱模后得到成型件；
将成型件于430℃真空预烧结40min(真空度为100Pa)，冷却至室温后于1070℃真空烧结80min(真空度为100Pa)，得到烧结件；
(3)将烧结件冷却至室温后于70MPa压力、850℃温度下热等静压70min，得到预制件；
(4)将预制件进行整形，然后于60Pa压力、70℃温度下真空浸油18h，浸油后的预制件清洗、烘干后得到制动器磁性座。
实施例4
本实施例提供一种制动器磁性座的制备方法，包括以下步骤：
(1)将50μm的纯铁粉、60μm的纯硅粉、60μm的磷铁合金(磷含量为40％)按硅的质量分数2.4％、磷的质量分数0.3％进行配料，得到复合铁粉；
将100份复合铁粉、5份20μm的石墨、2份硬脂酸锌混合90min，得到混合料；
(2)将混合料置于模具中，振实后于280MPa压力下压制30s，脱模后得到成型件；
将成型件于500℃真空预烧结60min(真空度为90Pa)，冷却至室温后于1150℃真空烧结100min(真空度为90Pa)，得到烧结件；
(3)将烧结件冷却至室温后于100MPa压力、900℃温度下热等静压100min，得到预制件；
(4)将预制件进行整形，然后于50Pa压力、70℃温度下真空浸油20h，浸油后的预制件清洗、烘干后得到制动器磁性座。
对比例1
本对比例提供一种制动器磁性座的制备方法，具体参见实施例1，不同之处在于步骤(1)的复合铁粉中不含有磷铁合金。
对比例2
本对比例提供一种制动器磁性座的制备方法，具体参见实施例1，不同之处在于步骤(1)中不含有石墨。
对比例3
本对比例提供一种制动器磁性座的制备方法，具体参见实施例1，不同之处在于步骤(1)中不含有润滑剂。
对比例4
本对比例提供一种制动器磁性座的制备方法，具体参见实施例1，不同之处在于不进行热等静压，即不含有步骤(3)。
将实施例1～4和对比例1～4制备的制动器磁性座进行性能测试，具体包括密度、硬度、抗拉强度、磁导率，测试结果参见表1。
表1制动器磁性座性能测试结果
Figure BDA0003638570250000071
Figure BDA0003638570250000081
由表1可知，本发明制备的磁性座密度可低至6.2g/cm3，硬度高达53HB，拉伸强度可高达210MPa，具有良好的力学性能。由对比例4可知，在烧结后进行热等静压可显著提高材料的抗拉强度，提高了力学性能。且复合铁粉中磷元素的加入可提高磁导率，且对力学性能不会产生较大影响，即本发明的磁性座具有良好的的力学性能以及磁性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种制动器磁性座用粉末冶金材料，其特征在于，由包含以下质量份数的原料制备而成：
复合铁粉100份，石墨1~5份，润滑剂0.1~2份；
其中，所述复合铁粉由铁粉、硅粉、磷铁合金组成；所述复合铁粉包含如下质量百分数的成分：硅0.5~2.4%，磷0.08~0.3%，余量为铁和不可避免的杂质；
所述润滑剂为硬脂酸锌；
所述石墨的粒径为20~80μm；所述复合铁粉中铁粉、硅粉、磷铁合金的粒径独立的为10~60μm；
所述制动器磁性座用粉末冶金材料制备制动器磁性座的方法，包括以下步骤：
（1）将铁粉、硅粉、磷铁合金、石墨、润滑剂混合，得到混合料；
（2）将混合料顺次进行压制、预烧结和烧结，得到烧结件；
（3）将烧结件进行热等静压，得到预制件；
（4）将预制件进行整形、浸油，得到制动器磁性座；
所述步骤（2）中预烧结的温度为350~500℃；预烧结的时间为40~60min；
所述步骤（2）中烧结的温度为1050~1150℃；烧结的时间为50~120min；
所述步骤（3）中热等静压的温度为700~900℃；热等静压的时间为60~100min；热等静压的压力为70~100MPa。
2.根据权利要求1所述的一种制动器磁性座用粉末冶金材料，其特征在于，所述磷铁合金中磷含量为20~40%。
3.权利要求1或2所述的一种制动器磁性座用粉末冶金材料制备制动器磁性座的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铁粉、硅粉、磷铁合金、石墨、润滑剂混合，得到混合料；
（2）将混合料顺次进行压制、预烧结和烧结，得到烧结件；
（3）将烧结件进行热等静压，得到预制件；
（4）将预制件进行整形、浸油，得到制动器磁性座。
4.根据权利要求3所述的制备制动器磁性座的方法，其特征在于，所述步骤（1）中混合的时间为30~90min。
5.根据权利要求3或4所述的制备制动器磁性座的方法，其特征在于，所述步骤（2）中压制的压力为100~280MPa；压制的时间为30~60s。
6.根据权利要求5所述的制备制动器磁性座的方法，其特征在于，所述步骤（2）中预烧结的温度为350~500℃；预烧结的时间为40~60min。
7.根据权利要求3或6所述的制备制动器磁性座的方法，其特征在于，所述步骤（2）中烧结的温度为1050~1150℃；烧结的时间为50~120min。
8.根据权利要求7所述的制备制动器磁性座的方法，其特征在于，所述步骤（3）中热等静压的温度为700~900℃；热等静压的时间为60~100min；热等静压的压力为70~100MPa。
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