CN1319680A - 无粘结剂温压粉末及制造高密度高强度粉末冶金件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无粘结剂温压粉末及用其制造高密度、高强度粉末冶金零件的方法。该温压粉末的组分及其质量百分比含量范围如下:1.0～3.0%的Cu,1.75～3.0%的Ni,0.5～1.2%的Mo,0.1～0.6%的Si,0.7～1.0%的石墨,和其余量的Fe,另加0.1～0.4%的润滑剂。均匀地涂于模具内壁面的润滑剂是指共聚聚酰胺和含氟聚乙烯的混合物,涂层厚度为0.03～0.2mm。本配粉方法灵活、方便,成本低,使零件生产厂家摆脱原材料依赖进口且可提高研究和开发新产品的能力。

Description

无粘结剂温压粉末及制造高密度高强度粉末冶金件的方法

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种无粘结剂温压粉末及其高密度高强度粉末冶金零件的制造方法。

粉末冶金技术的优点是以较低的成本制造终形或近终形零件，可节省大量机加工工时和费用，而缺点是密度不高，导致零件性能下降。采用九十年代开发成功并已工业化生产的先进技术——温压工艺，正是克服了零件密度不高的缺点，从而经济有效地提高了零件机械性能。与温压相关的现有技术较多，主要有美国NORTH AMERICA HOEGANAES公司的ANCORDENSE^TM工艺，瑞典HOEGANAES公司的DENSEMIX^TM和加拿大QMP METALPOWDERS公司的FLOWMET^TM粉末系列制造方法。上述温压工艺的生产流程主要是将以合金粉末为基础，添加特殊种类的润滑剂和粘结剂的温压粉末加热至150℃左右后，以约400至700MPa的压力，在加热到上述温度的模具内压制成型。在1120℃～1260℃烧结后，零件密度可达7.4g/cm³(约为无孔隙理论密度的94％)。然而，目前能供应温压粉末的厂家全世界屈指可数，主要是瑞典HOEGANAES，美国NORTH AMERICA HOEGANAES和加拿大QMP METAL POWDERS等几家公司。零件生产厂必须依赖粉末生产厂提供含有特殊粘结剂和润滑剂并适用于温压工艺的合金粉末才能够采用温压工艺生产零件，这对零件生产厂而言，粉末必须依赖国外进口，价格昂贵，不仅经济性差，而且产品开发能力受粉末生产厂产品类型和性能的限制。另外，温压粉末中含有粘结剂，虽然能使粉末混合均匀，但是也由于粘结剂的存在有可能使粉末冶金零件降低了密度。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无粘结剂温压粉末配方及使用该配方直接制造高密度、高强度铁基粉末冶金零件的方法。使粉末冶金零件生产厂能灵活方便地配粉而不再依赖进口及其温压粉末专业生产厂。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

无粘结剂温压铁基粉末组分及其质量百分比含量范围如下：

    组分         粒径         质量百分比

    Cu          ≤74μm        1.0～3.0

    Ni       ≤5μm      1.75～3.0

    Mo       ≤74μm     0.5～1.2

    Si       ≤74μm     0.1～0.6

    石墨粉     ≤74μm     0.7～1.0

    其余为粒径≤147μm的Fe

另外再加上述组分总质量的0.1～0.4％的润滑剂。

上述润滑剂是指：含氟聚乙烯、金属二硫化物、聚酰胺的共聚物，酰胺的硬脂酸盐的其中二种或二种以上的混合物。

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至120～185℃；

(2)以共聚聚酰胺与含氟聚乙烯的混合物作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.03～0.2mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加500MPa以上的压力压制成型；

(4)由200℃缓慢升温至500℃进行预烧；

(5)在H₂和N₂的气氛下，在1120℃～1300℃下烧结至少1小时后，缓冷出炉得密度达7.26～7.29g/cm³，极限拉伸强度为663～813MPa，延伸率为1.1～2.3％的产品。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、本发明研制了包括润滑剂的无粘结剂温压铁基粉末配方，并用其直接制造高密度、高强度粉末冶金零件。无须使用预合金粉可达到使用预合金粉的性能，也不用依赖进口的特种润滑剂和粘结剂，不仅解决了依赖国际上为数不多的温压粉末生产厂家供粉的诸多麻烦，而且配粉方法灵活方便，零件生产厂家可根据零件性能要求调整合金的最终成分，使零件生产厂提高了研究、开发新产品的能力。

2、本发明将润滑剂均匀地涂于模具内壁面，可减少温压粉末中润滑剂量，能有效提高零件烧结密度。

3、能在满足零件性能要求的前提下，调整粉末配方，不含目前必须进口的粘结剂和润滑剂，尽量减少昂贵的成分组元例如Ni含量，有效地降低生产成本，本发明的价格仅为目前国际市场温压粉末价格的1/2。

4、本发明生产的高密度、高强度铁基粉末冶金零件主要性能接近国际同类产品的先进水平。例如以市面通行的含Ni 4wt％，Mo 0.55wt％和Cu1.5wt％的HOEGANAES公司产品DISALOY 4800A预合金粉末，另加0.5％石墨粉和NORTH AMERICA HOEGANAES公司生产的专供温压使用的润滑剂和粘结剂为例，在145℃以550MPa压力压制成型，并经1260℃烧结后，其烧结密度为7.33g/cm³，极限拉伸强度为861MPa，延伸率为2.5％。

本发明实施例1～4与上述例子相比烧结密度和极限拉伸强度均相当接近。

通过如下实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

无粘结剂温压铁基粉末组份及其质量百分比含量范围如下：

    组分         粒径         质量百分比

    Cu         ≤74μm         2.0

    Ni         ≤5μm          2.0

    Mo         ≤74μm         1.0

    Si         ≤74μm         0.1

    石墨粉       ≤74μm         1.0

    Fe         ≤147μm        93.9

另外再加上述组分总质量的0.1％的润滑剂，润滑剂是指：聚酰胺的共聚物与含氟聚乙烯的混合物，具体配比如下，按聚酰胺6∶聚酰胺1010=20∶80(质量比)的配比制备聚酰胺共聚物；再按聚酰胺共聚物∶聚四氟乙烯=80∶20(质量比)制备混合物。

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至175℃；

(2)先按聚酰胺6∶聚酰胺1010=5∶95(质量比)制备共聚聚酰胺，然后再按共聚聚酰胺∶聚四氟乙烯=50∶50(质量比)制备成共聚聚酰胺和聚四氟乙烯的混合物，并将其作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.06～0.09mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加600MPa的压力压制成型；

(4)对生坯在200～500℃的温度区间内以5℃/min升温的条件下进行预烧；

(5)在25％(体积比)的H₂和75％(体积比)的N₂气氛下，在1250℃下烧结至少180分钟后，缓冷出炉得密度达7.29g/cm³，极限拉伸强度为813MPa，延伸率为2％的烧结零件。

实施例2

无粘结剂温压铁基粉末组份及其质量百分比含量范围如下：

    组分         粒径        质量百分比

    Cu         ≤74μm        2.0

    Ni         ≤5μm         2.0

    Mo         ≤74μm        1.0

    Si         ≤74μm        0.1

    石墨粉       ≤74μm        1.0

    Fe         ≤147μm       93.9

另外再加上述组分总质量的0.25％的润滑剂，润滑剂是指：N.N′-乙撑双硬脂酰胺∶二硫化钼=1∶1(质量比)制备的混合物。

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至140℃；

(2)先按聚酰胺6∶聚酰胺1010=5∶95(质量比)制备共聚聚酰胺，然后再按共聚聚酰胺∶聚四氟乙烯=50∶50(质量比)制备成共聚聚酰胺和聚四氟乙烯的混合物，并将其作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.18～0.20mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加600MPa的压力压制成型；

(4)对生坯在200～500℃的温度区间内以5℃/min升温的条件下进行预烧；

(5)在25％(体积比)的H₂和75％(体积比)的N₂气氛下，在1250℃下烧结90分钟后，缓冷出炉得密度达7.26g/cm³，极限拉伸强度为663MPa，延伸率为1.1％的产品。

实施例3无粘结剂温压铁基粉末组份及其质量百分比含量范围如下：

    组分        粒径       质量百分比

    Cu        ≤74μm       2.5

    Ni        ≤5μm        2.7

    Mo        ≤74μm       0.6

    Si        ≤74μm       0.4

    石墨粉       ≤74μm     0.7

    Fe         ≤147μm    93.1

另外再加上述组分总质量的0.1％的润滑剂，润滑剂是指：聚酰胺的共聚物与含氟聚乙烯的混合物，具体配比如下，按聚酰胺6∶聚酰胺1010=20∶80(质量比)的配比制备聚酰胺共聚物；再按聚酰胺共聚物∶含氟聚乙烯=80∶20(质量比)制备混合物。

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至175℃；

(2)先按聚酰胺6∶聚酰胺1010=5∶95(质量比)制备共聚聚酰胺，然后再按共聚聚酰胺∶聚四氟乙烯=50∶50(质量比)制备成共聚聚酰胺和聚四氟乙烯的混合物，并将其作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.07～0.09mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加600MPa压力压制成型；

(4)对生坯在200～500℃的温度区间内以5℃/min升温的条件下进行预烧；

(5)在25％(体积比)的H₂和75％(体积比)的N₂气氛下，1250℃下烧结180分钟，缓冷出炉得密度达7.28g/cm³，极限拉伸强度为752MPa，延伸率为23％的产品。

实施例4

无粘结剂温压铁基粉末组份及其质量百分比含量范围如下：

    组分          粒径          质量百分比

    Cu          ≤74μm            1.5

    Ni          ≤5μm             1.7

    Mo          ≤74μm            1.0

    Si          ≤74μm            0.6

    石墨粉        ≤74μm            1.0

    Fe          ≤147μm           94.2

另外再加上述组分总质量的0.25的润滑剂，润滑剂是指：N.N′-乙撑双硬脂酰胺∶聚四氟乙烯=7∶3(质量比)的比例制备的混合物。

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至155℃；

(2)先按聚酰胺6∶聚酰胺1010=5∶95(质量比)制备共聚聚酰胺，然后再按共聚聚酰胺∶聚四氟乙烯=50∶50(质量比)制备成共聚聚酰胺和聚四氟乙烯的混合物，并将其作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.1～0.15mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加600MPa的压力压制成型；

(4)对生坯在200～500℃的温度区间内以5℃/min升温的条件下进行预烧；

(5)在25％(体积比)的H₂和75％(体积比)的N₂气氛下，在120℃下烧结90分钟后，缓冷出炉得密度达7.27g/cm³，极限拉伸强度为695MPa，延伸率为1.2％的产品。

Claims (2)

1、一种制造高密度、高强度铁基粉末冶金零件用无粘结剂温压粉末，其特征在于无粘结剂温压铁基粉末组分及其质量百分比含量范围如下：

    组分         粒径        质量百分比

    Cu         ≤74μm       1.0～3.0

    Ni         ≤5μm        1.75～3.0

    Mo         ≤74μm       0.5～1.2

    Si         ≤74μm       0.1～0.6

    石墨粉       ≤74μm       0.7～1.0

    其余为粒径≤147μm的Fe

另外再加上述组分总质量的0.1～0.4％的润滑剂，润滑剂是指：含氟聚乙烯、金属二硫化物、聚酰胺的共聚物，酰胺的硬脂酸盐的其中二种或二种以上的混合物。

2、一种应用权利要求1所述配方制造高密度、高强度铁基粉末冶金零件的方法，其特征在于：

制造高密度、高强度粉末冶金件的温压工艺步骤及其条件包括：

(1)将上述无粘结剂温压粉末放入加热炉加热至120～185℃；

(2)以共聚聚酰胺与含氟聚乙烯的混合物作为润滑剂均匀涂于模具壁面，涂层厚度为0.03～0.2mm；

(3)经送粉靴向已被加热到上述温度的模具内填充粉末，并施加500MPa以上的压力压制成型；

(4)由200℃缓慢升温至500℃进行预烧；

(5)在H₂和N₂的气氛下，在1120℃～1300℃下烧结至少1小时后，缓冷出炉得密度达7.26～7.29g/cm³，极限拉伸强度为663～813MPa，延伸率为1.1～2.3％的产品。