高性能汽车机油泵精密齿轮用冶金粉末及齿轮制备方法
【专利摘要】本发明涉及高性能汽车机油泵精密齿轮用冶金粉末及齿轮制备方法；冶金粉末由以下重量百分比的组分组成：基础粉末：99?99.9wt％，混合稀土：0.1?1.0wt％。与现有技术相比，本发明利用了稀土易氧化的特点，采用氧化桥接的方法制备牌号粉末，相比直接用合金雾化的方法，该牌号粉末的初始硬度较低适于粉末冶金工艺。此外，再利用粉末冶金工艺中高温烧结的工序，使原稀土表面氧化物、颗粒表面氧化物作为前躯体，最终形成所需的氧化物增强相，且由于增强相是通过扩散反应形成，它们最终是弥散分布于粉冶件基体中，最终使粉冶件具有较高的强度，而没有氧化的稀土元素通过烧结与基体元素合金化后，增加了基体的韧性和强度。
【专利说明】
高性能汽车机油泵精密齿轮用冶金粉末及齿轮制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其是涉及一种高性能汽车机油栗精密粉末冶金齿轮及其制备方法。
【背景技术】
[0002]粉末冶金技术是将材料科学和金属成形技术完善的结合起来的一种新型技术，因为高效、无切削加工、节材、节能、环保而被广泛使用于各种行业。
[0003]粉末冶金结构件制品材料成分不受熔炼限制，既可以加入合金成分，也可以加入其它结构组分，并且在相当大的范围内根据要求进行调整，进而在力学性能上能达到与钢件匹配的效果。
[0004]粉末冶金机械化程度高，既能减少人员，又能提高效率，进而节约成本。粉末冶金技术能取代传统的制造工艺，为广大传统企业节约成本。
[0005]所以研究各种机械零部件的粉末冶金的配方，适应不同的需要，具有重要的意义。
[0006]目前，国内粉末冶金工艺生产齿轮接触疲劳强度及齿溃强度不佳，由于齿轮强度不能满足工艺要求，因此，对于一些精密机械零件的齿轮主要通过进口来满足需求。
[0007]中国专利CN103741030B公布了一种高性能的粉末冶金齿轮，各组分按如下质量份组成:氨基树脂1-2份、聚醚改性硅油2-3份、羟丙基甲基纤维素1-2份、粉煤灰3-5份、食盐I份、淀粉1-3份、硬脂酸锌2-4份、合金粉230-250份、碳粉2份、钒钛磁铁精矿4-6份、聚乙二醇3-4份、瓦斯灰6-8份和Na⑶31-2份，且合金粉由铁粉、铜粉、镍粉、钼粉、铝粉和钇粉等成分组成。通过特定的成分配比，使得生产的齿轮齿面硬度高、强度大，耐磨性得到提高，且将粉煤灰和瓦斯灰作为粉末冶金齿轮的特定组分使用，资源化利用了冶金废弃物。该发明中的粉末冶金齿轮组分复杂，且在含有合金粉末的同时还含有大量有机物组分。
【发明内容】
[0008]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成分简单、易于制造、性能大大提高的高性能汽车机油栗精密粉末冶金齿轮及其制备方法。
[0009]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0010]—种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，由以下重量百分比的组分组成:
[0011]基础粉末:99-99.9wt%;
[0012]混合稀土:0.1-1.0wt%。
[0013]所述的基础粉末为Fe-Cu-C混合材料，其中各元素及含量为:碳0.5-0.7wt%,铜2_2.5wt%，铁余量。
[0014]作为一种优选的方式，所述的混合稀土含量为0.1-0.3wt %，基础粉末含量为99.7-99.9wt%。此种配比下的冶金粉末是高强度型粉末，利用该种配比下的冶金粉末制得的齿轮具有强度高的特性。
[0015]作为另一种优选的方式，所述的混合稀土含量为0.8-1.0wt%，基础粉末含量为99.0-99.2wt%。此种配比下的冶金粉末是高韧性型粉末，利用该种配比下的冶金粉末制得的齿轮具有韧性高的特性。
[0016]所述的混合稀土为镧铈混合稀土金属，元素重量百分组成为:Ce45%?48%、Lal7% ?30%、Pr4% ?8%、NdlO% ?18%。
[0017]—种采用上述冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，该方法具体包括以下步骤:
[0018](I)将混合稀土粉末原料与基础粉末原料在高温、微氧状态下充分混合，在高温混合过程中，表面氧化的混合稀土粉末与表面氧化的基础粉末碰撞时，氧化物相互之间会桥接成整体行星状团聚颗粒的牌号粉末；
[0019](2)将步骤(I)处理后的牌号粉末通过常规粉末冶金压制、烧结工艺，混合稀土元素在烧结过程中扩散弥散分布在烧结体中；而步骤(I)中形成的氧化物会随稀土元素一起扩散并在高温烧结后进一步反应，最终形成弥散分布在粉末冶金件基体的氧化物增强相，以此增强粉末冶金件的强度。
[0020]步骤(I)所述的混合稀土元素重量百分组成为:Ce45%?48%、Lal7 %?30 %、Pr4% ?8%、NdlO% ?18%。
[0021 ]步骤(I)中，混合稀土元素的添加量控制在最终含量为0.1-1.0wt%。
[0022]步骤(I)中，微氧状态是指氧气体积含量为0.5%_4%的条件下，混合稀土粉末原料与基础粉末原料混合时的温度为500-800°C，混合稀土粉末原料与基础粉末原料的混合可以在流化床进行。
[0023]步骤(2)中所述的氧化物增强相是含多种元素的氧化物，其含有稀土金属中一种或几种，并含有铁、铜元素中的至少一种。
[0024]步骤(2)所述的增强粉末冶金件即高性能汽车机油栗精密齿轮。
[0025]与现有技术相比，本发明利用了稀土易氧化的特点，采用氧化桥接的方法制备牌号粉末，相比直接用合金雾化的方法，该牌号粉末的初始硬度较低适于粉末冶金工艺。此夕卜，再利用粉末冶金工艺中高温烧结的工序，使原稀土表面氧化物、颗粒表面氧化物作为前躯体，最终形成所需的氧化物增强相，且由于增强相是通过扩散反应形成，它们最终是弥散分布于粉冶件基体中，最终使粉冶件具有较高的强度，而没有氧化的稀土元素通过烧结与基体元素合金化后，增加了基体的韧性和强度。这里，稀土的含量不能太高或太低，太高则氧化物前躯体过多，使最终的氧化物增强相转变不完全，太低则增强效果不理想。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028]高韧性型牌号粉末
[0029]基础铁粉元素及含量为:碳0.5-0.7wt%,铜2-2.5wt %、铁余量。混合稀土含量为
0.1-0.3wt%,560°C高温流化床微氧混粉，烧结氧气体积含量0.5-1.0 %。牌号粉末出厂后，在配套公司使用常规该Fe-Cu-C牌号的粉末冶金成形工艺(压制力600MPa，烧结温度11200C，还原气氛)制备的齿轮韧性较高，冲击韧度提高大于5.7%,齿溃强度提高了大于2.1 %。
[0030]实施例2[0031 ]高强度型牌号粉末
[0032]基础铁粉同实施案例I，混合稀土含量为0.8-lwt%，700°C高温流化床微氧混粉，烧结氧气体积含量3-4%。牌号粉末出厂后，在配套公司使用常规该Fe-Cu-C牌号的粉末冶金成形工艺(压制力600MPa，烧结温度1120°C，还原气氛)制备的齿轮强度较高，特别是齿溃强度提高了大于9.3%,冲击韧度提高大于1.0 %。
[0033]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成: 基础粉末:99-99.9wt% ； 混合稀土: 0.1-1.0wt %。2.根据权利要求1所述的一种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，其特征在于，所述的基础粉末为Fe-Cu-C混合材料，其中各元素及含量为:碳0.5-0.7wt%,铜2_2.5wt %，铁余量。3.根据权利要求1所述的一种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，其特征在于，所述的混合稀土含量为0.l-0.3wt%,基础粉末含量为99.7-99.9wt%。4.根据权利要求1所述的一种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，其特征在于，所述的混合稀土含量为0.8-1.0wt %，基础粉末含量为99.0-99.2wt %。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种高性能汽车机油栗精密齿轮用冶金粉末，其特征在于，所述的混合稀土为镧铈混合稀土金属，元素重量百分组成为:Ce45%?48%、Lal7% ?30%、Pr4% ?8%、NdlO% ?18%。6.—种采用如权利要求1-5中任一项所述的冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤: (1)将混合稀土粉末原料与基础粉末原料在高温、微氧状态下充分混合，在高温混合过程中，表面氧化的混合稀土粉末与表面氧化的基础粉末碰撞时，氧化物相互之间会桥接成整体行星状团聚颗粒的牌号粉末； (2)将步骤(I)处理后的牌号粉末通过常规粉末冶金压制、烧结工艺，混合稀土元素在烧结过程中扩散弥散分布在烧结体中；而步骤(I)中形成的氧化物会随稀土元素一起扩散并在高温烧结后进一步反应，最终形成弥散分布在粉末冶金件基体的氧化物增强相，以此增强粉末冶金件的强度。7.根据权利要求6所述的采用冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，其特征在于，步骤(I)所述的混合稀土元素重量百分组成为:Ce45 %?48 %、Lal7 %?30 %、Pr4% ?8%、NdlO% ?18%。8.根据权利要求6所述的采用冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，其特征在于，步骤(I)中，混合稀土元素的添加量控制在最终含量为0.1-1.0wt%。9.根据权利要求6所述的采用冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，其特征在于，步骤(I)中，微氧状态是指氧气体积含量为0.5 % -4 %的条件下，混合稀土粉末原料与基础粉末原料混合时的温度为500-800°C，混合稀土粉末原料与基础粉末原料的混合可以在流化床进行。10.根据权利要求6所述的采用冶金粉末制备高性能汽车机油栗精密齿轮的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的氧化物增强相是含多种元素的氧化物，其含有稀土金属中一种或几种，并含有铁、铜元素中的至少一种。
【文档编号】B22F5/08GK105937013SQ201610374891
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】严彪, 严鹏飞, 黄家声, 杨百元
【申请人】同济大学