一种铁基粉末冶金用渗铜剂及其制备方法与流程

文档序号:14685908发布日期:2018-06-14 22:01

本发明涉及一种粉末冶金用新型渗铜剂及其制备方法,属于粉末冶金领域。



背景技术:

目前,铁基粉末冶金机械零件的应用非常广泛,但粉末冶金产品的孔隙率较大,使产品的断裂韧性、抗拉强度、硬度等力学性能,尤其是动态力学性能如冲击韧性、疲劳强度等较差。而渗铜是解决上述问题的有效途径。渗铜是指通过加热铁基粉末冶金材料及渗铜剂,使渗铜材料熔化,液相铜通过毛细管填充到铁基体孔隙中的过程。渗铜剂的选择需考虑以下三个方面因素:熔点比基体低两三百度,对基体有良好的润湿性,与基体之间有适宜的互溶度。

渗铜剂经历了以下几种形式:纯铜片、纯铜丝、纯铜粉、铜-X混合粉、铜-X合金粉(X代表一种或几种合金元素),目前国内外使用较多的为铜-X合金粉。国外已有专门的制造商进行批量化生产,比较有代表性的有SCM公司的IP-96、IP-147、IP-190、IP-204,以及USBronze公司的CL128-L、XF-1、XF-4等。上述渗铜剂以Cu-Fe(1~3%wt%)粉为主体,辅以少量Mn、Ni、Al、润滑剂等,混合压制而成。渗铜剂中部分主要合金元素及其影响如下:

1)Fe:是渗铜剂的主要添加元素,其主要作用在于溶于Cu中,以减少基体中铁在铜中的溶解。若渗铜剂中Fe含量过低,则基体中的Fe会熔于Cu中,导致基体产生孔隙,而若过高,则多余的Fe由于熔点高,而残留于基体表面,影响表面质量。

2)Mn:可降低Fe在Cu中的溶解度。Mn可形成骨架,使液态Cu无法自由移动,而只能通过毛细管力进入基体孔隙,从而使熔渗更加均匀。Mn必须控制于适宜的成分范围,太低起不到作用,而太高则降低熔渗效率。

3)Zn:的作用是降低渗铜剂熔体的熔点及黏度,增加熔体的流动性,有利于熔渗的均匀进行。Zn含量过高,会加剧熔体挥发,导致熔渗效率降低。

4)Sn:能改善熔渗铜的流动性,对开口孔隙的熔渗具有明显的促进作用。Sn还能起润滑作用,改善熔渗填充效果,增加韧性,降低材料的磨损。

国内在渗铜剂方面起步较晚,一般为纯铜粉或常规混合方式制备的混合粉。ZL2008102267721公布了一种渗铜剂,组分为Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr中的一种或几种,质量分数为0.5~10wt%,余量为Cu,质量分数90~99.5wt%。将上述原料粉末在混料机中混合均匀后,在氢气还原炉中进行扩散,冷却后出炉破碎、筛分收集,加入润滑剂合批。专利CN104550905A公布了一种高熔渗铜粉及其制备方式,将Cu粉(97~98.5wt%)、Fe粉(1~2wt%)、Si粉(0.5~1wt%)混合后熔化,用高压水冲击熔体使之冷却为铜基合金粉末。将该金属粉末(97.2~98.8wt%)与Mn粉(0.5~1wt%)、Zn粉(0.2~1wt%)、硬脂酸锌粉(0.5~0.8wt%)混合,可到高熔渗铜粉,渗铜率达到99.5~99.8%。专利CN104439251A公布了一种粉末冶金用渗铜剂,以铜为主体成分,包含Fe、C、Mn、Cr、Si、Mo、P、Co、Bi、B、Sn、Zn等,均为粉体,在双锥混合器中混合得到。专利CN103668044A公布了一种渗铜膏及其制备方法。渗铜膏由78~95wt%渗铜剂与15~22wt%成膏体混合而成,其中,渗铜剂含Cu、Fe、Mn、Sn、Ni、Si、Zn中的几种,采用雾化法或扩散法制取上述元素的粉末后,充分混合得到渗铜剂,加入由有机物配制的成膏体搅拌均匀后可得到渗铜膏。

以上采用传统工艺生产的渗铜剂,普遍存在腐蚀基体、表面残留物、渗铜率不高等问题,导致产品合格率低,因此需对渗铜剂的成分进行优化。另一方面,国内外对渗铜剂的制备普遍采用金属粉体混合方式,需要分别制取粉末、混合、烧结,流程较长,而且受粉末混合设备制约,难以大量制取,生产效率受到限制,成本高,效率低。

针对上述渗铜剂的不足,本发明致力于提供一种性能优良的新型渗铜剂配方及其制备方法,不但大幅度提高熔渗合金生产效率,降低生产成本,而且能够优化熔渗效果,使用方便。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种新型渗铜剂及其制备方法,以改善现有渗铜剂性能,克服制备方法存在的不足。

一种应用于钢铁粉末冶金制品熔渗过程的渗铜剂,产品形式为直径Φ1mm~Φ8mm的丝材,其特征在于:熔渗剂各成分的质量百分比如下:

Fe1.0~3.5wt%,

Mn0.3~3.0wt%,

Zn0.5~5.5wt%,

Sn0.01~1.5wt%,

Cu余量。

更进一步地,所述的一种应用于钢铁粉末冶金制品熔渗过程的渗铜剂,其产品形状为直径Φ1.0mm~Φ8.0mm的丝材。其特征在于:制备过程主要包括(1)熔炼:熔炼设备主要采工频感应炉或中频感应炉,采用电解铜、锌、锡、CuFe中间合金、CuMn中间合金为原材料,按照成分配比,并充分除油、脱水,熔化及加料顺序如下:将上述电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气、扒渣,木炭覆盖保护→加入锡和锌→检测成分合格后即可准备进行铸造。(2)铸造:铸造工艺采用半连续铸造或者水平连续铸造,半连续铸造规格为Φ95mm~Φ220mm的圆铸锭,水平连续铸造杆坯直径为Φ20mm~Φ35mm的盘卷。(3)挤压或锻造。(4)轧制。(5)扒皮。(6)拉伸:半连续铸造锭坯,采用“挤压或锻造→轧制→扒皮→拉伸”工艺进行加工,挤压或锻造温度为800℃~980℃;水平连续铸造杆坯,采用“热轧→冷轧→扒皮→拉伸”工艺进行加工,热轧温度范围800℃~950℃。(7)热处理:热处理采用单级保温或者多级保温,保温温度范围为:350℃~650℃。(8)定径拉伸,加工成Φ1mm~Φ8mm的丝材产品。

与现有技术相比,本发明的先进之处在于:

1)渗铜剂成分合理,熔渗率高,熔渗后产品表面无侵蚀、无残留,外观均匀,产品致密度、力学性能得到大幅度提高;

2)原料获取方便,可以块状、片状等形式直接使用,不用预先制备成粉末;

3)采用熔炼、铸造、加工工艺,设备简单,操作简便,且突破粉末混合设备产能限制,生产效率大幅度提高;

4)产品为丝状,易于运输、保存。

附图说明

图1是挤压开坯的加工过程示意图。

图2是锻造开坯的加工过程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明,但本发明的保护范围不受实施例所限。

实施例1:

一种渗铜剂,其配方为Cu-1.5Fe-0.6Mn-3.5Zn-0.08Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气→加入锡和锌→检测成分合格→半连续铸造Φ120mm圆铸锭→锯切成长度600mm的圆锭→铸锭车削表面铸造缺陷→加热至900℃×1h→在800吨挤压机上挤压成Φ25mm坯料,后续加工过程如图1所示。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜,熔渗率达到99.2%,表面质量均匀一致,无溶蚀、无残留,上下表面硬度一致,硬度较未熔渗前提高79.3%,抗拉强度提高63.4%,冲击韧性提高2.7倍。

实施例2:

一种渗铜剂,其配方为Cu-1.8Fe-0.6Mn-3.0Zn-0.1Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气后→加入锡和锌→检测成分合格→半连续铸造Φ120mm×600mm圆铸锭→车削铸锭表面缺陷→加热至900℃×1h→加热至920℃×30min,在锻造机上进行锻造,后续加工过程见图2所示。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜,熔渗率达到99.1%,表面质量均匀一致,无溶蚀、无残留,上下表面硬度一致,硬度较未熔渗前提高82.3%,抗拉强度提高62.4%,冲击韧性提高2.8倍。

实施例3:

一种渗铜剂,其配方为Cu-1.9Fe-0.5Mn-2.5Zn-0.05Sn。将经过充分除油、烘烤脱水后电解铜、CuFe中间合金、CuMn中间合金放入中频感应炉中→升温至全部炉料熔化→搅拌、除气、扒渣后使用木炭覆盖→加入锡和锌→检测成分合格→铸造Φ30mm盘卷→杆坯加热至850℃热轧至Φ26mm→冷轧至Φ8mm→扒皮→拉伸→热处理→拉伸至Φ2mm→检验。

将该渗铜剂用于机械传动齿轮渗铜,熔渗率达到99.1%,表面质量均匀一致,无溶蚀、无残留,上下表面硬度一致,硬度较未熔渗前提高79.1%,抗拉强度提高64.4%,冲击韧性提高2.9倍。

综上所述,以上实施例说明本发明渗铜剂具有成分合理,熔渗率高,熔渗后产品表面无侵蚀、无残留,外观均匀,产品致密度、力学性能均得到大幅度提高。

以上仅是本发明的具体应用范例,对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案,均落在本发明权利保护范围之内。

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