一种粉末冶金用含铜铁粉及其制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金领域，特别涉及一种粉末冶金用含铜铁粉及其制备方法。

背景技术：

水雾化铁粉常用作制备粉末冶金制品零件用基础原材料，但在使用过程中常常需要添加石墨、铜粉(电解铜粉、雾化铜粉等)等合金辅料用以提高最终制品零件产品的各种性能，以达到其最佳的使用效果。

目前，铜粉往往在混合制粉的过程中加入，一般采取直接加入，或通过粘接混粉技术加入，但两者均有以下局限性：1、直接加入，优势在于成本低，但若出现铜粉添加量过多的情况，则容易存在偏析情况，最终造成制品零件烧结后出现烧结尺寸稳定性差，性能偏差大，严重者会产生游离铜的现象，破坏基体组织性能；2、粘接混粉技术可有效将铜粉粘接至基粉表面，改善烧结尺寸波动大的问题，但若粘接剂挥发不完全，则容易对制品零件表面造成污染，影响外观。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种粉末冶金用含铜铁粉，铜粉直接附着在铁粉颗粒表面，不产生铜偏析，含铜铁粉直接用于粉末冶金制品的混合制粉过程中，不需再额外添加铜粉。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种粉末冶金用含铜铁粉，其化学成分按重量百分比组成：c≤0.02％；si≤0.030％；mn≤0.15％；p≤0.015％；s≤0.015％；cu8～30％；mo0～4.0％，其余fe及不可避免的杂质。

一种制备粉末冶金用含铜铁粉的方法，包括：冶炼、雾化、还原、退火、混料、扩散；具体步骤如下：

1)冶炼：钢液中mo含量为0～4.0％，出钢温度：1620～1800℃；

2)雾化制粉：雾化压力10～15mpa，雾化开始温度1580～1700℃，雾化结束温度1550～1630℃、钢液流直径14～28mm、流量140～240m³/h、喷射角度30～50°；

3)还原：将上述雾化后粉体经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度550～800℃，预热段行程为4～6m；高温段温度800～1000℃，高温段行程为6～12m；冷却段温度500～800℃，冷却段行程为4～8m；运行速度：90～300㎜/min；料层厚度12～48㎜；氨气流量60～190m³/h；

4)退火：将上述还原后粉体，经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度550～800℃；预热段行程为4～6m；高温段温度800～900℃；高温段行程为6～12m；冷却段温度500～800℃；冷却段行程为4～8m；运行速度：90～300㎜/min料层厚度：12～48㎜，氨气流量60～190m³/h；出炉粉体600mpa压缩性≥7.17g/cm³；

5)混料：将退火后的粉体经过破碎、筛分、合批，然后加入0.1～2.0％比例的油性粘接剂，再加入8～30％比例电解铜粉，混料机转速控制10～20r/min，混料时间控制30～90min，制成半成品；

6)扩散：将上述半成品经还原炉扩散，还原炉扩散预热段温度650～900℃，预热段行程为2～4m；高温段温度900～1000℃，高温段行程为4～14m；冷却段温度650～900℃，冷却段行程为4～8m；氨气流量60～190m³/h，控制扩散时间60～120min，料层厚度：20～35mm，出炉制得成品。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明采用首先制备高压缩性水雾化纯铁粉，然后加入电解铜粉混合，通过高温扩散附着的方式，制备含铜水雾化钢铁粉末。

2.铜粉直接附着在铁粉颗粒表面，不产生铜偏析，而且铜粉颗粒高温扩散至铁粉颗粒表面能减少团聚，有利于改善烧结件的机械性能。含铜铁粉600mpa压缩性≥7.10g/cm³。可直接用于粉末冶金配制，不需额外添加铜粉，且保持烧结制品零件表面清洁。

3.本发明采用电解铜粉，而非雾化铜粉，因电解铜粉具有纯度高，形状呈树枝状，有利于扩散过程的均匀性；采取高温扩散方式，可使铜粉附着至铁粉颗粒面，以保证铁粉的压缩性及烧结尺寸稳定性。

附图说明

图1为应用例的fc0208烧结制品金相试样图。

图2为对比例的fc0208烧结制品金相试样图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。

实施例1

按设计成分，以含10％的铜，铁余量为目标，按以下方法制备含铜铁粉：

一种制备粉末冶金用含铜铁粉的方法，包括：冶炼、雾化、还原、退火、混料、扩散；具体步骤如下：

1)冶炼：钢液中mo含量为0，出钢温度：1620～1700℃；

2)雾化制粉：雾化压力10～15mpa，雾化开始温度1700℃，雾化结束温度1630℃、钢液流直径28mm、流量240m³/h、喷射角度30～50°；

3)还原：将上述雾化后粉体经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度800℃，预热段行程为6m；高温段温度1000℃，高温段行程为12m；冷却段温度800℃，冷却段行程为8m；运行速度300㎜/min；料层厚度48㎜；氨气流量190m³/h；

4)退火：将上述还原后粉体，经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度800℃；预热段行程为6m；高温段温度900℃；高温段行程为2m；冷却段温度800℃；冷却段行程为8m；运行速度：300㎜/min料层厚度：48㎜，氨气流量190m³/h；出炉粉体600mpa压缩性≥7.17g/cm³；

5)混料：将退火后的粉体经过破碎、筛分、合批，然后加入2.0％比例的油性粘接剂，再加入10％比例电解铜粉，混料机转速控制20r/min，混料时间控制90min，制成半成品；

6)扩散：将上述半成品经还原炉扩散，还原炉扩散预热段温度900℃，预热段行程为4m；高温段温度1000℃，高温段行程为14m；冷却段温度900℃，冷却段行程为8m；氨气流量190m³/h，控制扩散时间120min，料层厚度：35mm，出炉制得成品。

实施例2

按设计成分，以含9.65％的铜，铁余量为目标，按以下方法制备含铜铁粉：

1)冶炼：钢液中mo含量为0，出钢温度：1720～1800℃；

2)雾化制粉：雾化压力10mpa，雾化开始温度1580℃，雾化结束温度1550℃、钢液流直径14mm、流量140～240m³/h、喷射角度30～50°；

3)还原：将上述雾化后粉体经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度550～800℃，预热段行程为4m；高温段温度800～1000℃，高温段行程为10m；冷却段温度600℃，冷却段行程为7m；运行速度：220㎜/min；料层厚度22㎜；氨气流量160m³/h；

4)退火：将上述还原后粉体，经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度550℃；预热段行程为4m；高温段温度800℃；高温段行程为6m；冷却段温度500℃；冷却段行程为4m；运行速度：180㎜/min料层厚度：12㎜，氨气流量160m³/h；出炉粉体600mpa压缩性≥7.17g/cm³；

5)混料：将退火后的粉体经过破碎、筛分、合批，然后加入2.0％比例的油性粘接剂，再加入9.65％比例电解铜粉，混料机转速控制15r/min，混料时间控制60min，制成半成品；

6)扩散：将上述半成品经还原炉扩散，还原炉扩散预热段温度650℃，预热段行程为4m；高温段温度1000℃，高温段行程为10m；冷却段温度700℃，冷却段行程为8m；氨气流量170m³/h，控制扩散时间80min，料层厚度：25mm，出炉制得成品含铜铁粉。

实施例3

按设计成分，以含20％的铜，铁余量为目标，按以下方法制备含铜铁粉：

1)冶炼：钢液中mo含量为0.5％，出钢温度：1620～1800℃；

2)雾化制粉：雾化压力11mpa，雾化开始温度1600℃，雾化结束温度1550℃、钢液流直径20mm、流量150m³/h、喷射角度30～50°；

3)还原：将上述雾化后粉体经过还原炉进行还原，还原炉还原预热段温度600℃，预热段行程为4～6m；高温段温度600℃，高温段行程为10m；冷却段温度600℃，冷却段行程为8m；运行速度：200㎜/min；料层厚度38㎜；氨气流量100m³/h；

4)退火：将上述还原后粉体，经过还原炉进行退火处理，还原炉还原预热段温度650℃；预热段行程为4m；高温段温度800℃；高温段行程为10m；冷却段温度700℃；冷却段行程为6m；运行速度：200㎜/min料层厚度：38㎜，氨气流量150m³/h；出炉粉体600mpa压缩性≥7.17g/cm³；

5)混料：将退火后的粉体经过破碎、筛分、合批，然后加入0.1％比例的油性粘接剂，再加入20％比例电解铜粉，混料机转速控制20r/min，混料时间控制90min，制成半成品；

6)扩散：将上述半成品经还原炉扩散，还原炉扩散预热段温度700℃，预热段行程为4m；高温段温度1000℃，高温段行程为12m；冷却段温度900℃，冷却段行程为5m；氨气流量120m³/h，控制扩散时间100min，料层厚度：28mm，出炉制得成品含铜铁粉。

含铜铁粉的性能指标见表1；

表1：

比较含铜铁粉制备粉末冶金材料fc0208与添加铜粉制备粉末冶金材料fc0208的性能。

应用例：粉末冶金材料fc0208按质量百分含量包括：含铜10％的含铜铁粉20％，石墨0.8％，润滑剂0.6％，其余为水雾化纯铁粉，烧结制品编号为a1、a2、a3。

对比例：粉末冶金材料fc0208按质量百分含量包括：铜粉2.0％、石墨0.8％、润滑剂0.6％、其余水雾化铁粉，烧结制品编号为b1、b2、b3。

粉末冶金制品综合性能见表2；

表2：

综合上表，本发明含铜铁粉可直接制备粉末冶金材料，无需添加铜粉。