专利名称:扩散合金化铁粉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于生产无铅子弹，特别是密度为约8-15g/cm3的无铅子弹的金属粉末。
发明背景
铅污染对环境，重点是土壤和水的毒性效果在过去几十年中已被关注。在许多国家，某些含铅的弹药已被禁止。
由于大量因素如可用性、价格和原料性能，铅已为子弹和弹壳制造的主要原料。在室温下铅的密度为11，35g/cm3，这与许多其他原料相比是相当高的。与不大致密的原料相比，高密度能使铅基射弹保持更高动能和更精确的射击模式。
另外，由于铅射弹占市场主导，因此如果可选择的子弹具有与铅射弹类似的密度， 在长范围弹道和枪炮后座力方面差别最小，则是有利的。由此，射手知道与此发射铅射弹一致的瞄准位置和后座力，所以发射“感觉”与发射铅子弹相同。
另外，就猎枪子弹而言，主要需求还有子弹应膨胀并且当穿透猎物时导致致命损害。铅满足此条件，这是由于此元素非常有弹性且具有高变形性。
然而，对于某些应用，如猎鸟，人们则希望使子弹膨胀最小化，因此通常使用所有金属外套子弹。对于运动射击，重要的是精准度，对于这种子弹，不需要子弹的变形性。
因此，需要提供具有与铅相似密度的更环境友好的子弹。然而，具有高密度的可选择元素不多，目前商业上仅钨(W)和铋(Bi)用于生产具有高密度的无铅弹药。钨的密度为 19. 8g/cm3，且钨的毒性效果认为是相当有限的。另外，如果这种子弹的费用可以保持低的话，将是有利的。钨的价格非常取决于粒度和纯度，市场上雾化粉末非常昂贵。然而，W生产中的中间产物氧化钨(WO3)相当便宜。
US 5，527，376要求保护的是通过在足以形成主要由钨和铁的金属间化合物的温度下将约6微米以下的中粒度的含钨粉末烧结而制备的包含40-60重量％钨和60-40重量％铁的射击子弹或轻武器射弹，通过将含钨粉末烧结而形成的包含40-60重量％ W和 60-40重量％ Fe的射弹。
US 5，950，064提出一种制造密度等于或高于铅的无铅子弹的方法。由于与钨金属和其他钨基合金相比，费用相对低，因此最优选钨铁(通常70-80重量％钨和余量铁)和其他铁-钨合金。
US 5，399，187显示了一种无铅子弹，其包含含选自钨、碳化钨、钨铁及其混合物的高密度第一种组分；和选自锡、锌、铝、铁、铜、铋及其混合物的较低密度第二种组分的压制复合材料。
US 6，823，798描述了由包括含钨和至少一种粘合剂的粉末的物质的组合物形成的制品的制造方法。
US 6，112，669描述了由含约5-25重量％钨和大于约97重量％钨加铁的组合物制得的无铅射弹。
US 6，527，880 描述了具有 20-70% W、10-70% Ni 和 0-55% Fe 的组合物的无毒子弹。
US 6，640，724描述了一种由具有基本上由至多35%钨铁、至多3%润滑剂和余量铁组成的组合物的粉末混合物制造易碎射弹的方法。将混合物在约138-约827MI^的压力下压制以形成压块。将压块任选在不大于约900°C的温度下烧结。
发明目的
本发明的一个目的是提供铁基粉末和适于制造无铅射弹的粉末组合物。另一目的是提供由所述铁基粉末制造的无毒射弹。
可根据本发明各个方面中的一个或组合实现的本发明的几个其他目的为
-射弹可制成密度为约8-15g/cm3，优选约10-13g/cm3，更优选10.5-12g/cm3，甚至更优选密度为约11. 3-11. 8g/cm3 ；
-射弹材料为无毒的或至少对野生生物和环境毒性小于铅；
-就狩猎法而言，射弹可制成磁性的；
-经目标冲击，射弹将不太可能破碎或碎裂；
-经目标冲击，射弹将不太可能膨胀或变形；
-借助铁磁性能，射弹易于回收再用；
-射弹可以以相当低的费用制造；
-铁基粉末可以以相当低的费用制备；和
-铁基粉末中的合金元素均勻分散。
发明_既述
至少一个上述目的通过提供具有键合在粉末粒子表面的钨的扩散合金化铁粉而解决，其中扩散合金化铁粉包含30-60重量％钨、余量基本上仅是铁和不可避免的杂质。
本发明的扩散合金化粉末已显示适于生产无铅子弹，特别是当所述扩散合金化粉末与1-4重量％ C的量的石墨混合时。
因此，建议一种冶金粉末组合物，其中组合物包含至少90重量％本发明扩散合金化铁粉和约0. 05-约2重量％润滑剂和任选约0. 05-约2重量％粘合剂。优选组合物另外包含1-4重量％石墨形式的C。
另外，一种制备包含30-60重量％钨，余量基本上仅是铁和不可避免的杂质的扩散合金化铁粉的方法，所述方法包括a)将氧化钨与雾化铁粉混合，b)并且将步骤a)的混合物在还原气氛下退火，由此将氧化钨还原，并使钨键合在铁粉的铁粉粒子表面。
优选在制备扩散合金化铁粉方法的步骤b)中退火在至少800°C，更优选至少 900°C，且在1500°C以下，更优选1200°C以下的温度进行。退火优选在至少30分钟，更优选至少45分钟期间进行。
优选在制备扩散合金化铁粉方法的步骤b)中还原气氛主要包含氢气。
另外一种生产子弹的方法，其包括
a)提供包括1)润滑剂，2)包含30_60重量％ W和至少40重量％ Fe的扩散合金化铁粉，和3) 1-4重量％石墨形式的C的粉末冶金组合物，
b)由粉末冶金组合物形成生坯；和
c)将生坯在还原或中性气氛下，在大气压以下，并且在1100°C以上的温度下烧结。[0039]优选在生产子弹的方法的步骤b)中生坯通过混合物的冷压形成，其中优选压制压力为500-1500MPa，更优选至少800MPa，并且其中优选压制期间温度为100°C以下。
作为选择，在生产子弹的方法的步骤b)中生坯通过混合物的热压形成，其中优选压制压力为500-1500MPa，更优选至少SOOMPa，并且其中优选压制期间温度为 100-200 "C。
优选在生产子弹的方法的步骤c)中烧结温度为1100-1400°C。
根据本发明生产的子弹的烧结密度优选密度为至少lOg/cm3，更优选至少Ilg/ cm3。这种子弹适用作散弹枪子弹(shot gun bullet)和猎枪子弹。
子弹可包覆有选自锡、锌、铜、黄铜和塑料的外套。
附图简述
图1为显示本发明W/FE/C合金的烧结结构的金相图，
图2为显示嵌入本发明W/FE/C合金的!^e-C基质中的W粒子的金相图，和
图3为显示由本发明扩散合金化粉末制造的子弹的烧结结构的金相图。
实验程序
制备三种扩散合金化铁粉-在本申请中称作DAl、DA2和DA3。这通过将227g来自H. C. Stark的WO3与120g不同的铁粉，铁粉1、铁粉2和铁粉3混合而进行-其中铁粉的编号相应于扩散合金化铁粉的编号，即DAl由铁粉1制备，以此类推。铁粉显示于表1中， 扩散合金化铁粉显示于表2中。
来自H. C. Stark 的 WO3 具有如下性能:W03 = 99 . 9 重量 ％，AD4. 8g/cm3，d90 = 29 μ m 并且 d50 = 12 μ m。
表 1
权利要求
1.扩散合金化铁粉，其特征在于钨W键合在铁或铁基粉末的粒子表面，扩散合金化铁粉包含30-60重量％ W，余量仅是铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求
1的扩散合金化铁粉，其中所述铁或铁基粉末为水雾化粉末。
3.根据权利要求
1或2的扩散合金化铁粉，其中所述铁或铁基粉末为海绵状铁粉。
4.冶金粉末组合物，其包含至少90重量％扩散合金化铁粉和0.05-2重量％润滑剂和任选0. 05-2重量％粘合剂，重量基于冶金粉末组合物的总重量，其特征在于所述扩散合金化铁粉为具有键合在铁或铁基粉末粒子表面的钨W的铁或铁基粉末，所述扩散合金化铁粉包含30-60重量％ W，余量仅是铁和不可避免的杂质。
5.根据权利要求
4的粉末组合物，其中所述组合物包含1-4重量％石墨形式的碳C。
6.制备包含30-60重量％钨，余量仅是铁和不可避免的杂质的扩散合金化铁粉的方法，其中所述方法包括a)将氧化钨与雾化铁粉混合，和b)将步骤a)的混合物在还原气氛下退火，由此将氧化钨还原，并使钨键合在铁粉的铁粉粒子表面。
7.根据权利要求
6的方法，其中在步骤b)中，退火进行至少30分钟。
8.根据权利要求
7的方法，其中在步骤b)中，退火进行至少45分钟。
9.根据权利要求
6-8中任一项的方法，其中在步骤b)中，退火在至少800°C，且在 1500°C以下的温度进行。
10.根据权利要求
9的方法，其中在步骤b)中，退火在至少900°C的温度进行。
11.根据权利要求
9的方法，其中在步骤b)中，退火在1200°C以下的温度进行。
12.根据权利要求
10的方法，其中在步骤b)中，退火在1200°C以下的温度进行。
13.根据权利要求
6-8中任一项的方法，其中在步骤b)中，还原气氛主要包含氢气。
14.根据权利要求
9的方法，其中在步骤b)中，还原气氛主要包含氢气。
15.生产子弹的方法，其包括a)提供包括1)润滑剂，幻包含30-60重量％W和至少40重量％ Fe的扩散合金化铁粉，和3) 1-4重量％石墨形式的C的粉末冶金组合物，b)由粉末冶金组合物形成生坯；和c)将生坯在还原或中性气氛下，在大气压以下，并且在1100°C以上的温度烧结。
16.根据权利要求
15的方法，其中在b)中，生坯通过混合物的冷压形成，其中压制压力为 500-1500MPa。
17.根据权利要求
16的方法，其中压制压力为至少800MPa。
18.根据权利要求
16或17的方法，其中压制期间温度为100°C以下。
19.根据权利要求
15的方法，其中在b)中，生坯通过混合物的热压形成，其中压制压力为 500-1500MPa。
20.根据权利要求
19的方法，其中压制压力为至少800MPa。
21.根据权利要求
19或20的方法，其中压制期间温度为100-200°C。
22.根据权利要求
15-17中任一项的方法，其中在c)中，烧结温度为1100-1400°C。
23.根据权利要求
18的方法，其中在c)中，烧结温度为1100-1400°C。
24.根据权利要求
19或20的方法，其中在c)中，烧结温度为1100-1400°C。
25.根据权利要求
21的方法，其中在c)中，烧结温度为1100-1400°C。
26.由根据权利要求
1的扩散合金化铁粉冶金制造的子弹，其特征在于子弹包含30-60 重量％ W, 1-4重量％ C、余量仅是铁和不可避免的杂质。
27.根据权利要求
沈的子弹，其中所述子弹的烧结密度为至少lOg/cm3。
28.根据权利要求
27的子弹，其中所述子弹的烧结密度为至少llg/cm3。
29.根据权利要求
沈-28中任一项的子弹，其中所述子弹包覆有选自锡、锌、铜、黄铜和塑料的外套。
30.根据权利要求
沈-28中任一项的子弹，其中所述子弹为散弹枪子弹。
31.根据权利要求
沈-28中任一项的子弹，其中所述子弹为猎枪子弹。
32.根据权利要求
四的子弹，其中所述子弹为猎枪子弹。
专利摘要
本发明涉及扩散合金化铁粉，其中钨W键合在铁或铁基粉末的粒子表面，扩散合金化铁粉包含30-60重量％W，余量基本上仅是铁和不可避免的杂质。
文档编号B22F1/02GKCN101588883 B发布类型授权 专利申请号CN 200880003212
公开日2012年5月30日 申请日期2008年1月21日
发明者H·瑟德耶尔姆, J·阿威德森 申请人:法罗莱格林加公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (4),