一种高熔渗铜粉及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属合金领域，涉及一种高熔渗铜粉及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现代粉末冶金技术正在飞速发展，粉末冶金零件在各种行业中的应用优势越来越 明显，正在广泛的应用于运输机械、工业机械、电子机械等行业中。我国的粉末冶金零件年 增长率超过10%，特别是在汽车零部件中，粉末冶金零部件年增长超过20%。当前北美市 场平均单车使用粉末冶金零件的重量已经达到了 19公斤，欧洲和日本也已经超过10公斤， 韩国8公斤，印度6公斤，而我国仅有4公斤。北美70%?75%的粉末冶金零件使用在汽 车工业中，在西欧为80 %，在日本接近90 %，我国生产的粉末冶金零件只有约30 %在汽车 工业中使用，这个比例远远落后于欧美和日本。
[0003] 我国的汽车行业，无论是市场销售还是生产制造、零件加工，目前都处于旺盛的发 展、成长期。而汽车制造、零件加工中，粉末冶金作为一种通用的机械加工手段，从诞生到发 展，粉末冶金和汽车工业密切相关，两个行业共生共荣。由于粉末冶金工艺具有节约原材 料、自身重量轻、性能优异、成本低等众多优势，除发动机、变速器和电动机轴承外，现在粉 末冶金零件在汽车上使用的范围也越来越广，更多的零件被用在底盘、车身、内饰等处，前 景十分广阔。目前，在汽车上使用的粉末冶金件已经超过了 1000种，汽车中使用的粉末冶 金结构零件大部分集中在发动机与变速器，主要是形状复杂、高密度、高强度、高使用性能 的零件，如发动机连杆、凸轮轴、衬套、齿轮、齿环等零件。粉末冶金结构零件在替代已有的 齿轮、凸轮、链轮、各种形状的铸件、锻件、切削加工件和开发新型结构零件方面具有独特的 优势。
[0004] 目前，在汽车上使用的粉末冶金零件，在某些恶劣的环境下使用时，要求具有良好 的耐磨性、耐冲击性，又要保持较高的强度和硬度，而且部分还要求有较好的气密性。但是 采用常规的压制一烧结工艺制造的粉末冶金零件，由于材料中含有孔隙，所以在压制过程 中，材料不可能达到完全致密的状态，导致有残留的孔隙存在，而残留的孔隙作为一种缺 陷，它影响了粉末冶金零件的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度、硬度、以及零部件气密性等， 致使粉末冶金零部件不能满足使用要求，因为零件所有的力学性能都主要受控于材料的密 度。因此，消除或减少粉末冶金零部件的残留孔隙是获得高致密性、高强度、高冲击韧性、高 硬度的有效途径。
[0005] 渗铜法是提高铁基粉末冶金零件密度、强度、表面封孔的有效方法。用铜或铜合金 粉末对烧结粉末冶金零件进行熔渗能明显减少或消除零件中的孔隙、提高密度、改善其力 学性能和动力学性能（如冲击韧性、抗疲劳）等。熔渗铜相比较传统的复压复烧、粉末锻造、 温压等致密化工艺具有成本低、工序简单、易调整等优点，因此这种熔渗铜的方法应用范围 日益扩大，目前已成为生产高性能铁基粉末冶金零部件不可或缺的致密化工艺，而熔渗铜 粉则是熔渗铜的关键、主要材料。目前，此种熔渗铜粉大多依赖进口，成本很高。而国内生 产此种熔渗铜粉的很少，而且存在渗铜效率低的缺陷。
[0006] 例如，CN101113511A公开了一种粉末冶金渗铜剂，所有渗铜剂主要由以下质量比 的原料组成：Fe粉1. 7?2. 1%，Mn粉3. 9?4. 3%，Cu粉93. 6?94. 4%，其生产方法是 将配好的材料在双锥混合器内以19?21r/min的转速混合30?35min。此发明仅采用简 单的混合技术制备渗铜剂，其制备的渗铜剂的渗铜率为98%以上。
[0007] CN101736285A公开了一种渗铜剂及其制备方法，所述渗铜剂组分为Fe、Zn、Mn、 Sn、P和Cr元素中的一种或几种和Cu，按重量百分比为Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr元素中的一 种或几种：〇. 5?10%，Cu:90?99. 5%。制备方法为将原料按所述比例称重，加入陶瓷球 或不锈钢球、扩散促进剂，混合后，将粉末送入氢气还原炉进行扩散，冷却、出炉破碎、筛分 收集，然后加入润滑剂制得渗铜剂。此发明制备的渗铜剂无侵蚀、低残留、显著提高材料的 密度和力学性能等特点，但并未指明其具体渗铜率。
[0008] 为了满足技术上的更高要求，期望能够开发一种能够获得渗铜率更高的铜粉的方 法。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种高熔渗铜粉及其制备方法。
[0010] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0011] 一方面，本发明提供一种高熔渗铜粉的制备方法，包括以下步骤：
[0012] (1)将铜粉、铁粉和硅粉熔化成金属液体，混合均匀，得到金属合金熔液；
[0013] (2)利用高压水冲击步骤（1)得到的金属合金熔液流体，使其冷却为铜基合金粉 末；
[0014] (3)将步骤⑵得到的铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末混合均勾，得到 高熔渗铜粉。
[0015] 在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，以铜粉、铁粉和硅粉的总质量为100% 计，步骤⑴所述铜粉、铁粉和硅粉的质量百分比为：铜粉97?98. 5%，铁粉1?2%， 硅粉 0? 5 ?1% ;其中铜粉可以为 97%、97. 1%、97. 2%、97. 3%、97. 4%、97. 5%、97. 6%、 97. 7%、97. 8%、97. 9%、98%、98. 1%、98. 2%、98. 3%、98. 4%或 98. 5%，铁粉可以为 1%、 1. 1%、1. 2%、1. 3%、1. 4%、1. 5%、1. 6%、1. 7%、1. 8%、1. 9%或 2%，硅粉可以为 0? 5%、 0? 6%、0. 7%、0. 8%、0. 9%或 1%。
[0016] 在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，步骤（2)所述高压水自内径为7mm的 圆柱形高压喷嘴喷出；步骤⑵所述高压水的压力为10?15MPa，例如10MPa、10. 5MPa、 10. 8MPa、llMPa、ll. 4MPa、ll. 8MPa、12MPa、12. 3MPa、12. 6MPa、12. 8MPa、13MPa、13. 4MPa、 13. 8MPa、14MPa、14. 5MPa、14. 8MPa或 15MPa。
[0017] 在本发明所述高熔渗铜粉的制备方法中，以铜基合金粉末、锰粉、锌粉和硬脂酸锌 粉末的总质量为100%计，步骤（3)所述铜基合金粉末与锰粉、锌粉以硬脂酸锌粉末的质量 百分比为：铜基合金粉末97. 2?98. 8%，锰粉0.5?1%，锌粉0.2?1%，硬脂酸锌粉末 0? 5 ?0? 8% ;其中铜基合金粉末可以为 97. 2%、97. 4%、97. 5%、97. 7%、97. 8%、97. 9%、 98 %、98. 1 %、98. 2 %、98. 3 %、98. 4 %、98. 5 %、98. 6 %、98. 7 % 或 98. 8 %，锰粉可以为 0? 5%、0. 6%、0. 7%、0. 8%、0. 9%或 1%，锌粉可以为 0? 2%、0. 3%、0. 4%、0. 5%、0. 6%、 0? 7%、0. 8%、0. 9%或 1 %，硬脂酸锌粉末可以为 0? 5%、0. 55%、0. 6%、0. 65%、0. 7%、 0? 75%或 0? 8%。
[0018] 另一方面，本发明提供了根据本发明所述的制备方法制备得到的高熔渗铜粉， 所述高熔渗铜粉的渗铜率为99. 5?99. 8%，例如99. 5%、99. 54%、99. 58 %、99. 6%、 99. 62%、99. 64%、99. 66%、99. 68%、99. 7%、99. 73%、99. 75%、99. 78%或 99. 8%。
[0019] 本发明所述高溶渗铜粉是指具有99. 5?99. 8%的渗铜率的合金铜粉。
[0020] 在本发明的高熔渗铜粉的制备方法中，步骤（1)使用的是熔炼预合金技术，（可以 在中频熔炼炉内实现此步骤），步骤（2)使用的是雾化制粉技术，步骤（3)使用的是混合技 术，本发明通过三种技术的结合制备得到本发明的高熔渗铜粉。在本发明的高熔渗铜粉的 制备过程中，通过合理控制预合金的金属元素比例，使得得到的此种熔渗铜粉在粉末冶金 零件熔渗铜时，达到不同温度熔化不同的合金元素，从而使熔渗能够分层次、分阶段进行， 最终使熔渗铜粉熔渗到粉末冶金铁基零件中