镍铁基减摩粉末冶金复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种镍铁基减摩粉末冶金复合材料及其制备方法，属于粉末冶金材料
技术领域。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金是一项集材料制备与零件成形于一体的先进制造技术。粉末冶金可以减 少切削加工量节约材料，并能弥补传统铸造方法无法制备多孔、难馆金属、陶瓷等材料的 空白。由于具有材料利用率高、生产成本低，综合性能好等优点，粉末冶金零件已广泛应 用于交通运输、机械、电子等重要经济领域，尤其在汽车制造领域。汽车工业的快速发展极 大地促进了粉末冶金零部件在汽车生产中的应用。20世纪70年代以来，汽车工业大量使 用轻质的合金材料替换传统的钢铁材料，如铝合金、钛合金等。铁粉是粉末冶金工业的重 要基础原料之一，铁粉特别是合金铁粉的生产及其产量，是衡量一个国家粉末冶金工业发 展水平的重要标志之一。近年来，粉末冶金工业发展十分迅速，铁基粉末的市场需求在总 体上也有明显的增长，目前世界铁粉年产量超过85万吨，铁粉产量的85%用于粉末冶金零 件的制造，其中70~83%的粉末冶金零件用于汽车工业，其余铁粉用于机械零件制造化工、 磁性材料、切割、焊条等。
[0003] 随着科学技术的进步，各个领域对材料的性能要求越来越高。希望它们具备传统 的良好的力学性能之外，又希望它们能服役于高压、高温、高真空、强辐射及腐蚀的特殊环 境。显然，传统的材料不能满足这些要求。这就促进了复合材料的发展，它既具备基体材料 的优点，又增加了新性能，但又不是简单的加和。常见的增强体有纤维、颗粒、晶须，Cu-W、 Cu-Mo等材料也把金属相用作增强相。相比传统金属材料，金属基复合材料比强度、比模量 高，膨胀系数低，高温性能好；相比陶瓷材料，塑性及冲击韧性高；相比高分子材料，耐热性 和导电、导热性好。
[0004] 随着轿车、卡车的不断更新换代，高马力、强载重等能力的需要，对发动机、进、排 气门座、轮轴等零件的耐热、耐磨以及耐腐烛等性能提出了更高要求，也给冶金材料提出了 很大的挑战。研究具有高耐磨性，抗压性的汽车轴承越来越受到研究学者的关注。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种镍铁基减摩粉末冶金复合材料及其制备方法，通过金属 成分的选择及其用量组合，添加润滑剂，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后 的力学性能，特别适用于制作轴承、支承衬套等对摩擦性能要求高的部件，可以延长使用寿 命，降低成本。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜I. 〇%~2. 5%，镍 3. 8%~6· 2%，钛 0· 28%~1· 65%，铬 L 0%~2· 7%，锌 0· 68%~2· 65%，润滑剂 0· 5%~2· 6%，石墨 I. 2%~2. 4%，硬脂酸盐I. 5%~2. 9%，余量为铁。
[0007] 所述润滑剂为石蜡或者硅油。
[0008] 所述硬脂酸盐为硬脂酸钡或者硬脂酸锌。
[0009] 所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜 L 5%~2· 0%，镍 4. 4%~5· 3%，钛 0· 75%~1· 15%，铬 L 4%~2· 2%，锌 I. 38%~1· 95%，润滑剂 I. 3%~2. 1%，石墨 I. 6%~2. 0%，硬脂酸盐 I. 8%~2. 2%，余量为铁。
[0010] 所述镍铁基减摩粉末冶金复合材料的制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为40~60rpm，混料时间为40~60min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为300~500MPa，保压 20~40min ; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为550~750°C，烧结时间为 20~40min，然后在280~350°C下保温10~30 min，淬灭，最后在180~200°C下保温回火l~3h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成所需零部件。
[0011] 步骤2)中加压成型压力优选为400 MPa，保压30min. 步骤3)中烧结温度优选为650°C，保温温度为320°C。
[0012] 有益效果：本发明提供一种镍铁基减摩粉末冶金复合材料，通过金属成分的组合， 添加润滑剂，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后的力学性能，特别适用于制 作轴承、支承衬套等对摩擦性能要求高的部件，可以延长使用寿命，降低成本；制备方法简 单，适合大规模工业生产。
【具体实施方式】
[0013] 实施例1 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜1. 〇%，镍3. 8%，钛 0. 28%，铬1.0%，锌0.68%，石蜡0.5%，石墨1.2%，硬脂酸锌1.5%，余量为铁。
[0014] 制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为50rpm，混料时间为48min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为400MPa，保压30min; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为650°C，烧结时间为 30min，然后在320°C下保温20 min，淬灭，最后在180°C下保温回火2h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成轴承。
[0015] 实施例2 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜2. 5%，镍6. 2%，钛 1. 65%，铬2. 7%，锌2. 65%，石蜡2. 6%，石墨2. 4%，硬脂酸锌2. 9%，余量为铁。
[0016] 制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为50rpm，混料时间为48min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为400MPa，保压30min; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为650°C，烧结时间为 30min，然后在320°C下保温20 min，淬灭，最后在180°C下保温回火2h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成轴承。
[0017] 实施例3 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜I. 5%，镍4. 4%，钛 0. 75%，铬1.4%，锌1.38%%，硅油1.3%，石墨1.6%，硬脂酸钡1.8%，余量为铁。
[0018] 制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为50rpm，混料时间为48min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为400MPa，保压30min; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为650°C，烧结时间为 30min，然后在320°C下保温20 min，淬灭，最后在180°C下保温回火2h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成轴承。
[0019] 实施例4 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜2. 0%，镍5. 3%，钛 1. 15%，铬2. 2%，锌1. 95%，硅油2. 1%，石墨2. 0%，硬脂酸钡2. 2%，余量为铁。
[0020] 制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为50rpm，混料时间为48min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为400MPa，保压30min; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为650°C，烧结时间为 30min，然后在320°C下保温20 min，淬灭，最后在180°C下保温回火2h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成轴承。
[0021] 实施例5 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，成分及各成分质量百分含量为：铜1. 8%，镍5. 0%，钛 0.94%，铬1.8%，锌1.68%，石蜡1.6%，石墨2.0%，硬脂酸锌2.0%，余量为铁。
[0022] 制备方法，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为50rpm，混料时间为48min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为400MPa，保压30min; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为650°C，烧结时间为 30min，然后在320°C下保温20 min，淬灭，最后在180°C下保温回火2h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成轴承。
[0023] 对实施例1~5铸造成的轴承进行性能测试，摩擦磨损测试：釆用WTM-2E摩擦磨损 试验机，摩擦副釆用GCrl5滚珠轴承钢，载荷为100g，摩擦直径为8mm，转速为200r/min，时 间为20min。实验前先将待磨表面氧化皮磨掉露出平整的试样表面，盘作水平旋转运动，试 样通过上夹具与盘垂直接触，两者相互摩擦磨损。磨损时间为20min，以保证达到稳定的磨 损状态。质损量用Sartius Micr电子天平测得，研究试样在磨损过程中质量的变化，来衡 量材料的耐磨性结果见表1所示。
[0024] 表 1 :
【主权项】
1. 镍铁基减摩粉末冶金复合材料，其特征在于成分及各成分质量百分含量为： 铜 L 0%~2. 5%，镍 3. 8%~6. 2%，钛 0? 28%~L 65%，铬 L 0%~2. 7%，锌 0? 68%~2. 65%，润滑剂 0. 5%~2. 6%，石墨 1.2%~2. 4%，硬脂酸盐 1.5%~2. 9%，余量为铁。2. 根据权利要求1所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料，其特征在于：所述润滑剂为 石蜡或者硅油。3. 根据权利要求1所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料，其特征在于：所述硬脂酸盐 为硬脂酸钡或者硬脂酸锌。4. 根据权利要求1所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料，其特征在于：成分及各 成分质量百分含量为：铜 I. 5%~2. 0%，镍 4. 4%~5. 3%，钛 0. 75%~1. 15%，铬 I. 4%~2. 2%，锌 1.38%~1.95%，润滑剂1.3%~2.1%，石墨1.6%~2.0%，硬脂酸盐1.8%~2.2%，余量为铁。5. 权利要求1~4中任意一项所述镍铁基减摩粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在 于，包括如下步骤： 1) 混料：将各成分加入到混料机中进行混料，转速为40~60rpm，混料时间为40~60min ; 2) 将步骤1)的混料加入到压力机设备中，加压成型，压力为300~500MPa，保压 20~40min ; 3) 将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，烧结温度为550~750°C，烧结时间为 20~40min，然后在280~350°C下保温10~30 min，淬灭，最后在180~200°C下保温回火l~3h ; 4) 铸造成型：将步骤3)保温回火的合金材料铸造成所需零部件。6. 根据权利要求5所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于，步 骤2)中加压成型压力为400 MPa，保压30min。7. 根据权利要求5所述的镍铁基减摩粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于，步 骤3)中烧结温度为650°C，保温温度为320°C。
【专利摘要】本发明公开了一种镍铁基减摩粉末冶金复合材料及其制备方法，成分及各成分质量百分含量为：铜1.0%~2.5%，镍3.8%~6.2%，钛0.28%~1.65%，铬1.0%~2.7%，锌0.68%~2.65%，润滑剂0.5%~2.6%，石墨1.2%~2.4%，硬脂酸盐？1.5%~2.9%，余量为铁。所述润滑剂为石蜡或者硅油。所述硬脂酸盐为硬脂酸钡或者硬脂酸锌。通过金属成分的组合，添加润滑剂，有效提高复合材料的耐磨性能以及烧结-淬火后的力学性能，特别适用于制作轴承、支承衬套等对摩擦性能要求高的部件，可以延长使用寿命，降低成本；制备方法简单，适合大规模工业生产。
【IPC分类】C22C38/50, C22C33/02, B22F1/00
【公开号】CN105149570
【申请号】CN201510542020
【发明人】刘莉, 王爽, 邱晶, 刘晓东, 黄明明
【申请人】苏州莱特复合材料有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月31日