一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法
【专利说明】一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法
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技术领域
[0002]本发明涉及粉末冶金技术领域，具体涉及一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法。
【背景技术】
[0003]粉末冶金是使用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合粉末作为原料，经过成形和烧结过程制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。粉末冶金技术已被广泛地应用于国民经济的各个领域。它是一种”绿色”的制造技术，能够按照产品的最终形状一次成形，从而避免了原材料的浪费。它的”绿色”还体现在制备一些难熔金属或合金的时候能够在较低的温度烧结成形，节省了能源的消耗。在制备形状复杂的制品时，粉末冶金技术尤其有优势，成本远较机械加工等传统加工方法低，而制品仍然能保持良好的力学性能，所以越来越受到更多领域的青睐。
[0004]粉末冶金技术按照它的成形手段的不同，可以分为普通模压成形、粉末注射成形或粉末乳制成形等。不管何种成形方法，最终制品必须经过烧结工序才能得到所需的产品。粉末的烧结是一个复杂的物理化学过程，粉末颗粒在这个过程之中形成冶金结合，从而使制品获得必要的力学性能。从工艺上来分析，烧结是一个系统工程，烧结炉、制品和烧结气氛共同构成了烧结的主要因素。烧结炉的升温速率、烧结温度和烧结时间，炉内温度场和气氛流场的分布、制品的摆放、承烧材料和烧结填料的选择、气氛的流速和纯度等等都能对烧结结果造成影响。对于现有技术中的金属粉末冶金制品而言，成形之后的生坯拥有巨大的表面能，很容易与系统中的氧碳结合，形成稳定的氧化物或碳化物，导致制品碳氧含量增加，这些氧和碳或者以间隙固溶的方式留在晶粒中或者以化合物的方式残留在晶界之间，对制品的性能造成很大的影响。通常是增加制品的强度，但急剧降低制品的延展性，使得最终产品不堪使用。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，为了解决金属粉末冶金工艺中最终产品氧碳含量过高造成产品力学性能变差，影响产品的使用这一技术难题，提供一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法。
[0006]本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现:
一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法，在烧结过程中将待烧结制品摆放于由可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。
[0007]本发明利用可吸氧的金属板与氧的高亲和性使氧优先被易氧化的金属板吸收，此夕卜，可吸氧的金属板围成的封闭系统能隔阻碳向制品扩散，从而大大降低最终产品的碳氧含量，保证产品具有良好的综合力学性能。这一发明还能有效提高力学性能对碳氧含量敏感金属制品的烧结良品率，给工业生产带来巨大的经济效益。
[0008]优选地，所述的可吸氧的金属板为钛板。发明人通过大量的实验，发现使用钛板能够大大降低最终产品的氧碳含量，保证产品具有良好的综合力学性能。
[0009]更优选地，在烧结过程中将待烧结制品摆放于由钛板围成的钛盒中进行烧结。
[0010]优选地，在烧结制品与金属板的接触面设置防粘层。
[0011]更优选地，所述设置防粘层的方法为:在金属板上铺一层陶瓷粉末或在金属板上铺一块陶瓷板。
[0012]优选地，在封闭系统四周围一圈陶瓷粉末或钛粉，能够有效的吸收或防止由于炉子真空度不够或所通气氛不纯产生的微量氧气或其它杂质气体引入到产品中。
[0013]优选地，所述的方法具体包含如下步骤:
51.制品准备:使用粉末冶金工艺制备所需制品；
52.烧结前预处理:去除成形时残留在生坯中的粘结剂；
53.烧结:将待烧结制品摆放于可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。
[0014]更优选地，所述的粉末冶金工艺为普通模压成形工艺、粉末注射成形或粉末乳制工艺。
[0015]有益效果:本发明提供了一种全新的控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法，所述的方法首次将待烧结制品摆放于可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。由实施例中的实验结果表明，在此方法下制备得到的产品，大大降低最终产品的碳氧含量，保证产品具有良好的综合力学性能，给工业生产带来巨大的经济效益。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1为控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法示意图。
[0018]图2为烧结温度工艺曲线图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
[0020]本发明实施例中产品相对密度的测试方法参见:Metal Powder IndustriesFederat1n(MPIF)Standard 42。
[0021]本发明实施例中抗拉强度的测试方法参见:Metal Powder Industries Federat1n(MPIF)Standard 50。
[0022]本发明实施例中延伸率的测试方法参见:Metal Powder IndustriesFederat1n(MPIF)Standard 59。
[0023]本发明实施例中氧含量测试方法参见:ASTM E1019-11。
[0024]本发明实施例中碳含量测试方法参见:ASTM E1019-11。
[0025]实施例1粉末注射成形CP-Ti零件控制碳氧含量的烧结工艺
本实施例采用金属注射成形方法制备零件，原料为CP-Ti喂料(含钛金属粉末、石蜡、聚烯烃和硬脂酸等)。该方法具体包括如下步骤: (1)制品准备:CP-Ti喂料通过注射机螺杆的混炼、塑化和计量精确地注射到制品模具中，注射温度170°c，注射压力llOMPa，模具温度110°C，得到制品的生坯；
(2)烧结前预处理:将步骤(1)得到的制品生坯进行处理，去除其中的辅助成形成份。首先将制品泡在正己烷中24小时，萃取掉大部分石蜡，然后在低温下加热去除制品中的聚烯烃和硬脂酸等；
(3)烧结:将步骤(2)预处理的制品置放于由钛板围成的钛盒中，按照如图2所示的升温曲线进行烧结，烧结完毕后，得到氧含量2275ppm，碳含量508ppm的最终产品，抗拉强度540Mpa，延伸率12%，相对密度95.4%。
[0026]对比例1:粉末注射成形CP-Ti零件无钛盒保护的烧结工艺
本实施例采用金属注射成形方法制备零件，原料为CP-Ti喂料(含钛金属粉末、石蜡、聚烯烃和硬脂酸等)。该方法具体包括如下步骤:
(1)制品准备:CP-Ti喂料通过注射机螺杆的混炼、塑化和计量精确地注射到制品模具中，注射温度170°C，注射压力llOMPa，模具温度110°C，得到制品的生坯；
(2)烧结前预处理:将步骤(1)得到的制品生坯进行处理，去除其中的辅助成形成份。首先将制品泡在正己烷中24小时，萃取掉大部分石蜡，然后在低温下加热去除制品中的聚烯烃和硬脂酸等；
(3)烧结:将步骤预处理的制品置放于按照如图2所示的升温曲线进行烧结，其烧结过程中没有进行钛盒保护，烧结完毕后，得到CP-Ti制品氧含量为5128ppm，碳含量780ppm的最终产品，抗拉强度500Mpa，延伸率0%，相对密度94.9%。
[0027]从实施例1和对比例1可以看出，没有钛盒保护的碳氧含量明显高于有钛盒保护的，没有钛盒保护的由于碳氧含量过高，导致制品最终性能急速下降，基本没有延伸率，出现脆断。可以看出，钦盒保护能够有效的提尚最终烧结制品性能。
【主权项】
1.一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法，其特征在于，在烧结过程中将待烧结制品摆放于由可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。2.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述的可吸氧的金属板为钛板。3.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，在烧结过程中将待烧结制品摆放于由钛板围成的钛盒中进行烧结。4.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，在烧结制品与金属板的接触面设置防粘层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述设置防粘层的方法为:在金属板上铺一层陶瓷粉末或在金属板上铺一块陶瓷板。6.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，在封闭系统四周围一圈陶瓷粉末或钛粉。7.根据权利要求1所述的烧结方法，其特征在于，所述的方法具体包含如下步骤: 51.制品准备:使用粉末冶金工艺制备所需制品； 52.烧结前预处理:去除成形时残留在生坯中的粘结剂； 53.烧结:将待烧结制品摆放于可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。8.根据权利要求7所述的烧结方法:其特征在于，所述的粉末冶金工艺为普通模压成形工艺、粉末注射成形或粉末乳制工艺。
【专利摘要】本发明涉及粉末冶金技术领域，具体公开了一种控制粉末冶金制品碳氧含量的烧结方法。所述方法为在烧结过程中将待烧结制品摆放于可吸氧的金属板围成的封闭系统中进行烧结。该方法大大降低最终产品的碳氧含量，保证产品具有良好的综合力学性能，给工业生产带来巨大的经济效益。
【IPC分类】B22F3/10
【公开号】CN105251998
【申请号】CN201510740668
【发明人】余鹏, 莫畏, 吕永虎, 孙永君, 张新房, 屈小勇, 薄震
【申请人】深圳艾利门特科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月4日