专利名称：一种水雾化铁铜合金粉末及制造方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种提高粉末冶金零件尺寸精度用水雾化铁铜合金粉末及制造方法。
背景技术：
粉末冶金制品以金属粉末或金属与非金属粉末混合物为原料，通常经压制成形、 烧结和后续处理而成，具有少或无切削加工、表面光洁度好、节材、节能、适合于大批量生产等优点。高尺寸稳定性，无需整形和热处理的低成本粉末冶金生产工艺是粉末冶金发展的一个趋势，如烧结硬化技术，正逐渐成为一种制备低成本、高性能粉末冶金铁基结构零件的工艺方法，因烧结后不整形和热处理，总体制造成本比需要进行热处理的烧结低合金钢降低约30%。尺寸控制是制约粉末冶金零件应用一个非常关键的因素，铜作为粉末冶金结构零件中一种不可或缺的添加元素，大部分粉末冶金结构零件都通过添加适量电解铜粉强化烧结，提高烧结零件的强度、硬度和耐磨性。而电解铜粉具有颗粒细小、粉末形貌呈不规则树枝状、比重较大等特征，在粉末混合、移送操作或输送等作业过程中易发生偏析，导致成分不均勻，使得烧结零件的尺寸和性能波动大，限制粉末冶金零件的应用和品质的提升。采用粉末冶金方式获得的合金钢粉品种多样，由于成份组合差异，产品用途及制作方法都不相同，如专利公开号为CN1016^338A的一种铁铜合金粉末及其制备方法，是采用工业原料级的草酸铁粉和工业原料级的氧化铜粉为原料，经过高能球磨和氢气还原后制得，该还原过程会因分解会产生有毒气体一氧化碳，且制备费氏粒度小于1 μ m铁铜合金粉末，粒度很细，目的在于提高材料的抗拉强度，不利于尺寸控制，添加量比例较高时， 细粉对模具损伤很大，不适用于高密度粉末冶金结构零件批量化生产。如专利公开号为 CN101850423A的一种高强自润滑铁铜粉末复合材料、其制备方法，特征是复合材料由铁合金基体和作为表层的铜合金层组成；铁合金基体的材料成份Cu、C、Sn、1 、及狗；铜合金层的材料的成份是Ni、C、MoS2、Sn、i^、in3及Cu ；分别制备铜合金层温压粉末和铁合金基体温压粉末；将温压粉末装入模具后一次压制成形为压坯；压坯在保护气氛中烧结；烧结后的烧坯在模具中整形完成制备。该方案主要应用于密度要求低的自润滑轴承，目的是提高复合材料的自润滑性能。再如专利公开号为CN1012MM3A的一种铁基黄铜粉末冶金材料及制备工艺，利用铁和硫酸铜溶液的置换反应首先制得表面包覆铜的铁铜粉，然后在铁铜粉中加入金属锌粉，经热处理扩散制得红色、黄色、金黄色或青黄色的铁基黄铜包覆粉，该粉末冶金材料由铁、铜和锌组成，铜为铁粉重量的3-25%，锌为铜重量的3-40%，其余为铁粉。 该方案采用溶液法，通过置换反应制备铁基黄铜粉，该粉不能代替电解铜粉，作为高密度铁基粉末冶金结构零件添加剂，因高密度铁基粉末冶金结构零件中锌为有害元素，应严格控制
发明内容
本发明的目的是为了解决电解铜粉因颗粒细小、粉末形貌呈不规则树枝状、比重较大等原因，在粉末混合、移送操作或输送等作业过程中易发生偏析，导致成分不均勻的问题，提供一种成份组成合理，制取方法科学、用于提高粉末冶金零件尺寸精度的水雾化铁铜合金粉末及制造方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种提高粉末冶金零件尺寸精度用水雾化铁铜合金粉末，其特征是合金粉末的化学成份组成为C 0 0. 1%， Si :0 0. 3%,Mn :0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其余为铁；合金粉末的粒度分布为> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%，106-75ym :10 40%，75-45ym 20 40%, < 45 μ m 10 95%。—种提高粉末冶金零件尺寸精度用水雾化铁铜合金粉末的制造方法，其特征在于包括以下步骤包括冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎。①、冶炼将原料钢投入冶炼炉中，待炉内原料局部熔化形成熔池后，添加0. 5 3kg/t造渣剂，进行吹氧造渣，待造渣完毕后，进行扒渣，并按照质量分数5 45%铜含量添加铜锭，待温度达到1570 1640°C，保温5min。②、水雾化打开高压水泵，调整雾化压力8 20MPa、水流量35 45m3/h、喷射角40士 1°，进行雾化；水雾化工艺为出钢温度1570 1640°C、雾化开始温度1550 1620°C、雾化终点温度1520 1580°C、钢水直径35 40mm、钢液雾化速度4 ^ig/s、雾化压力5 30Mpa。③、烘干将雾化桶中的粉浆进行脱水，使得粉浆含水质量分数小于5%，然后输送至烘干炉中烘干获得毛粉；粉末烘干温度控制在200 450°C，烘干时间浊士 15min。④、还原先将毛粉过80目标准筛，在混料机中混合15分钟，混料机转速15 30r/min，再将混合均勻的毛粉置于还原炉中进行还原，制取粉饼。⑤、破碎将粉饼进行若干道粗破碎和若干道细破碎，并过100目成品标准筛，在混料机中混合15分钟，混料机转速15 30转/分钟。作为优选，所述的冶炼时的原料钢为低碳废钢，化学成分按质量百分比 C彡0. 3%，Mn彡0. 65%，Si彡0. 05%, S彡0. 05%, P彡0. 045%，表面无油，无污渍低碳废钢； 铜采用电解铜锭，铜质量分数> 99. 9%。作为优选，所述的冶炼时造渣剂配方为按质量分数MgO为1 3%，CaF2为3 4%, CaO 彡 70%, SiO2 < 2%，粉末状，粒度彡 100 μ m。作为优选，所述的还原步骤中混合均勻的毛粉置于钢带还原炉中还原，工艺要求是预热区温度范围720 850°C，长度为6-6. 5米；还原高温段900士20°C，长度为6_7米还原；露点< -35°C，分解氨气流量50 100m7h，网带速率200 MOmm/min，布料厚度 25士5_，冷却水水温小于50°C。本方案采用废铁和铜板熔炼合金化，并水雾化制粉，生产效率高、无污染，可实现规模化、低成本生产；铁铜完全合金化粉末的粒度组成较粗，可避免粒度过细损伤模具，且铁铜合金粉作为添加剂非常利于烧结尺寸稳定性的控制。本发明的有益效果是作为Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含铜粉末冶金零件的铜元素添加剂，具有比电解铜粉更优异的烧结尺寸变化稳定性，利于烧结零件的尺寸精度控制。
图1是本发明的一种添加i^eCu20A和电解铜粉对i^-2%Cu_0. 8%C烧结尺寸变化影响。图2是本发明的一种添加i^eCu20A和电解铜粉对i^-2%Cu_0. 5%C烧结尺寸变化影响。
具体实施例方式下面结合附图并通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。本实施例一种提高粉末冶金零件尺寸精度用水雾化铁铜合金粉末，合金粉末的化学成份组成要求为:C :0 0. 1%, Si :0 0. 3%, Mn :0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其余为铁；合金粉末的粒度分布要求是> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%, 106-75 μ m :10 40%, 75—45 μ m :20 40%, < 45 μ m :10 95%。制造方法包括以下步骤冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎。一、冶炼原料选择低碳废钢，化学成分按质量百分比C=O. 3%，Mn=O. 63%， Si=O. 2%，S=O. 05%, P=O. 04%,表面无油，无污渍低碳废钢；铜采用电解铜锭，铜质量分数 =99. 9%。将5吨废钢投入冶炼炉中，待炉内原料局部熔化形成熔池后，按^ig/t的量添加造渣剂，进行吹氧造渣，造渣完毕后，进行扒渣，并按照质量分数15%铜含量添加铜锭，待温度达到1600°C，保温5min。其中，造渣剂质量分数为MgO 2. 5%，CaF2为3%，Ca0=90%， SiO2=L 5%,粉末状，粒度=100 μ m。二、打开高压水泵，调整雾化压力15MPa、水流量40 m3/h、喷射角40°，进行雾化。 水雾化工艺要求为，出钢温度1630°C、雾化开始温度1620°C、雾化终点温度1580°C、钢水直径40mm、钢液雾化速度^g/s、雾化压力20Mpa。三、将雾化桶中的粉浆进行两步脱水，使粉浆含水质量分数为3%，随后输送至烘干炉中烘干获取毛粉。粉末烘干温度控制在300°C，烘干时间2小时。四、毛粉过80目标准筛，在IOt双锥混料机中混合15分钟，混料机转速20转/分钟。将混合均勻的毛粉置于钢带还原炉中还原，制取粉饼。还原工艺条件是预热区温度范围800°C，长度6米，还原高温段900°C，长度7米还原，露点为_30°C，分解氨气流量80 m3/ h，网带速率230mm/min，布料厚度25mm，冷却水水温为40°C。五、将所得粉饼进行两道粗破碎，三道细破碎，并过100目成品标准筛，在IOt双锥混料机中混合15分钟，混料机转速20转/分钟。通过采样，对本发明制备的水雾化铁铜合金粉末的化学成分、工艺性能、粒度分布进行测定。表1为实施例铁铜合金粉末成分参数
权利要求
1.一种水雾化铁铜合金粉末，其特征是合金粉末的化学成份组成为C 0 0. 1%，Si 0 0. 3%, Mn 0. 05 0. 5%, P :0 0. 05，S :0 0. 05%, Cu :5 45%，其余为铁；合金粉末的粒度分布为> 150μπι :0 10%，150-106μπι :5 25%，106-75ym :10 40%，75-45ym 20 40%, < 45 μ m 10 95%。
2.—种权利要求1所述的水雾化铁铜合金粉末的制造方法，其特征在于包括以下步骤包括冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎；①、冶炼将原料钢投入冶炼炉中，待炉内原料局部熔化形成熔池后，添加0.5 3kg/ t造渣剂，进行吹氧造渣，待造渣完毕后，进行扒渣，并按照质量分数5 45%铜含量添加铜锭，待温度达到1570 1640°C，保温^iiin ；②、水雾化打开高压水泵，调整雾化压力8 20MPa、水流量35 45m3/h、喷射角40士 1°，进行雾化；水雾化工艺为出钢温度1570 1640°C、雾化开始温度1550 1620°C、雾化终点温度1520 1580°C、钢水直径35 40mm、钢液雾化速度4 ^ig/s、雾化压力5 30Mpa ；③、烘干将雾化桶中的粉浆进行脱水，使得粉浆含水质量分数小于5%，然后输送至烘干炉中烘干获得毛粉；粉末烘干温度控制在200 450°C，烘干时间2h±15min ；④、还原先将毛粉过80目标准筛，在混料机中混合15分钟，混料机转速15 30r/ min,再将混合均勻的毛粉置于还原炉中进行还原，制取粉饼；⑤、破碎将粉饼进行若干道粗破碎和若干道细破碎，并过100目成品标准筛，在混料机中混合15分钟，混料机转速15 30转/分钟。
3.根据权利要求2所述的一种水雾化铁铜合金粉末的制造方法，其特征在于所述的冶炼时的原料钢为低碳废钢，化学成分按质量百分比C彡0. 3%，Mn彡0. 65%，Si彡0. 05%, S^O. 05%, P^O. 045%,表面无油，无污渍低碳废钢；铜采用电解铜锭，铜质量分数≥ 99. 9%ο
4.根据权利要求2或3所述的一种水雾化铁铜合金粉末的制造方法，其特征在于所述冶炼时造渣剂配方为按质量分数MgO为1 3%，CaF2为3 4%，CaO彡70%, SiO2 < 2%， 粉末状，粒度< 100 μ m。
5.根据权利要求2或3所述的一种水雾化铁铜合金粉末的制造方法，其特征在于所述的还原步骤中混合均勻的毛粉置于钢带还原炉中还原，工艺要求是预热区温度范围 720 850°C，长度为6-6. 5米；还原高温段900士20°C，长度为6_7米还原；露点< -;35°C， 分解氨气流量50 100m7h，网带速率200 MOmm/min，布料厚度25 士 5mm，冷却水水温小于 50 0C ο
全文摘要
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种水雾化铁铜合金粉末及制造方法，提供一种用于提高粉末冶金零件尺寸精度的水雾化铁铜合金粉末及制造方法，化学成份组成为C0～0.1%，Si0～0.3%，Mn0.05～0.5%，P0～0.05，S0～0.05%，Cu5～45%，其余为铁；制造方法包括以下步骤包括冶炼、水雾化、烘干、还原、破碎；作为Fe-Cu-C、Fe-Ni-Mo-Cu-C等系列含铜粉末冶金零件的铜元素添加剂，具有比电解铜粉更优异的烧结尺寸变化稳定性，利于烧结零件的尺寸精度控制。
文档编号B22F9/08GK102554216SQ201210025270
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者占建伟, 崔毅, 林俊峰 申请人:建德市易通金属粉材有限公司