铁基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁基复合材料及其制备方法，该复合材料含有以下质量百分含量的组分：粒度为20～30μm的铜粉4～12%、粒度为50～80μm的铅粉1～2%、粒度为70～100μm的硼化钛1～8%、粒度为20～200μm的氧化铝1～2%、粒度为4～50μm的硫化银3～7%、粒度为7～80μm的熔渣剂6～10%、粒度为15～60μm的过氧化钠20～30%、其余是粒度为20～30μm的铁粉。制备方法：将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，过200目筛，烘干；在600～700MPa的压力下压制成型；烧结，烧结温度为300～400℃，压力为2～3MPa，保温时间为30～40min；冷却至15～30℃。本发明的布氏硬度为90.6～98.9，摩擦力为70.9～72.6N，硬度较强，耐摩擦性能优异。
【专利说明】铁基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金复合材料领域，尤其涉及一种铁基复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原 料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。由于粉末冶 金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
[0003] 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛 及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。现有技术的铁基复合材料 中由于添加了其他硬度较低的成分，所以其硬度不高，而且容易磨损。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提供一种铁基复合材料及其制备方法，复合材料的 硬度较强，耐摩擦性能优异。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案： 铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 μ m的铜粉4?12%、粒 度为50?80 μ m的铅粉1?2%、粒度为70?100 μ m的硼化钛1?8%、粒度为20?200 μ m 的氧化铝1?2%、粒度为4?50 μ m的硫化银3?7%、粒度为7?80 μ m的熔渣剂6?10%、 粒度为15?60 μ m的过氧化钠20?30%、其余是粒度为20?30 μ m的铁粉。
[0006] 作为对本发明的进一步改进，铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：铜粉 8%、铅粉1. 5%、硼化钛5%、氧化铝1. 5%、硫化银6%、熔渣剂7%、过氧化钠25%、其余为铁粉。
[0007] 作为对本发明的进一步改进，熔渣剂为粉煤灰或二氧化硅。
[0008] 上述铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0009] (4)冷却至 15 ?30°C。
[0010] 作为对本发明的进一步改进，步骤（1)烘干温度为155?165°C，烘干时间1?2h。
[0011] 作为对本发明的进一步改进，步骤（3)烧结温度为350°C，保温时间为35min。
[0012] 原理：低温反应，不产生有害界面反应。高温时熔渣剂的熔渣效果虽好但是会产 生有害的界面反应且熔渣剂本身对炉壁有腐蚀性，因此本发明采用较低的温度制备冶金粉 末，低温时反应不完全，加入了大量的过氧化钠，过氧化钠和熔渣剂反应，一方面减少熔渣 剂对炉壁的腐蚀，另一方面促进各组分充分反应，从而制得各方面性能优异的复合材料。
[0013] 有益效果 本发明的布氏硬度为90. 6?98. 9,摩擦力为70. 9?72. 6N，硬度较强，耐摩擦性能优 异。
【具体实施方式】
[0014] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。
[0015] 实施例1 铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 μ m的铜粉8%、粒度为 50?80 μ m的铅粉1. 5%、粒度为70?100 μ m的硼化钛5%、粒度为20?200 μ m的氧化铝 1. 5%、粒度为4?50 μ m的硫化银6%、粒度为7?80 μ m的熔渣剂7%、粒度为15?60 μ m 的过氧化钠25%、其余是粒度为20?30 μ m的铁粉。
[0016] 熔渣剂为二氧化硅。
[0017] 上述铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0018] (4)冷却至 15 ?3(TC。
[0019] 步骤（1)烘干温度为155?165°C，烘干时间1?2h。
[0020] 步骤（3)烧结温度为350°C，保温时间为35min。
[0021] 实施例2 铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 μ m的铜粉4%、粒度为 50?80 μ m的铅粉1%、粒度为70?100 μ m的硼化钛1%、粒度为20?200 μ m的氧化铝1%、 粒度为4?50 μ m的硫化银3%、粒度为7?80 μ m的熔渣剂6%、粒度为15?60 μ m的过氧 化钠20%、其余是粒度为20?30 μ m的铁粉。
[0022] 熔渣剂为粉煤灰。
[0023] 上述铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0024] (4)冷却至 15 ?3(TC。
[0025] 步骤（1)烘干温度为155?165°C，烘干时间1?2h。
[0026] 步骤（3)烧结温度为350°C，保温时间为35min。
[0027] 实施例3 铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 μ m的铜粉12%、粒度为 50?80 μ m的铅粉2%、粒度为70?100 μ m的硼化钛8%、粒度为20?200 μ m的氧化铝2%、 粒度为4?50 μ m的硫化银7%、粒度为7?80 μ m的熔渣剂10%、粒度为15?60 μ m的过 氧化钠30%、其余是粒度为20?30 μ m的铁粉。
[0028] 熔渣剂为二氧化硅。
[0029] 上述铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0030] (4)冷却至 15 ?3(TC。
[0031] 步骤（1)烘干温度为155?165°C，烘干时间1?2h。
[0032] 步骤（3)烧结温度为350°C，保温时间为35min。
[0033] 实施例4 铁基复合材料，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 μ m的铜粉6%、粒度为 50?80 μ m的铅粉1. 2%、粒度为70?100 μ m的硼化钛3%、粒度为20?200 μ m的氧化铝 1. 3%、粒度为4?50 μ m的硫化银4%、粒度为7?80 μ m的熔渣剂7%、粒度为15?60 μ m 的过氧化钠22%、其余是粒度为20?30 μ m的铁粉。
[0034] 熔渣剂为粉煤灰。
[0035] 上述铁基复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min。
[0036] (4)冷却至 15 ?3(TC。
[0037] 步骤（1)烘干温度为155?165°C，烘干时间1?2h。
[0038] 步骤（3)烧结温度为350°C，保温时间为35min。
[0039] 对比例1 与实施例1相同，不同在于：不加过氧化钠。
[0040] 性能测试试验 材料的硬度：将材料放入HB-3000B布氏硬度试验机上，加载重量为500kg，压头为硬质 合金钢球，直径为l〇mm，保压30s，测试硬度。
[0041] 材料的耐磨擦性能：将材料放在MMW-I型磨擦磨损试验机上，干磨擦旋转运动，采 用小指推圈磨擦副试验方法，对偶材料为45钢淬火钢环，硬度为50HRC，主轴转速为250r/ min,载荷为40N，时间为lOmin。
[0042] 测试结果见下表1。
[0043] 表 1
【权利要求】
1. 铁基复合材料，其特征在于，含有以下质量百分含量的组分：粒度为20?30 y m的 铜粉4?12%、粒度为50?80 ii m的铅粉1?2%、粒度为70?100 ii m的硼化钛1?8%、粒 度为20?200 ii m的氧化铝1?2%、粒度为4?50 ii m的硫化银3?7%、粒度为7?80 ii m 的熔渣剂6?10%、粒度为15?60 ii m的过氧化钠20?30%、其余是粒度为20?30 ii m的 铁粉。
2. 根据权利要求1所述的铁基复合材料，其特征在于含有以下质量百分含量的组分， 铜粉8%、铅粉1. 5%、硼化钛5%、氧化铝1. 5%、硫化银6%、熔渣剂7%、过氧化钠25%、其余为铁 粉。
3. 根据权利要求1所述的铁基复合材料，其特征在于，熔渣剂为粉煤灰或二氧化硅。
4. 基于权利要求1所述的铁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将铜粉、铅粉、硼化钛、氧化铝、硫化银、熔渣剂、过氧化钠、铁粉混匀后，经过GB6003 规定的200目筛，然后烘干； (2) 在600?700MPa的压力下压制成型； (3) 烧结，烧结温度为300?400°C，烧结压力为2?3MPa，保温时间为30?40min ; (4) 冷却至15?30°C。
5. 根据权利要求4所述的铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1)烘干温度为 155?165°C，烘干时间1?2h。
6. 根据权利要求4所述的铁基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3)烧结温度为 350°C，保温时间为35min。
【文档编号】C22C38/60GK104328366SQ201410563802
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】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