一种钛铁基含油减摩材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属材料粉末冶金技术领域，具体涉及一种具有较好减摩耐磨效果及 自润滑性能的铁基粉末冶金材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 铁基含油粉末冶金材料强度、硬度高，耐高温、耐磨性好、价格便宜，已在滑动轴 承、汽车摩擦副零件和液压元件等领域得到广范应用。但是铁基烧结材料的减摩和耐磨性 能和铜基材料相比，仍有较大差距，特别在贫油或无油润滑和较高的工作温度下，摩擦副表 面易发生黏着磨损甚至咬合。因此，如何提高铁基含油材料的减摩耐磨性能显得尤为重要。
【发明内容】
[0003] 为了提高铁基粉末冶金含油自润滑材料的摩擦学性能，本发明提供一种钛铁基含 油减摩材料。
[0004] 本发明通过添加氢化钛和硬脂酸锌，烧结过程中这两种物质发生分解，一方面分 解产生的气体从材料基体中蒸发逸出，从而在铁基材料内部产生一定数量的孔隙，提高材 料的开孔孔隙度，使得浸油处理时材料内部贮存更多的润滑油，在贫油润滑或润滑不良工 况时，材料孔隙中贮存的润滑油析出到摩擦副表面形成动压油膜，起到补充润滑的作用，提 高铁基粉末冶金材料的减摩性能；另一方面氢化钛分解产生的单质钛，与石墨反应生成硬 度较高的碳化钛颗粒，提高了铁基粉末冶金材料的硬度和耐磨性能。
[0005] -种钛铁基含油减摩材料由1. 5%~5%氢化钛粉、84. 5%~97. 1%还原铁粉、1%~5% 铜粉、0. 2%~2. 0%石墨粉、0. 1~1. 5%磷铁粉和0. 1%~2%硬脂酸锌制成，所述原料粉末的 百分比均为质量百分比。
[0006] 制备钛铁基含油减摩材料的具体操作步骤如下： (1) 混料：按配方将原料粉末混合物装入混料器中，使混料器以20~40 r/min的速度混 合0. 5~1 h，得到混合物料； (2) 压制：将所述混合物料送入压机的制品模具中，在600MPa~700MPa压力下压制成生 坯； (3) 烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度 1120°C ~1150°C，烧结时间为3小时，得到烧结材料； (4) 浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为80°C~100°C，真空气压值不大 于8KPa，浸油时间为0. 5~lh，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度 6. 375~6. 405g/cm3,硬度 51. 8~56. 2HRB，含油率 15. 262~20· 040%。
[0007] 所述氢化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99. 7%。
[0008] 所述石墨为鳞片状石墨。
[0009] 所述磷铁粉为350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为P-20wt%、Fe-75wt%、其它 猛、碳、钦、错5wt%。
[0010] 与已有的技术相比，本发明的有益效果体现在以下方面： 1.本发明的材料通过添加氢化钛粉末，由于其密度较低，在相同的烧结密度下，含氢化 钛的材料致密度也较高，可以在一定程度上降低材料的总孔隙度、提高材料的力学性能；同 时氢化钛在烧结时会发生分解反应，提高开孔孔隙的数量，在浸油处理时能够贮存更多的 润滑油，改善材料的自润滑性能，增加减摩效果。
[0011] 2.本发明材料中氢化钛分解产生的单质钛，与材料中的石墨发生反应，生成了碳 化钛颗粒，其硬度较高，常被用作粉末冶金材料的颗粒增强体，生成的碳化钛颗粒增加了材 料的硬度，提高了材料抗粘着、咬合的能力，同时也提高了材料的耐磨性能。
[0012] 3.本发明材料中含有0. 1~1. 5%的磷，磷可以明显提高粉末冶金材料的硬度以及 摩擦过程中抗粘着擦伤性能，改善了粉末冶金材料的耐磨特性和承载能力。
[0013]
【具体实施方式】： 下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。
[0014] 以下实施例所用原料说明： 氢化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99. 7%。石墨为鳞片状石墨。磷铁粉为 350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为磷20wt%、铁75wt%、其它锰、碳、钛、铝5wt%。
[0015] 实施例1 钛铁基含油减摩材料的原料和质量(质量百分比）如下： 0.458(1.5%)氢化钛粉、28.058(93.5%)还原铁粉、0.98(3%)铜粉、0.21 8(0.7%)石 墨粉、0. 09g (0. 3%)磷铁粉、0. 3g (1%)硬脂酸锌。
[0016] 具体制备操作步骤如下： (1) 混料：将上述配方的原料装入锥型混料器中，转速40 r/min条件下混合0. 5h，得到 混合物料； (2) 压制：将混合物料送入压机的制品模具，在650MPa压力下压制成生坯； (3) 烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度1120°C， 烧结时间为3小时，得到烧结材料； (4) 浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为KKTC，真空气压值不大于8KPa，浸油 时间为0. 5h，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度6. 405g/cm3、含油率为 15. 262%、硬度为51. 8HRB、摩擦系数为0. 105、磨痕深度为0. 024mm。
[0017] 实施例2 钛铁基含油减摩材料的原料和质量(质量百分比）为： 0.758(2.5%)氢化钛粉、27.338(91.1%)还原铁粉、1.28(4%)铜粉、0.248(0.8%)石 墨粉、0· 12g (0· 4%)磷铁粉、0· 36g (1. 2%)硬脂酸锌。
[0018] 制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6. 391g/cm3、含油率为 17. 83%、硬度为53HRB、摩擦系数为0. 092、磨痕深度为0. 017mm。相对于实施例1，本实施例 配方材料的密度降低，自润滑和减摩耐磨性能更优。
[0019] 实施例3 钛铁基含油减摩材料的原料和质量(质量百分比）为： 1.058(3.5%)氢化钛粉、27.518(91.7%)还原铁粉、0.98(3%)铜粉、0.188(0.6%)石 墨粉、0. 06g (0. 2%)磷铁粉、0. 3g (1%)硬脂酸锌。
[0020] 制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6. 379g/cm3、含油率为 18. 779%、硬度为54. 6HRB、摩擦系数为0. 084、磨痕深度为0. 011mm。相对于实施例1、2,本 实施例配方材料的自润滑和减磨耐磨性能最好。
[0021] 实施例4 钛铁基含油减摩材料的原料和质量(质量百分比）为： 1.28(4%)氢化钛粉，27.098(90.3%)还原铁粉、0.98(3%)铜粉、0.218(0.7%)石墨 粉、(λ 15g (0· 5%)磷铁粉、(λ 45g (L 5%)硬脂酸锌。
[0022] 制备方法同实施例1，制得的钛铁基含油减摩材料的密度为6. 378g/cm3、含油率为 19. 05%、硬度为55. 9HRB、摩擦系数为0. 093、磨痕深度为0. 014mm。相对于实施例3,本实施 例配方材料的摩擦系数和磨痕深度较大。
[0023] 实施例5 钛铁基含油减摩材料的原料和质量(质量百分比）同实施例1。
[0024] 具体制备操作步骤如下： (1) 混料：将上述配方的原料装入锥型混料器中，转速40 r/min条件下混合I h，得到 混合物料； (2) 压制：将混合物料送入压机的制品模具，在700 MPa压力下压制成生坯； (3) 烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度1150 °C， 烧结时间为3小时，得到烧结材料； (4) 浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为100 °C，真空气压值不大于8 KPa，浸 油时间为I h，得到钛铁基含油减摩材料；钛铁基含油减摩材料的密度6.408 g/cm3、含油率 为14. 001 %、硬度为52. 6 HRB、摩擦系数为0. 108、磨痕深度为0. 029 mm。
[0025] 由表1可见，普通铁基粉末冶金材料的密度为6. 412g/cm3、含油率为12. 321%、硬 度为42. 8HRB。与不含氢化钛的普通铁基粉末冶金材料相比，本发明材料密度稍有降低、含 油率和硬度都明显提高。实施例1~4的密度降低幅度分别为0. 11%、0. 33%、0. 51%、0. 53%， 含油率提升幅度分别为23. 87%、44. 71%、50. 71%、54. 61%，硬度提高幅度分别为21. 03%、 23. 83%、27. 57%、30. 6%。为表明不同制备工艺下钛铁基含油减摩材料的性能，设置一组对比 试验实施例1与实施例5,两实施例材料的原料和质量相同，不同之处在于：实施例5中混 料时间由0. 5 h延长到I h，压制压力由650 MPa提高到700 MPa，烧结温度由1120°C提高 到1150 °C，浸油时间由0. 5 h延长到I h。与实施例1相比，实施例5制得的钛铁基含油 减摩材料的密度、硬度提高幅度分别为〇. 047%和1. 5%，含油率降低幅度为8. 26% ;
【主权项】
1. 一种钛铁基含油减摩材料，其特征在于由1. 5%~5%氢化钛粉、84. 5%~97. 1%还原铁 粉、1%~5%铜粉、0. 2%~2. 0%石墨粉、0. 1~1. 5%磷铁粉和0. 1%~2%硬脂酸锌制成，所述原 料粉末的百分比均为质量百分比； 制备钛铁基含油减摩材料的具体操作步骤如下： (1) 混料：按配方将原料粉末混合物装入混料器中，使混料器以20~40r/min的速度混 合0. 5~1h，得到混合物料； (2) 压制：将所述混合物料送入压机的制品模具中，在600MPa~700MPa压力下压制成生 坯； (3) 烧结：将所述生坯置入粉末冶金烧结炉，通入氨分解气氛进行保护，温度 1120°C~1150°C，烧结时间为3小时，得到烧结材料； (4) 浸油：将所述烧结材料进行真空浸油，油温为80°C~100°C，真空气压值不大于 8KPa，浸油时间为0. 5~lh，得到含钛铁基含油减摩材料；含钛铁基含油减摩材料的密度 6. 375~6. 405g/cm3,硬度 51. 8~56. 2HRB，含油率 15. 262~20. 040%。
2. 根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述氢 化钛粉为300目氢化钛粉，其中钛的含量大于99. 7%。
3. 根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述石 墨为鱗片状石墨。
4. 根据权利要求1所述的一种钛铁基含油减摩材料的制备方法，其特征在于：所述磷 铁粉为350目磷铁粉，磷铁粉的主要化学成分为磷20wt%、铁75wt%、其它锰、碳、钛、铝5wt%。
【专利摘要】本发明公开了一种钛铁基含油减摩材料。由1.5%~5%氢化钛粉、84.5%～97.1%还原铁粉、1%~5%铜粉、0.2%～2.0%石墨粉、0.1~1.5%磷铁粉和0.1%～2%硬脂酸锌，经过混粉、压制、烧结和浸油处理等步骤制成。与现有技术相比，本发明通过向材料中添加氢化钛粉，一方面提高了材料的开孔孔隙度，使材料内部贮存更多的润滑油，利于析出到摩擦副表面形成动压油膜，起到补充润滑的作用；另一方面氢化钛分解产生的单质钛与石墨发生反应，生成了碳化钛硬质颗粒，提高了材料的耐磨性能。氢化钛的加入明显改善了铁基粉末冶金材料的摩擦学性能，并具有成本较低廉、适用范围广的优点。
【IPC分类】B22F3-26, B22F1-00, B22F3-16
【公开号】CN104759618
【申请号】CN201510180573
【发明人】尹延国, 张国涛, 尹利广, 刘振明, 焦明华, 解挺, 俞建卫, 田明
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月17日