专利名称：一种粉末冶金零件的表面涂覆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及粉末冶金材料表面的处理，尤其涉及一种粉末冶金零件表面的耐磨损、耐腐蚀、低摩擦系数的表面处理方法。
背景技术：
粉末冶金(P/M，Powder Metallurgy)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、复合以及各种类型制品的工艺技术，是一门重要的材料制备与成形技术，被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙。粉末冶金零件是指不经熔炼和铸造，直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉末，通过配制、压制成型，烧结等直接制成的金属部件，粉末冶金是金属冶金工艺与陶瓷烧结工艺的完美结合，用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有I 5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%，粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本、大规模生产的先进工艺方法。 粉末冶金工艺目前已被广泛地应用于机械零件的加工和制造，例如齿轮、链轮等。粉末冶金磁性材料是用粉末冶金方法制造的磁性材料，是磁性材料领域的一个重要组成部分，粉末冶金方法制成的软磁材料和硬磁材料可用来制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。粉末冶金工艺生产磁性材料有下列优点①能制造各种磁性材料的单晶或单畴尺寸的微粒(几个微米到数百埃)，通过在磁场下成形等工艺制成高磁性的磁体。如硬磁铁氧体、稀土钴硬磁和ESD硬磁(ElongatedSingle Domain)等。②能把磁性粉末与其他物质复合而制成具有某些特定性能的材料。例如能把绝缘物质覆在软磁合金粉末表面，压成颗粒间互相绝缘的磁粉芯，这种磁粉芯在中频或高频电磁场下产生的涡流很小，因而大大减少能源的损耗。又如能把磁性粉末与橡胶(或塑料)复合制成磁性橡胶、磁性塑料，或与有机液体混合制成磁性液体或涂层。以满足一些专门的使用要求等。③能减少加工工序，节省原料，直接制出接近最终形状的小型磁体，尤其是对于难加工的硬脆磁性材料。例如磁性能要求不高的Alnico异形小磁体，用粉末冶金方法生产，可以降低成本。有些粉末冶金磁性材料零件在特殊的工况下工作，因此，在利用粉末冶金工艺制造出的零件的表面上，需要进行涂覆处理，以提高零件的耐腐蚀性。目前，业内粉末冶金磁性材料零件普遍采用镀锌工艺。但是，镀锌业已被公认为是一夕阳产业，因为其对环境的污染极其严重，已被国内的很多省市列为限制发展的产业。CN1704174提供了一种在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺首先，将粉末冶金磁性材料置于300°C ±20°C的脱油温度下，同时置于氮气保护下，对粉末冶金磁性材料的表面进行脱油；然后在经过上述脱油的粉末冶金磁性材料表面，涂覆达克罗涂料。该方法有效解决了环境污染问题，但是因烧结之后的铁基粉末冶金制品表面比较粗糙，表面具有细微的凹凸特性，即不美观又极易生锈，需要涂覆多达4层的达克罗涂料，造成浪费。由于粉末冶金的多孔特性，大量的研究证实对粉末冶金进行QPQ (Quench-ΡοIish-Quench)处理过程中，由于毛细管作用，大量的处理液态盐残留于基体中，不仅不能提高粉末冶金的表面耐磨性和抗蚀性，反而使产品有害。表面性能的优劣直接影响着粉末冶金的使用性能及寿命。因此，改善粉末冶金的表面性能是解决问题的关键。而在现有技术中，几乎没有人对粉末冶金进行表面处理以改善其表面性能达到传统钢铁QPQ的效果。CN102115865公开了一种粉末冶金零件的表面处理方法，即首先对粉末冶金零件进行气体氮、硫、铬多元共渗，使粉末冶金零件表面形成15 45微米氮硫铬铁化合物的致密渗层组织；然后对其进行表面抛光处理；最后对粉末冶金零件进行低温氧化形成一层致密的氧化层。该专利虽然在粉末冶金零件的表面形成了致密的氧化膜，但是防腐性能不是很好。如何开发一种成本低，工艺简单，且防腐性能优良的的粉末冶金零件的表面涂覆工艺，是本领域一个亟待解决的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在粉末冶金零件的表面涂覆工艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤(I)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理；(2)对步骤(I)处理后的粉末冶金零件进行抛光；(3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化；(4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆涂料。优选地，所述的工艺方法中，步骤(I)- (3)重复1-5次，例如重复的次数为1、2、3、4、5，优选重复2-4次，最优选重复2次。优选地，步骤(I)所述气体渗氮硫铬处理为在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理。典型但非限制性的操作为在盐浴炉中采用气态的硫铬络合物与氨气的混合气体，带入炉内。气态硫铬络合物与氨气之间的质量比优选70:30-30:70，更优选60:40-40:60。在温度为480 650°C，气态硫铬络合物与氨气均离子化，很容易与粉末冶金零件形成氮硫铬铁化合物，而传统的“渗氮”、“渗硫”、“渗铬”均只能单一进行，单一的渗层组织不仅渗层脆性大、容易剥落，也不能完全同时满足高寿命粉末冶金零件表面高硬度、耐腐蚀、降低摩擦系数、提高疲劳强度的要求，而且渗铬和液态渗氮属于液态渗，不能用于带盲孔和小孔的部件尤其是粉末冶金零件。采用气态硫铬络合物与氨气载体对粉末冶金零件一步气体渗氮硫铬处理是本发明区别于传统渗氮渗硫等表面改性。优选地，所述气体渗氮硫铬处理的温度为480°C _650°C，例如482°C、490°C、505 °C >548 °C >595 °C >620 °C >645 °C 等，时间为 30min_80min,例如 33min、41min、55min、63min、70min、78min 等。优选地，所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的二硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液中的至少一种。优选地，步骤(2)所述抛光为用安有铜丝的抛光轮抛光。
优选地，所述铜丝优选为黄铜丝，所述黄铜丝的丝径为O. 05-0. 15mm,例如O. 06mm、0. 08mm、0. 10mm、0. 13mm、0. 14mm、0. 143mm 等，优选 0· 08-0. 12mm。优选地，步骤(3)中所述的氧化处理温度为300°C 400°C，例如305°C、333°C、378 °C >385 °C >398 °C 等，时间为 IOmin 60min,例如 llmin、15min、18min、22min、30min、35min、48min、55min、58min 等。优选地，步骤(4)所述涂覆涂料为将步骤(3)处理后的金属粉末冶金零件涂覆达克罗涂料。达克罗是DACR0MET译音和缩写，简称达克罗、达克锈、迪克龙。国内命名为锌铬涂层，是一种以锌粉、铝粉、铬酸和去离子水为主要成分的新型的防腐涂料。“达克罗表面涂覆工艺”中的达克罗涂料是由微小锌片及粘合锌片的无机铬聚合物组成。目前广泛应用于结构件、紧固件、外观件等产品。具有较高的耐腐蚀性和渗透性， 能渗入细小孔隙。但是达克罗工艺无法直接应用于粉末冶金产品，因为粉末冶金产品的微小孔隙中吸满了油，而达克罗工艺无法对表面有油的产品进行涂覆。针对这一问题，我们通过首先对粉末冶金零件进行表面处理，使工件的表面形成致密均匀的氧化膜后，再进行涂覆。经过对表面的处理，达克罗的涂覆仅需I遍即可达到优良的效果。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明通过首先对粉末冶金零件进行表面处理，形成致密的氧化膜，然后再进行涂覆涂料的步骤，减少了达克罗涂料的涂覆次数，只需要涂覆I遍，即能达到防腐效果，降低了成本，同时粉末冶金零件还具有优良的刚度。
具体实施例方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例I一种在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺方法，所述方法包括如下步骤(I)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理；即在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理，处理温度480°C，处理80min。(2)用安有丝径为O. 15mm的黄铜丝的抛光轮，对步骤(I)处理后的粉末冶金零件进行抛光；(3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化，氧化温度为300°C，氧化60min ；重复步骤(I) - (3) 2次；(4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆达克罗涂料I遍。实施例2一种在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺方法，所述方法包括如下步骤(I)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理；即在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理，处理温度650°C，处理30min。(2)用安有丝径为O. 05mm的黄铜丝的抛光轮，对步骤(I)处理后的粉末冶金零件进行抛光；
(3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化，氧化温度为400°C，氧化IOmin ；重复步骤(I) - (3) 3次；(4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆达克罗涂料I遍。实施例3—种在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺方法，所述方法包括如下步骤(I)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理；即在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理，处理温度480°C，处理80min。(2)用安有丝径为O. Ilmm的黄铜丝的抛光轮，对步骤(I)处理后的粉末冶金零件进行抛光；
(3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化，氧化温度为330°C，氧化30min ；重复步骤(I)- (3)4次；(4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆达克罗涂料I遍。对比例I以CN1704174提供的粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺为对比例，具体操作步骤如下的在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工艺，首先，对粉末冶金磁性材料的表面进行脱油，即，将粉末冶金磁性材料置于300°C ±20°C的脱油温度下，同时置于氮气保护下。这里的脱油温度选择是一个关键，因为温度过高，粉末冶金磁性材料容易变形；温度过低，则脱油不干净。另外，脱油时须有氮气保护，这样粉末冶金材料不会被氧化。然后在经过上述脱油的粉末冶金磁性材料表面，涂覆达克罗涂料。常规零件进行达克罗处理时只须处理2-3遍，脱油后的粉末冶金磁性材料进行达克罗处理时，因粉末冶金的特性，表面有大量的细小孔隙，因此需涂覆4遍，才能充分涂覆零件表面，达到最佳涂覆效果。对比例2以CN102115865提供的粉末冶金零件的表面处理方法中的实施例I为对比例，具体操作步骤如下本例的粉末冶金材料组成及重量含量为0. 95 I. 05% C，I. 5 2% Cu，其余为Fe和不可避免的杂质。其材料可采用现有粉末冶金技术制得，制品密度为6. 7g/cm 3，在该粉末冶金零件上进行本发明的表面处理。脱脂去污处理采用RR-60高效清洗剂，在25 40°C，超声波清洗3 15min ;酸洗活化处理采用RR-602活化剂，25 40°C，超声波清洗5 IOmin ;水洗均在常温去离子水进行；然后上红外烘箱，温度220 340°C，时间I小时。然后进行气体渗氮硫铬，温度为560°C，时间为50min ;出炉冷却后进行喷丸处理；最后进行氧化处理温度为350°C，处理时间为120min ;经上述表面处理后在粉末冶金表面形成35 μ m左右厚度的氮硫铬铁组织层，在渗氮组织层表面覆盖有氧化层，粉末冶金的表面硬度在Hv O. 1650 700。对比试验对实施例1-3和对比例1-2所提供的粉末冶金零件进行测试，因涂层较薄，产品的物理性能、机械性能不受影响。测试结果如下耐腐蚀实验(盐雾试验)，其对比数据如下
对比例I工艺腐蚀I μ m需100小时；对比例2工艺腐蚀I μπι需60小时；传统工艺腐蚀I μ m需10小时；实施例I :腐蚀I μ m需146小时； 实施例2 :腐蚀I μ m需140小时；实施例3 :腐蚀I μ m需145小时；Hv O. I表面硬度测试,对比数据如下对比例I工艺粉末冶金的表面硬度在HvO. 1180 230 ；对比例2工艺粉末冶金的表面硬度在HvO. 1650 700 ；实施例I :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1670 690 ；实施例2 :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1650 690 ；实施例3 :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1660 6950 ；因此从上述数据可以看出，本发明提供的粉末冶金零件的表面处理工艺方法克服了传统镀锌工艺的污染问题、提高了产品的耐腐蚀性、同时提交了产品的表面硬度。申请人:声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
权利要求
1.ー种在粉末冶金零件的表面涂覆エ艺方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理； (2)对步骤(I)处理后的粉末冶金零件进行抛光； (3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化； (4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆涂料。
2.如权利要求I所述的エ艺方法，其特征在于，所述的エ艺方法中，步骤(I)- (3)重复1-5次，优选重复2-4次，最优选重复2次。
3.如权利要求I或2所述的エ艺方法，其特征在于，步骤(I)所述气体渗氮硫铬处理为在盐浴炉中采用气态的含硫铬络合物与氨气的混合气体进行处理。
4.权利要求1-3之一所述的エ艺方法，其特征在于，所述气体渗氮硫铬处理的温度为4800C _650°C，时间为 30min-80min。
5.权利要求1-4之一所述的エ艺方法，其特征在于，所述含硫铬络合物为硫酸铬铵、铬酰氯的ニ硫化碳溶液、硫酸铬铵甲酰胺溶液中的至少ー种。
6.权利要求1-5之一所述的エ艺方法，其特征在于，步骤(2)所述抛光为用安装有铜丝的抛光轮抛光。
7.如权利要求1-6之一所述的エ艺方法，其特征在于，所述铜丝优选为黄铜丝，所述黄铜丝的丝径为O. 05-0. 15mm，优选O. 08-0. 12mm。
8.如权利要求1-7之一所述的エ艺方法，其特征在于，步骤(3)中所述的氧化处理温度为 300°C~ 400°C，时间为 IOmin 60min。
9.如权利要求1-8之一所述的エ艺方法，其特征在于，步骤(4)所述涂覆涂料为将步骤(3)处理后的金属粉末冶金零件涂覆达克罗涂料。
10.如权利要求1-9之一所述的エ艺方法，其特征在于，所述涂覆涂料为对粉末冶金磁性材料表面涂覆1-2遍达克罗涂料。
全文摘要
本发明提供一种在粉末冶金零件的表面涂覆工艺方法，所述方法包括如下步骤(1)对粉末冶金零件进行气体渗氮硫铬处理；(2)对步骤(1)处理后的粉末冶金零件进行抛光；(3)将步骤(2)处理后的粉末冶金零件进行氧化；(4)将步骤(3)处理后的粉末冶金零件涂覆涂料。本发明减少了达克罗涂料的涂覆次数，只需要涂覆1遍，即能达到防腐效果，降低了成本，同时粉末冶金零件还具有优良的刚度。
文档编号B05D3/12GK102861915SQ20121034407
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者周叶 申请人:无锡华悦光学镜盒有限公司