專利名稱：溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，具體是指一種溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金溫壓技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代開(kāi)發(fā)成功的一種高密度低成本成形機(jī)械零件的新方法，主要應(yīng)用在粉末冶金燒結(jié)鋼上，它能使零件的生坯密度提高了0.15～0.30g/m3，對(duì)提高粉末冶金鐵基制品的性能具有重要的作用。
采用粉末冶金方法可以制備以鋼鐵為基摻入碳化物或氧化物等硬質(zhì)陶瓷顆粒的金屬基復(fù)合材料，但是由于摻入的硬質(zhì)陶瓷顆粒和金屬粉末物理化學(xué)性質(zhì)、表面特征差異以及陶瓷顆粒的不可塑性、變形性而引起混合粉末的分散性、壓縮性、成形性、燒結(jié)性差的問(wèn)題，對(duì)復(fù)合材料粉末的近終成形不利，并最終導(dǎo)致顆粒增強(qiáng)的鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料零件難以推廣應(yīng)用。鄒正光等在中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2001，11(3)408發(fā)表了題為“自蔓延高溫合成TiC復(fù)合添加劑增強(qiáng)鐵基粉末冶金材料”正文中第8-20行中也有提及“在鐵粉或合金粉中加入陶瓷顆粒增強(qiáng)相，可進(jìn)一步增強(qiáng)鐵基材料，但效果不太理想。-----因此，如何解決陶瓷相加入后的分散性與成形性以及燒結(jié)溫度的問(wèn)題，并能較大地改善力學(xué)性能，是有待進(jìn)一步研究的內(nèi)容?！奔夹g(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種硬質(zhì)陶瓷顆粒能均勻彌散地?fù)饺氲戒撹F基體之中，并通過(guò)溫壓工藝改善復(fù)合粉末的成形性和壓縮性的溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明可以通過(guò)如下措施來(lái)實(shí)現(xiàn)一種溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，包括配料、混合、溫壓、燒結(jié)而成，其特征在于，鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料是由彌散顆粒和金屬基體經(jīng)球磨工藝和溫壓技術(shù)相結(jié)合的方法，經(jīng)配料、混合、球磨、加添加劑、溫壓、燒結(jié)而成，具體步驟及其工藝條件如下
步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)5～20％、粒徑為1～20μm的彌散顆粒金屬碳化物或金屬氧化物，78～95％、粒徑為3～147μm的金屬基體鐵基或不銹鋼基或高速鋼基的配比備料；步驟二混合先按上述配比備料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后在混粉機(jī)上至少干混20分鐘；步驟三球磨用球磨機(jī)球磨10～120分鐘，并在氫氣保護(hù)下于600～800℃退火0～2小時(shí)；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)0～2.4％、粒徑為5～20μm的金屬磷化物粉末和0～1.0％、粒徑為3-74μm的石墨粉和0.6～0.8％、粒徑為5-10μm的EBS蠟粉，在混粉機(jī)上充分混合20～30分鐘；步驟五溫壓將上述粉末加熱至100～150℃，以500～800MPa的壓力成形；步驟六燒結(jié)在鉬絲爐或真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1150～1350℃，保溫時(shí)間1～2小時(shí)；即可獲得高密度高性能彌散顆粒增強(qiáng)的鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料。
上述彌散金屬碳化物顆粒選自碳化鈮或碳化鈦或碳化鎢，彌散金屬氧化物顆粒是指氧化鋁；添加劑金屬磷化物粉末是指磷鐵或磷銅粉末。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下突出優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明首次采用球磨工藝和溫壓技術(shù)相結(jié)合的方法來(lái)制備成形高密度高性能的彌散顆粒增強(qiáng)的鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料，有效地解決了增強(qiáng)顆粒加入鋼鐵基粉末后的分散性、成形性、壓縮性差的問(wèn)題，并能較大地改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。采用本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料零件的近終成形，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，因此具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景。
2、采用本發(fā)明制備的溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的復(fù)合粉末具有良好的成形性和壓縮性，在500～800MPa壓力下成形，生坯不出現(xiàn)層裂，生坯的相對(duì)密度提高2～4％。
3、本發(fā)明提供的顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料，陶瓷增強(qiáng)顆粒均勻摻雜，不偏析，燒結(jié)性能良好，可用于制造高強(qiáng)度高耐磨的結(jié)構(gòu)零件。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)如下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)10％、粒徑在15～20μm范圍內(nèi)的彌散顆粒碳化鈦TiC顆粒，質(zhì)量百分比為86％、粒徑≤147μm的霧化鐵粉備料；步驟二混合按上述配比配料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后用V型高效混粉機(jī)干混20分鐘；步驟三球磨在QM--ISP行星式高能球磨機(jī)球磨20分鐘；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)2.4％、粒徑在15～20μm范圍內(nèi)的磷鐵Fe3P粉末，再添加質(zhì)量百分比用量為1.0％、粒徑在45～74μm范圍內(nèi)的石墨粉，質(zhì)量百分比用量為0.6％、粒徑在5～10μm范圍內(nèi)的EBS蠟粉，在V型高效混粉機(jī)混合20分鐘；步驟五溫壓將復(fù)合材料粉末加熱至100℃，以700MPa壓力下成形；步驟六燒結(jié)在分解氨鉬絲爐中于1150℃燒結(jié)1個(gè)小時(shí)。
即得到溫壓彌散碳化鈦顆粒增強(qiáng)的鐵基粉末冶金復(fù)合材料，該復(fù)合材料的生坯相對(duì)密度比室溫下壓制提高4.0％，生坯不出現(xiàn)層裂，拉伸強(qiáng)度為520～580MPa，耐磨性比60碳鋼提高250％。
實(shí)施例2步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)5％、粒徑在10～15μm范圍內(nèi)的彌散顆粒氧化鋁Al2O3顆粒，質(zhì)量百分比為94.4％、粒徑≤147μm的316L不銹鋼粉備料；
步驟二混合按上述配比配料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后用V型高效混粉機(jī)干混30分鐘；步驟三球磨ZMJ-20攪拌式高能球磨機(jī)球磨120分鐘，并在氫氣保護(hù)下于600℃退火2小時(shí)；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)0.6％、粒徑在5～10μm范圍內(nèi)的的EBS蠟粉，在V型高效混粉機(jī)混合20分鐘；步驟五溫壓將復(fù)合材料粉末加熱至130℃，以800MPa壓力下成形；步驟六燒結(jié)在分解氨鉬絲爐中于1300℃燒結(jié)2個(gè)小時(shí)。
即得到溫壓彌散氧化鋁顆粒增強(qiáng)的不銹鋼基粉末冶金復(fù)合材料，該復(fù)合材料的生坯相對(duì)密度比室溫下壓制提高3.0％，生坯不出現(xiàn)層裂，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為350～400MPa，耐磨性比316L不銹鋼提高200％。
實(shí)施例3步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)20％、粒徑在2～3μm范圍內(nèi)的彌散顆粒碳化鈮NbC顆粒，質(zhì)量百分比為79.2％、粒徑≤74μm的M3高速鋼粉備料；步驟二混合按上述配比配料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后用V型高效混粉機(jī)干混40分鐘；步驟三球磨在QM--ISP行星式高能球磨機(jī)球磨60分鐘，并在氫氣保護(hù)下于800℃退火2小時(shí)；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)0.8％、粒徑在5～10μm范圍內(nèi)的EBS蠟粉，在V型高效混粉機(jī)混合30分鐘；
步驟五溫壓將復(fù)合材料粉末加熱至150℃，以600MPa壓力下成形；步驟六燒結(jié)在真空爐爐中于1300℃燒結(jié)1.5個(gè)小時(shí)。
即得到溫壓彌散碳化鈮顆粒增強(qiáng)的高速鋼基粉末冶金復(fù)合材料，該復(fù)合材料的生坯相對(duì)密度比室溫下壓制提高2.5％，生坯不出現(xiàn)層裂，復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度為950～1000MPa，耐磨性比12CrNi3A熱處理態(tài)提高300～350％。
實(shí)施例4步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)10％、粒徑在2～5μm范圍內(nèi)的彌散顆粒碳化鎢WC顆粒，質(zhì)量百分比為85.9％、粒徑≤74μm的鐵粉備料；步驟二混合按上述配比配料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后用V型高效混粉機(jī)干混40分鐘；步驟三球磨在QM--ISP行星式高能球磨機(jī)球磨60分鐘，并在氫氣保護(hù)下于700℃退火2小時(shí)；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)2.4％、粒徑在15～20μm范圍內(nèi)的磷銅Cu3P粉末，再添加質(zhì)量百分比用量為1.0％、粒徑在3～5μm范圍內(nèi)的石墨粉和質(zhì)量百分比用量為0.7％、粒徑在5～10μm范圍內(nèi)的EBS蠟粉，在V型高效混粉機(jī)混合20分鐘；步驟五溫壓將復(fù)合材料粉末加熱至130℃，以600MPa壓力下成形；步驟六燒結(jié)在真空爐爐中于1200℃燒結(jié)1.5個(gè)小時(shí)。
即得到溫壓彌散碳化鎢顆粒增強(qiáng)的鐵基粉末冶金復(fù)合材料，該復(fù)合材料的生坯相對(duì)密度比室溫下壓制提高2％，生坯不出現(xiàn)層裂，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為450～500MPa，耐磨性比45碳鋼提高350％。
權(quán)利要求
1.一種溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，包括配料、混合、溫壓、燒結(jié)而成，其特征在于，鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料是由彌散顆粒和金屬基體經(jīng)球磨工藝和溫壓技術(shù)相結(jié)合的方法制備而成；彌散顆粒包括金屬碳化物和金屬氧化物，金屬基體包括鐵基、不銹鋼基或高速鋼基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，復(fù)合材料經(jīng)配料、混合、球磨、加添加劑、溫壓、燒結(jié)而成，具體步驟及其工藝條件如下步驟一配料按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)5～20％、粒徑為1～20μm的金屬碳化物或金屬氧化物，78～95％、粒徑為3～147μm的鐵基或不銹鋼基或高速鋼基的配比備料；步驟二混合先按上述配比備料后過(guò)GB6003規(guī)定的100目篩，然后在混粉機(jī)上至少干混20分鐘；步驟三球磨用球磨機(jī)球磨10～120分鐘，并在氫氣保護(hù)下于600～800℃退火0～2小時(shí)；步驟四加添加劑在上述粉末中添加按復(fù)合材料總量的質(zhì)量百分比計(jì)0～2.4％、粒徑為5～20μm的金屬磷化物粉末和0～1.0％、粒徑為3-74μm的石墨粉和0.6～0.8％、粒徑為5-10μm的EBS蠟粉，在混粉機(jī)上充分混合20～30分鐘；步驟五溫壓將上述粉末加熱至100～150℃，以500～800MPa的壓力成形；步驟六燒結(jié)在鉬絲爐或真空爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1150～1350℃，保溫時(shí)間為1～2小時(shí)；即可獲得高密度高性能彌散顆粒增強(qiáng)的鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，彌散金屬碳化物顆粒選自碳化鈮或碳化鈦或碳化鎢，彌散金屬氧化物顆粒是指氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，添加劑金屬磷化物粉末是指磷鐵或磷銅粉末。
全文摘要
本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，具體是指一種溫壓彌散顆粒增強(qiáng)鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料的制備方法。鋼鐵基粉末冶金復(fù)合材料是由彌散顆粒和金屬基體經(jīng)球磨工藝和溫壓技術(shù)相結(jié)合的方法，經(jīng)配料、混合、球磨、加添加劑、溫壓、燒結(jié)而成。本法的彌散顆粒包括彌散金屬碳化物和金屬氧化物顆粒，金屬基體包括鐵基、不銹鋼基、高速鋼基等。顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料粉末在100－150℃和500－800MPa下溫壓成形，復(fù)合粉末的壓縮性和成形性較好，生坯不出現(xiàn)層裂，相對(duì)密度提高2－4％，復(fù)合材料的顆粒彌散分布均勻，綜合力學(xué)性能較佳。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，成本低，為顆粒增強(qiáng)粉末冶金復(fù)合材料零件的精密成形開(kāi)辟了新途徑。
文檔編號(hào)B22F7/02GK1644279SQ200510032780
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者肖志瑜, 陳平, 李元元, 倪東惠, 溫利平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)