專利名稱：一種鐵基黃銅粉末冶金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵基黃銅粉末冶金材料及制造方法，它 是一門重要的材料制造技術(shù)，是粉末冶金工業(yè)中燒結(jié)金屬含油軸承以及制造機械結(jié)構(gòu)零 件和硬質(zhì)合金，金剛石制品所需的一種特殊的，替代銅粉的鐵基黃銅粉末的制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代機械制造工業(yè)中，軸承材料是一類重要的機械結(jié)構(gòu)材料，機器與機構(gòu)中的所 有轉(zhuǎn)動零件都需要用軸承、軸瓦或軸套來支承。由于現(xiàn)代機器與機構(gòu)的動轉(zhuǎn)速度和負荷 在急劇增高，以及由于宇航、核能及低溫技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)有的軸承材料中，按照使用 壽命和在不同的條件下工作的可能性，燒結(jié)金屬軸承材料的應(yīng)用都占第一位，現(xiàn)已成為 汽車、家電、音響設(shè)備、辦公設(shè)備、食品機械、農(nóng)業(yè)機械、微小型電機、精密機械等發(fā) 展不可缺少的一類基礎(chǔ)零件。據(jù)有關(guān)資料顯示，在2006年日本燒結(jié)金屬含油軸承的產(chǎn)量 約為9000噸，平均每個日本人身邊的機器中裝有IO只含油軸承，而我國不足5只。這 些微小型的金屬含油軸承用傳統(tǒng)的金屬滾珠軸承的加工方法是無法制造的，而是采用粉 末冶金方法，用鐵粉與銅粉相混合或使用銅包鐵粉，青銅粉制造。用鐵粉與銅粉相混合 時，由于鐵粉與銅粉的粒度和松裝密度相差較大，容易產(chǎn)生成分偏析，造成燒結(jié)軸承金 相組織不均勻，強度不均勻，磨合性差，摩擦系數(shù)大，噪聲大等缺陷；用銅包鐵粉制造 時，由于銅與鐵包復(fù)不完全，有的鐵粉未被銅包復(fù)，加之銅層與鐵粉顆粒的包復(fù)強度不 夠，容易產(chǎn)生銅層脫落，制造金屬含油軸承時，易出現(xiàn)黑點，花斑，強度差，成型性差， 露鐵的地方對轉(zhuǎn)動軸磨損較大，使用壽命短等缺陷，是較粗級的粉末；而用青銅粉制造 含油軸承，由于銅價格的猛漲，導(dǎo)致生產(chǎn)成本劇增，產(chǎn)品價格過高，市場難接受。有關(guān) 資料顯示，我國2006年鐵基粉末冶金零件的產(chǎn)量比2005年增長19%，而銅基零件卻下 降29%。這是由于銅粉等有色金屬價格增長過高所致。另一方面，從含油軸承的產(chǎn)量來 看，2006年與2005年相比，鐵基含油軸承的產(chǎn)量增長39%，而銅基含油軸承產(chǎn)量減低 了31%，由于銅粉價格上漲，銅基含油軸承在大量改用鐵基含油軸承。據(jù)粉末冶金有關(guān)資料顯示，我國2006年電動工具零件市場比2005年增長29.25% 汽車零件市場增長28.3%，摩托車零件市場增長12.3%。這表明，在我國汽車產(chǎn)業(yè)超常速 度發(fā)展帶動下，粉末冶金零件生產(chǎn)已進入汽車零件發(fā)展階段。日本2006年汽車產(chǎn)量約 1200萬輛，共使用粉末冶金零件97690噸，燒結(jié)金屬含油軸承產(chǎn)量為7964噸，用于汽車 等車輛為4371噸，平均每輛汽車用粉末冶金零件的重量，日本8.7kg、美國19.8kg、我 國3.97kg。 2006年我國生產(chǎn)的727.97萬輛汽車中，平均每輛使用粉末冶金零件重量只 有3.97kg。而這些汽車都使用鐵基材料和青銅材料。由于鐵基材料耐蝕性差，易生銹， 使用壽命短；青銅基材料耐蝕性好，但強度差，生產(chǎn)成本高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種鐵基黃銅粉末冶金材料及其制備方法，是粉末冶金工業(yè)中燒結(jié)金屬含 油軸承以及制造機械零件和硬質(zhì)合金、金剛石制品所需的一種特殊的，替代銅粉、銅包 鐵粉、青銅粉的理想材料。本發(fā)明所述的鐵基黃銅粉末是采用液相沉淀法，在鐵粉顆粒表面均勻地包覆一層銅、 鋅復(fù)合層，然后經(jīng)脫水、烘干熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合到鐵基顆粒表面，得 到一種黃色或金黃色、紅色黃銅包覆層，經(jīng)破碎、過篩得到鐵基黃銅粉末。其原料中包 含鐵、銅和鋅，它們的含量如下，以鐵粉的重量100份計，銅為鐵粉重量的3-25%,鋅為 銅重量的3-40%，可通過調(diào)配銅、鋅之間的重量百分比，改變材料的顏色(可為黃色、金 黃色、暗黃色以及紅色、暗紅色)。上述鐵基黃銅粉材料的制備方法為1) 液相沉淀溶液的配制分別將鐵粉重量15-80 kg的銅鹽、0. 5-40 kg硫酸鋅分別用100 kg潔凈自來水溶解后， 過濾待用；2) 光亮劑的配制將300-500mL甲醛與10-50 g硫脲溶解待用；3) 銅、鋅共沉淀在鐵粉顆粒表面(1)將步驟1)的硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液抽入液相沉淀器內(nèi)，邊攪拌邊混合，用 潔凈自來水調(diào)混合溶液體積至400-450L，繼續(xù)攪拌；(2)按上述混合溶液5-9mL/L加入活化劑，按0. 5-2g/L加入調(diào)色劑，以及按0.01-0.025mL/L加入光亮劑；(3)繼續(xù)攪拌并加入100 kg還原鐵粉，直至銅、鋅兩種金屬已沉淀在鐵粉顆粒表面， 顏色呈灰色或紅色，讓溶液自然沉降；4) 溶液沉清后，吸去上清液，放入離心機脫水，去掉大部分水份，取出進行干燥處理；5) 將己干燥的灰色或暗紅色粉末，送入有還原保護氣氛的熱處理爐中，經(jīng)430-700 'C熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合在基體鐵粉顆粒表面,得到具有黃色、金黃色或紅 色的黃銅包覆層的、輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末；6) 將輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末經(jīng)搗碎、破碎后，按用戶對材料顆粒度的需求進行篩分；7) 經(jīng)篩分過的鐵基黃銅粉末，再按用戶對產(chǎn)品松裝密度、流動性等的要求，用混粉 機混合，取樣檢驗合格后，包裝，入庫。上述方法中，銅鹽溶液可采用氯化銅、焦磷酸銅、硫酸銅等。在這些銅鹽中，硫酸 銅具有成分簡單，生產(chǎn)成本低，易于控制，穩(wěn)定，市場易購，所以，制造鐵基黃銅粉末 使用硫酸銅，最好是五水硫酸銅。硫酸銅是主鹽，它在水溶液中離解出銅離子，是銅的 來源。硫酸鋅是溶液中鋅離子的來源?；罨瘎┦橇蛩?。在溶液中能降低溶液的電阻，使溶液中各種金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位差縮 小或相等，促使各種金屬離子較快地沉淀并能防止硫酸銅水解生成氧化亞銅或其它鹽類 沉淀，硫酸的使用量可在較大范圍內(nèi)變化。 液相共沉淀的基本條件a、合金中的金屬至少有一種金屬能從其鹽的水溶液中析出，有的金屬如鎢、鉬等 不能從其鹽的水溶液中單獨沉淀，但可以與其它金屬如鐵、鈷、鎳等同時從水溶液中 實現(xiàn)共沉淀。所以，共沉淀并不一定要求各組分金屬都能單獨從水溶液中沉淀析出。b、兩種金屬的析出電位要十分接近或相等。因為，在共沉淀過程中，電位較正的 金屬總是優(yōu)先沉淀，甚至可以完全排除電位較負的金屬沉淀出來。因此，為使電極電位 相差較遠的金屬同時析出，可通過改變離子活度或不同金屬離子析出過電位實現(xiàn)。銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是+0.34V,鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是-0.76V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位是 -0.44V，由此可見，銅、鋅、鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電位相差較大，在溶液中，由于加入了活化劑硫酸，使溶液的電阻降低，這樣使得銅、鋅、鐵的析出電位十分接近或相等，銅、鋅 同時沉淀在鐵的表面，得到銅、鋅、鐵復(fù)合粉，經(jīng)熱處理，使鋅在高溫下熔化擴散到銅 里面，與銅形成合金，從而得到黃色、金黃色或紅色的黃銅層包覆在鐵粉顆粒表面，制 得鐵基黃銅粉末材料。本鐵基黃銅粉末可用在制造燒結(jié)金屬含油軸承、硬質(zhì)合金、金剛石制品、添加劑以及 制造各種機械零件的替代銅粉、銅包鐵粉，部分替代青銅粉的而且不含鉛的環(huán)保節(jié)能的 理想材料。本發(fā)明的優(yōu)點如下-本發(fā)明的優(yōu)點如下本鐵基黃銅粉由于采用液相沉淀后，經(jīng)一至兩道熱處理，使鋅 溶于銅中，形成銅鋅合金，(黃銅)緊緊融合擴散在基體鐵粉顆粒表面，很好地解決了合 金成分的偏析；銅層與基體鐵粉的包復(fù)不完全，強度不夠，易脫落等問題；而且黃銅合 金的抗氧化性比單質(zhì)銅好，鐵基黃銅粉不用抗氧化處理，降低了生產(chǎn)成本。因此采用鐵 基黃銅粉制造含油軸承與用鐵、銅混合粉、銅包鐵粉制造的含油軸承相比較，具有以下 優(yōu)點1、 成型性好，強度高，耐腐蝕，抗氧化性好；2、 耐磨，摩擦系數(shù)好，噪聲低；3、 能承受高負荷，高轉(zhuǎn)速，有良好的振動負載能力，在同等使用條件下比銅包鐵粉， 鐵銅混合粉制造的含油軸承使用壽命延長70-100%;4、 與青銅材料相比較(1) 鐵基黃銅粉末材料不含鉛，符合歐盟R0HS指令要求；(2) 不需要太多昂貴的有色金屬材料，制造成本很低，為青銅材料的1/15-1/20左右， 可節(jié)約金屬銅60-70%;(3) 可替代銅基、銅包鐵粉，部分替代青銅粉材料。
具體實施方式
實施例1、1、液相沉淀液的配制將15kg五水硫酸銅與100kg潔凈自來水溶解，將3kg硫酸鋅與100kg潔凈自來水溶解，分別過濾待用。2、 光亮劑的配制將300mL甲醛與10g硫脲一起溶解待用。3、 銅、鋅共沉淀在鐵粉顆粒表面(1)將上述液相沉淀液抽入沉淀器內(nèi)，邊攪拌邊混合后，用潔凈自來水調(diào)混合溶液體 積約為400L，繼續(xù)攪拌。(2) 按上述溶液體積加入5mL/L活化劑硫酸，0.5g/L金屬鋅粉以及0.01mL/L光亮劑。(3) 繼續(xù)攪拌15分鐘，緩慢均勻地加入100kg還原鐵粉，15分鐘后停止攪拌，(這 時溶液表面已出現(xiàn)很多小氣泡，銅、鋅兩種金屬已沉淀在鐵粉顆粒表面，顏色呈灰色或 紅色)，讓溶液自然沉降。4、 溶液沉清后，用虹吸方法吸去大部分上清液，放入離心機脫水操作10-20分鐘， 去掉大部分水份，取出分裝于不銹鋼盤內(nèi)，送入烘箱經(jīng)70-200'C、 20-40分鐘干燥處理。5、 將已干燥的灰色或暗紅色粉末，裝入燒舟送入有還原保護氣氛的熱處理爐中，經(jīng) 430-70(TC、 20-70分鐘熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合在基體鐵粉顆粒表面，(這時 鋅與銅已形成合金)，得到黃色、金黃色或紅色的黃銅包覆層，得到輕微結(jié)塊的鐵基黃銅 粉末。6、 輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末經(jīng)搗碎、破碎后，按用戶對材料顆粒度的需求進行篩分。7、 經(jīng)篩分過的鐵基黃銅粉末，裝入混粉機內(nèi)，按用戶對產(chǎn)品松裝密度，流動性等的 要求，在混粉機18-25轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，混合3-19分鐘，按取樣規(guī)則進行取樣檢驗。8、 取樣檢驗合格后，按25kg/袋，檢斤包裝，成為產(chǎn)品入庫。實施例21、 液相沉淀液的配制分別將80kg氯化銅，40kg硫酸鋅，用150kg潔凈自來水溶解并過濾待用。2、 光亮劑的配制將500 mL甲醛與50g硫脲溶解待用。3、 銅、鋅共沉淀在鐵粉顆粒表面。(1) 將步驟l的氯化銅溶液、硫酸鋅溶液抽入液相沉淀器內(nèi)，邊攪拌邊混合后，用潔 凈自來水調(diào)混合溶液體積為450L，繼續(xù)攪拌。(2) 按上述混合溶液體積加入9mL/L活化劑，2g/L金屬鋅粉以及0.025mL/L光亮劑。(3)繼續(xù)攪拌并加入100kg還原鐵粉，15分鐘后停止攪拌，(這時溶液表面己出現(xiàn)很 多小氣泡，銅、鋅兩種金屬已沉淀在鐵粉顆粒表面，顏色呈灰色或紅色)，讓溶液自然沉降。4、 溶液沉清后，用虹吸方法吸去大部分上清液，放入離心機脫水操作10-20分鐘， 去掉大部分水份，取出分裝于不銹鋼盤內(nèi)，送入烘箱經(jīng)70-200'C、 20-40分鐘干燥處理。5、 將已干燥的灰色或暗紅色粉末，裝入燒舟送入有還原保護氣氛的熱處理爐中，經(jīng) 430-700°C、 20-70分鐘熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合在基體鐵粉顆粒表面，(這時 鋅與銅已形成合金)，得到黃色、金黃色或紅色的黃銅包覆層，得到輕微結(jié)塊的鐵基黃銅 粉末。6、 輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末經(jīng)搗碎、破碎后，按用戶對材料顆粒度的需求進行篩分。7、 經(jīng)篩分過的鐵基黃銅粉末，裝入混粉機內(nèi)，按用戶對產(chǎn)品松裝密度，流動性等的 要求，在混粉機18-25轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，混合3-19分鐘，按取樣規(guī)則進行取樣檢驗。8、 取樣檢驗合格后，按25kg/袋，檢斤包裝，成為產(chǎn)品入庫。
權(quán)利要求
1. 一種鐵基黃銅粉末冶金材料，它是采用液相沉淀法，在鐵粉顆粒表面均勻地包覆一層銅、鋅復(fù)合層，經(jīng)脫水、烘干熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合到鐵基顆粒表面而形成的粉末冶金材料，其由鐵、銅和鋅組成，它們的含量如下，以鐵粉的重量100份計，銅為鐵粉重量的3-25％，鋅為銅重量的3-40％，其余為鐵粉。
2、 權(quán)利要求1所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法1) 液相沉淀溶液的配制-分別將鐵粉重量15-80 kg的銅鹽、0. 5-40 kg硫酸鋅分別用100 kg自來水溶解后，過濾 待用；2) 光亮劑的配制將300-500mL甲醛與10-50 g硫脲溶解待用；3) 銅、鋅共沉淀在鐵粉顆粒表面(1) 將步驟l)的硫酸銅溶液、硫酸鋅溶液抽入液相沉淀器內(nèi)，邊攪拌邊混合，用潔 凈自來水調(diào)混合溶液體積至400-450L,繼續(xù)攪拌；(2) 按上述混合溶液5-9mL/L加入活化劑，按0. 5-2g/L加入調(diào)色劑，以及按 0.01-0.025mL/L加入光亮劑；(3) 繼續(xù)攪拌并加入100 kg還原鐵粉，直至銅、鋅兩種金屬沉淀在鐵粉顆粒表面， 顏色呈灰色或紅色，讓溶液自然沉降；4) 溶液沉清后，吸去上清液，放入離心機脫水，去掉水份，取出進行干燥處理；5) 將己干燥的灰色或暗紅色粉末，送入有還原保護氣氛的熱處理爐中，經(jīng)430-700 'C熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合在基體鐵粉顆粒表面,得到具有黃色、金黃色或紅 色的黃銅包覆層的、輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末；6) 將輕微結(jié)塊的鐵基黃銅粉末經(jīng)搗碎、破碎后，按用戶對材料顆粒度的需求進行篩分；7) 經(jīng)篩分過的鐵基黃銅粉末，再按用戶對產(chǎn)品松裝密度、流動性等的要求，用混粉 機混合，取樣檢驗合格后，包裝，入庫。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所述銅鹽采用氯化銅、焦磷酸銅或硫酸銅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所 述活化劑采用硫酸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所述調(diào)色劑采用金屬鋅粉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所述干燥處理采用烘箱，干燥溫度為70-20(TC，時間20-40分鐘。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所述熱 處理時間為20-70分鐘。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵基黃銅粉末冶金材料的制備方法，其特征在于所述混 粉機的轉(zhuǎn)速控制在18-25轉(zhuǎn)/分鐘，混合3-19分鐘。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種鐵基黃銅粉末冶金材料及制備方法，它是采用液相沉淀法，在鐵粉顆粒表面均勻地包覆一層銅、鋅復(fù)合層，經(jīng)脫水、烘干熱處理，使銅、鋅兩種金屬擴散融合到鐵基顆粒表面而形成的粉末冶金材料，其由鐵、銅和鋅組成，它們的含量如下，以鐵粉的重量100份計，銅為鐵粉重量的3-25％，鋅為銅重量的3-40％，其余為鐵粉。本鐵基黃銅粉材料及制備方法很好地解決了合金成分的偏析、銅層與基體鐵粉的包復(fù)不完全、強度不夠、易脫落等問題，黃銅合金的抗氧化性比單質(zhì)銅好，不用抗氧化處理，降低生產(chǎn)成本，是粉末冶金工業(yè)中燒結(jié)金屬含油軸承以及制造機械零件和硬質(zhì)合金、金剛石制品所需的一種特殊的，可替代銅粉、銅包鐵粉、青銅粉的理想材料。
文檔編號B22F9/24GK101254542SQ20081006957
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者朱朝志 申請人:重慶鑄信粉末冶金有限責(zé)任公司