在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬粉末燒結(jié)技術(shù)，特別涉及一種利用空氣爐實(shí)現(xiàn)粉末冶金液相燒結(jié) 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燒結(jié)是粉末冶金工藝中最后一道重要工序，也是一道關(guān)鍵工序。所謂燒結(jié)就是將 粉末壓坯加熱到一定的溫度并保持一定的時(shí)間然后冷卻，從而得到所需性能的制品。燒結(jié) 的目的是使多孔的粉末壓坯變?yōu)榫哂幸欢ǖ慕M織和性能的合金。燒結(jié)工序產(chǎn)生的廢品一般 無法通過后續(xù)工序進(jìn)行處理，所以其工藝和設(shè)備的選擇對(duì)燒結(jié)產(chǎn)品的組織和性能有著重大 的甚至是決定性的影響。隨著對(duì)粉末冶金液相燒結(jié)的研宄，燒結(jié)成型過程中需要用到的燒 結(jié)爐也經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過程。
[0003] 最早使用的是氫氣燒結(jié)爐，典型的氫氣燒結(jié)爐有兩種，碳管爐和連續(xù)鉬絲燒結(jié)爐。 碳管爐是早期使用的燒結(jié)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單升溫速度快。但是這種爐子的熱損失較大、爐溫 波動(dòng)較大、爐管壽命短，而且燒結(jié)時(shí)爐內(nèi)氣氛中碳的濃度太高，燒結(jié)制品易于滲碳或起皮而 成為廢品，目前已經(jīng)不再使用。連續(xù)鉬絲燒結(jié)爐具有操作簡(jiǎn)便，爐管使用壽命長(zhǎng)，功率小，不 間斷生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。曾經(jīng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)被廣泛采用，但是這種燒結(jié)爐燒結(jié)氣氛難以控制，所以 產(chǎn)品容易滲碳、脫碳，而且因其是在正壓下燒結(jié)，一些氧化物雜質(zhì)不能較好的揮發(fā)排除掉， 影響產(chǎn)品質(zhì)量[林蕓，硬質(zhì)合金燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展[J].貴陽金筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,4106 -108]。
[0004] 上世紀(jì)80年代廣泛采用真空爐燒結(jié)工藝，真空燒結(jié)可有效地消除氧化物雜質(zhì)，相 對(duì)于氫氣燒結(jié)爐明顯提高燒結(jié)產(chǎn)品的純度和產(chǎn)品的物理性能。但真空燒結(jié)爐價(jià)格高，真空 管重復(fù)利用率低，維修過程復(fù)雜，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本過高[鄭樹林，硬質(zhì)合金真空燒結(jié)[J].湖南 有色金屬，1990,6(5) :43 - 46]。
[0005] 氣壓燒結(jié)爐是將燒結(jié)試樣的脫蠟、燒結(jié)、熱等靜壓功能集中于一臺(tái)設(shè)備，生產(chǎn)時(shí)一 次完成的燒結(jié)設(shè)備，是目前粉末冶金液相燒結(jié)工藝中最先進(jìn)的燒結(jié)設(shè)備。操作工人只需操 作簡(jiǎn)單開爐和關(guān)爐，不會(huì)影響具體的燒結(jié)工藝。在整個(gè)燒結(jié)過程中完全消除人為因素影響， 保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，但是此種燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格高，無法在一般實(shí)驗(yàn)中廣泛應(yīng)用。
[0006] 目前先進(jìn)的粉末冶金液相燒結(jié)技術(shù)主要有熱等靜壓、放電等離子燒結(jié)、粉末 熱擠壓燒結(jié)等[郎利輝、續(xù)秋玉、張東星等，鎢合金粉末的熱等靜壓數(shù)值模擬及驗(yàn)證 [J].粉末冶金材料科學(xué)與工程，2014, 19(6) :839 - 846 ;王迎春、李樹奎、王富恥等，放 電等離子燒結(jié)溫度對(duì)鎢合金的組織及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響[J].稀有金屬材料與工程， 2010, 39 (10) : 1807 - 1810 ;彭元東、張兆輝、吳彬等，壓制壓力對(duì)微波燒結(jié)W - Ni - Fe高密度 合金性能的影響[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程，2007, 12(3) : 156~159]。由于上述粉末 成形技術(shù)在設(shè)備、成本、生產(chǎn)效率等方面的限制，難以工業(yè)化應(yīng)用。
[0007] 在大部分高校中由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等限制，不能購買價(jià)格昂貴的真空爐等，多數(shù)實(shí)驗(yàn) 室配備的是普通空氣爐來進(jìn)行粉末冶金液相燒結(jié)工藝和性能的實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 由于空氣爐成本低，易操作，維修簡(jiǎn)單，重復(fù)利用率高，所以是普通實(shí)驗(yàn)室及生產(chǎn) 車間常用的燒結(jié)設(shè)備，本發(fā)明的目的是提供一種把金屬粉末放入密封的剛玉坩堝中于空氣 爐內(nèi)進(jìn)行低成本燒結(jié)的工藝，以解決金屬粉末試樣在空氣爐內(nèi)燒結(jié)的高溫氧化問題。
[0009] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，其特征在于，包括下述步驟：
[0011] ⑴按質(zhì)量份數(shù)，骨料：輔料：粘結(jié)劑=100: (50~100) : (50~100)，利用粘接劑 將骨料和輔料調(diào)和在一起制成糊狀的燒結(jié)密封劑，其中骨料為氧化鋁粉、氧化鋯粉、莫來石 粉中的一種；輔料為膨潤(rùn)土、高嶺土、蒙脫土中的一種；粘結(jié)劑為硅溶膠或鋁溶膠；
[0012] (2)將金屬粉末裝入第一陶瓷坩堝內(nèi)，燒結(jié)密封劑涂抹在該陶瓷坩堝的口上，蓋上 相應(yīng)該陶瓷坩堝口徑的陶瓷堝蓋，將金屬粉末密封在堝內(nèi)，室溫下放置至少半小時(shí)；
[0013] (3)將封裝有金屬粉末的第一陶瓷坩堝放入直徑比其大2~3倍的第二陶瓷坩 堝內(nèi)，并在第一、第二陶瓷坩堝之間填充氣氛保護(hù)劑，將燒結(jié)密封劑涂抹在第二陶瓷坩堝口 上，蓋上相應(yīng)該陶瓷坩堝口徑的陶瓷堝蓋，將第一陶瓷坩堝密封在堝內(nèi)，室溫下放置至少半 小時(shí)；
[0014] (4)將封裝有第一陶瓷坩堝的第二陶瓷坩堝置于空氣爐爐膛內(nèi)燒結(jié)，冷卻至室溫 后取出，輕敲打開第二陶瓷坩堝的堝蓋，取出第一陶瓷坩堝，并輕敲打開第一陶瓷坩堝的堝 蓋，取出燒結(jié)好的金屬粉末成型試樣。
[0015] 上述方法中，所述氣氛保護(hù)劑為活性炭、木削、焦炭中的任一種。
[0016] 所述第一、第二陶瓷坩堝的材質(zhì)為莫來石陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化硅陶瓷中的任一 種。
[0017] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是，利用雙重坩堝及高溫粘接劑對(duì)金屬粉末進(jìn)行密封燒結(jié)，達(dá)到近似 真空的燒結(jié)環(huán)境，避免了試樣在空氣爐燒結(jié)過程中的氧化，保障試樣的各項(xiàng)性能不受影響， 抗彎強(qiáng)度與硬度等性能均與某大學(xué)真空燒結(jié)爐制備的鎢合金性能相仿甚至更高。同時(shí)顯著 降低了試驗(yàn)成本。本發(fā)明方法可用于實(shí)驗(yàn)及工業(yè)場(chǎng)合作為低成本下的密封燒結(jié)。
【附圖說明】
[0018] 以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019] 圖1為雙重陶瓷坩堝封裝示意圖。圖中：1、小坩堝（未使用過）；2、大坩堝（可重 復(fù)使用多次）；3、金屬粉末；4、氣氛保護(hù)劑；5、大堝蓋；6、小堝蓋；7、燒結(jié)粘接劑。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 一種在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，包括下述步驟：
[0021] (1)將骨料、輔料、粘結(jié)劑按表1配方（編號(hào)為1 - 9的9個(gè)實(shí)施例），調(diào)和在一起 制成糊狀的燒結(jié)密封劑；準(zhǔn)備大、小坩堝2、1及相應(yīng)的大、小堝蓋5、6,材質(zhì)尺寸參見表2。
[0022] (2)參考圖1，先將金屬粉末3裝入小坩堝1內(nèi)，燒結(jié)密封劑7均勻涂抹在該坩堝 的口上，厚度為2mm，蓋上相應(yīng)該坩堝口徑的小堝蓋6,將金屬粉末密封在堝內(nèi)，室溫下放置 至少半小時(shí)，直到粘結(jié)劑干透；檢查堝蓋與坩堝口粘合情況，看是否有孔洞與缺口，如果有 就繼續(xù)補(bǔ)粘結(jié)劑，等待下一次干透后觀察，如粘結(jié)劑完好的將堝蓋與坩堝口粘合在一起，這 一步驟就順利完成。
[0023] (3)將封裝有金屬粉末的小坩堝放入大坩堝2內(nèi)，并在兩坩堝之間填充（將小坩堝 淹埋，將大坩堝填滿）氣氛保護(hù)劑4 (品種參見表2)，將燒結(jié)密封劑7涂抹在大坩堝口上，蓋 上大堝蓋5,將小坩堝密封在大堝內(nèi)，室溫下放置至少半小時(shí)直到粘結(jié)劑干透，檢查與修補(bǔ) 與小謝堝密封一樣。
[0024] (4)將封裝有小坩堝的大坩堝置于空氣爐爐膛內(nèi)燒結(jié)，冷卻至室溫后取出，用手邊 的小工具輕敲打開大坩堝的堝蓋，保證堝蓋與坩堝完整，以利于重復(fù)使用。倒出里面的氣氛 保護(hù)劑殘?jiān)ú豢芍貜?fù)利用）與小坩堝，用同樣方法敲掉小坩堝蓋，從小坩堝內(nèi)取出燒結(jié)好 的金屬粉末成型試樣。
[0025] 將用過的坩堝與堝蓋在砂輪機(jī)上打磨平整（有殘留的粘結(jié)劑），以準(zhǔn)備下一次重 復(fù)使用。
[0026] 表1燒結(jié)粘結(jié)劑配方
[0028] 表2坩堝封裝的工藝參數(shù)
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，其特征在于，包括下述步驟： (1) 按質(zhì)量份數(shù)，骨料：輔料：粘結(jié)劑=100: (50~100) : (50~100)，利用粘接劑將骨 料和輔料調(diào)和在一起制成糊狀的燒結(jié)密封劑，其中骨料為氧化鋁粉、氧化鋯粉、莫來石粉中 的一種；輔料為膨潤(rùn)土、高嶺土、蒙脫土中的一種；粘結(jié)劑為硅溶膠或鋁溶膠； (2) 將金屬粉末裝入第一陶瓷坩堝內(nèi)，燒結(jié)密封劑涂抹在該陶瓷坩堝的口上，蓋上相應(yīng) 該陶瓷坩堝口徑的陶瓷堝蓋，將金屬粉末密封在堝內(nèi)，室溫下放置至少半小時(shí)； (3) 將封裝有金屬粉末的第一陶瓷坩堝放入直徑比其大2~3倍的第二陶瓷坩堝內(nèi)，并 在第一、第二陶瓷坩堝之間填充氣氛保護(hù)劑，將燒結(jié)密封劑涂抹在第二陶瓷坩堝口上，蓋上 相應(yīng)該陶瓷坩堝口徑的陶瓷堝蓋，將第一陶瓷坩堝密封在堝內(nèi)，室溫下放置至少半小時(shí)； (4) 將封裝有第一陶瓷坩堝的第二陶瓷坩堝置于空氣爐爐膛內(nèi)燒結(jié)，冷卻至室溫后取 出，輕敲打開第二陶瓷坩堝的堝蓋，取出第一陶瓷坩堝，并輕敲打開第一陶瓷坩堝的堝蓋， 取出燒結(jié)好的金屬粉末成型試樣。2. 如權(quán)利要求1所述的在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，其特征在于，所 述氣氛保護(hù)劑為活性炭、木削、焦炭中的任一種。3. 如權(quán)利要求1所述的在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，其特征在于，所 述第一、第二陶瓷坩堝的材質(zhì)為莫來石陶瓷、氧化鋁陶瓷、氧化硅陶瓷中的任一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在空氣爐中實(shí)現(xiàn)金屬粉末防氧化的燒結(jié)方法，其特征在于，耐高溫密封劑為骨料、輔料和粘結(jié)劑組成；將金屬試樣放入小陶瓷坩堝內(nèi)，高溫密封劑涂抹在坩堝口，蓋上陶瓷蓋；在大坩堝中放入氣氛保護(hù)劑和小坩堝，將高溫密封劑涂抹在大坩堝口，蓋上陶瓷蓋。將裝有小坩堝和木炭的大坩堝放于空氣爐中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬試樣的低成本燒結(jié)。
【IPC分類】B22F3/10
【公開號(hào)】CN104907559
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510308854
【發(fā)明人】郭從盛, 辛思彧, 譚宏斌, 董洪峰, 鄭旭濤, 熊卓
【申請(qǐng)人】陜西理工學(xué)院
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日