一種鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法。該材料由以下重量份配比的原料制成：混合鐵粉72-75份、氧化鋇5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2-5份、氟化石墨4-8份、微蠟粉4-8份、鉬粉3-7份、錫粉10-14份、硫化錳粉2-5份和氧化鋁粉3-6份。其制備方法包括：混合、壓制、燒結(jié)、整形和浸油處理。本發(fā)明提供減摩材料具有較好強、硬度，良好的導電性和高溫熱穩(wěn)定性，良好潤滑性能、摩擦系數(shù)小的優(yōu)點；且原料易得、加工成本低，制備工藝簡單、參數(shù)易控，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料，特別涉及一種鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)。粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。粉末冶金與傳統(tǒng)熔鑄方法相比，具有以下特點:
(I)粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料(如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等)具有重要的作用。
[0003](2)可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學和力學性能。
[0004](3)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術(shù)。
[0005](4)可以生產(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
[0006](5)可以實現(xiàn)近凈形成形和自動化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
[0007](6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
[0008]由于粉末冶金的種種優(yōu)點，粉末冶金相關(guān)企業(yè)已經(jīng)適用于汽車行業(yè)、裝備制造業(yè)、金屬行業(yè)、航空航天、軍事工業(yè)、儀器儀表、五金工具、電子家電等領(lǐng)域的零配件生產(chǎn)和研究，相關(guān)原料、輔料生產(chǎn)，各類粉末制備設(shè)備、燒結(jié)設(shè)備制造。產(chǎn)品包括軸承、齒輪、硬質(zhì)合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業(yè)中，重型的武器裝備如穿甲彈，魚雷等，飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業(yè)最大的市場，約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。
[0009]目前，全球制造業(yè)正加速向中國轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機遇和巨大的市場空間。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)。另外，部分用傳統(tǒng)鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術(shù)制造，因而備受工業(yè)界的重視。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵外商投資項目，發(fā)展前景廣闊。
[0010]隨著我國加入WTO以后，市場逐漸國際化，粉末冶金市場將得到進一步擴大的機會；但是我國粉末冶金行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過了近10年的高速發(fā)展，但與國外的同行業(yè)仍存在很大的差距:絕大多數(shù)企業(yè)缺乏技術(shù)支持，研發(fā)能力落后，產(chǎn)品檔次低，難以與國外競爭，工藝裝備、配套設(shè)施落后。粉末冶金分類主要為:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。其中，粉末冶金減摩材料，是用粉末冶金方法制造的、在相對運動中相互摩擦表面之間的摩擦系數(shù)較小的金屬、合金或金屬復合材料，又稱燒結(jié)減摩材料。燒結(jié)減摩材料廣泛用于制造滑動軸承、止推軸承、端面密封、支承襯套等。其主要優(yōu)點是在有限潤滑油的條件下，使用壽命較長和可靠性較高。燒結(jié)減摩材料按其制造方法可分為兩類。一類是在材料孔隙中浸有潤滑油或在材料成分中加有(或在其表層充復)減摩劑或固體潤滑劑(石墨、氧化物、硫化物、氮化物、氟塑料或其他塑料)。這類材料在干摩擦條件下依靠自身或表層含有的潤滑劑潤滑，即具有自潤滑效果。另一類是鋼與燒結(jié)合金的復合材料，如在鋼帶上燒結(jié)一層銅鉛合金粉末等。這類材料的承載能力比前一類大，一般用以制造重載軸承。燒結(jié)減摩材料的發(fā)展趨向是提高多孔鐵基和銅基材料的承載能力，發(fā)展能在較高溫度和更惡劣的摩擦條件下使用的材料，研制能在真空和惰性氣體中工作的材料。目前，鐵基燒結(jié)減摩材料因其優(yōu)良的強度和耐磨性能、后加工材料損耗小及高性價比等優(yōu)點，已作為銅合金的替代材料在滑動軸承、汽車摩擦副零件和液壓元件等領(lǐng)域推廣應(yīng)用，其中鐵基齒輪泵側(cè)板就是鐵基燒結(jié)減摩材料在液壓元件生產(chǎn)中應(yīng)用的典型范例。但是鐵基燒結(jié)材料的減摩性能一般不如銅基材料好，特別在貧油和較高溫工況，摩擦副表面易發(fā)生黏著磨損甚至咬合。尤其是抗黏著性能差，會給機器帶來致命傷害，例如葉片泵的配油盤，在過載情況下配油盤與高速旋轉(zhuǎn)葉片的咬合，將會導致整個葉片泵的工作失效。因此，如何提高鐵基燒結(jié)自潤滑材料的抗黏著、耐磨損等性能顯得尤為重要。而我國相關(guān)粉末冶金減摩材料的原料配方和燒結(jié)工藝相對于國外還處于落后階段，從而導致粉末冶金減摩材料的物理性能和工藝性能偏低。與國外技術(shù)相比還存在很大的差距。所以，要想將以上種種不足和弱點得以改善，那粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平必需得到提高和發(fā)展。因此迫切需要尋找一種具有較好抗黏著、耐磨損性能的鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有較好抗黏著、耐磨損性能的鐵基粉末冶金減摩材料及其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種鐵基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉72-75份、氧化鋇5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2-5份、氟化石墨4-8份、微臘粉4_8份、鑰粉3~7份、錫粉10-14份、硫化猛粉2_5份和氧化招粉3_6份。
[0012]所述所述混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為45?48%，還原鐵粉的質(zhì)量百分比為52飛5%。
[0013]所述混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化猛粉為200目和氧化招粉為200目。
[0014]一種鐵基粉末冶金減摩材料的制備方法，該方法包括以下制備步驟:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在740?760MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4?6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過92(T950°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0015]所述潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0016]所述保護氣氛為氫氣或氮氣。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明提供減摩材料具有較好強、硬度，良好的導電性和高溫熱穩(wěn)定性，良好潤滑性能、摩擦系數(shù)小的優(yōu)點；且原料易得、加工成本低，制備工藝簡單、參數(shù)易控，生產(chǎn)過程安全環(huán)保，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；通過對材料成分的調(diào)整和優(yōu)化，形成了以高強度的硬質(zhì)增強相和分散均勻的潤滑減摩相牢固結(jié)合的新型減摩材料，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、能源等機械裝備中。

【具體實施方式】
[0017]實施例1
一種鐵基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉72份、氧化鋇5份、氧化鋅3份、冶金炭黑2份、氟化石墨4份、微蠟粉4份、鑰粉3份、錫粉10份、硫化錳粉2份和氧化鋁粉3份。其中，混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為45%，還原鐵粉的質(zhì)量百分比為55%。
[0018]混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化錳粉為200目和氧化鋁粉為200目。
[0019]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在740MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過920°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0020]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0021]所述保護氣氛為氫氣。
[0022]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的密度為6.14g/cm3、硬度為81HRB、摩擦系數(shù)為0.091、磨痕深度為0.018mm、摩擦溫升為102°C。
[0023]實施例2
一種鐵基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉73份、氧化鋇6份、氧化鋅4份、冶金炭黑3份、氟化石墨6份、微蠟粉5份、鑰粉4份、錫粉11份、硫化錳粉3份和氧化鋁粉4份。其中，混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為46%,還原鐵粉的質(zhì)量百分比為54%。
[0024]混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化錳粉為200目和氧化鋁粉為200目。
[0025]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在750MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為5T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過930°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以26°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0026]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0027]所述保護氣氛為氫氣。
[0028]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的密度為6.19g/cm3、硬度為83HRB、摩擦系數(shù)為0.094、磨痕深度為0.017mm、摩擦溫升為107°C。
[0029]實施例3
一種鐵基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉74份、氧化鋇7份、氧化鋅6份、冶金炭黑4份、氟化石墨7份、微蠟粉7份、鑰粉6份、錫粉13份、硫化錳粉4份和氧化鋁粉5份。其中，混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為47%，還原鐵粉的質(zhì)量百分比為53%。
[0030]混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化錳粉為200目和氧化鋁粉為200目。
[0031]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在760MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為5T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過940°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以28°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0032]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0033]所述保護氣氛為氮氣。
[0034]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的密度為6.14g/cm3、硬度為84HRB、摩擦系數(shù)為0.096、磨痕深度為0.015mm、摩擦溫升為109°C。
[0035]實施例4
一種鐵基粉末冶金減摩材料，由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉75份、氧化鋇8份、氧化鋅7份、冶金炭黑5份、氟化石墨8份、微蠟粉8份、鑰粉7份、錫粉10-14份、硫化錳粉5份和氧化鋁粉6份。其中，混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為48%，還原鐵粉的質(zhì)量百分比為55%。
[0036]混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微蠟粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化錳粉為200目和氧化鋁粉為200目。
[0037]其制備方法如下:
A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在760MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過950°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
[0038]潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
[0039]所述保護氣氛為氮氣。
[0040]經(jīng)過檢測，本實施例產(chǎn)品的密度為6.21g/cm3、硬度為84HRB、摩擦系數(shù)為0.096、磨痕深度為0.013mm、摩擦溫升為107°C。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵基粉末冶金減摩材料，其特征在于由以下重量份配比的原料制成:混合鐵粉72-75份、氧化鋇5-8份、氧化鋅3-7份、冶金炭黑2_5份、氟化石墨4_8份、微蠟粉4_8份、鑰粉3_7份、錫粉10-14份、硫化猛粉2_5份和氧化招粉3_6份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述所述混合鐵粉由羰基鐵粉和還原鐵粉混合而成，羰基鐵粉的質(zhì)量百分比為45?48%，還原鐵粉的質(zhì)量百分比為52?55%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金減摩材料，其特征在于:所述混合鐵粉為300目、氧化鋇為200目、氧化鋅為200目、冶金炭黑為100目、氟化石墨為100目、微臘粉為100目、鑰粉為200目、錫粉為250目、硫化錳粉為200目和氧化鋁粉為200目。
4.一種權(quán)利要求1所述的鐵基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下制備步驟: A、混合:將粉料按所述配比進行稱量，放入雙錐混合器中以300r/min的轉(zhuǎn)速混合60分鐘，制成混合均勻的粉料；B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在740?760MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，壓力為4?6T/cm2; C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，在保護氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)過程中壓力為5.1兆帕，壓坯首先經(jīng)過92(T950°C的預熱帶，預熱時間為1.5h，然后進入1220°C的燒結(jié)帶，保溫2h，最后以25-30°C /分鐘將加壓燒結(jié)后的產(chǎn)物從燒結(jié)溫度降溫至室溫，得到燒結(jié)體；D、整形:將燒結(jié)體壓制整形并得到壓件；E、浸油:將壓件在真空度為負一個大氣壓下浸入潤滑油中進行浸油處理，浸油時間為30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于:所述潤滑油由艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號YQ-28#的潤滑油、航空煤油、抗磨劑和防銹油按質(zhì)量百分比為50:45:3:2的比例組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵基粉末冶金減摩材料的制備方法，其特征在于:所述保護氣氛為氫氣或氮氣。
【文檔編號】B22F3/16GK104384502SQ201410594275
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】劉莉, 王爽, 邱晶 申請人:蘇州萊特復合材料有限公司