一種單質(zhì)粉料燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料及制備方法
【專利摘要】一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料及其制造方法，該減摩材料原料的組成：Fe67~71%、Cu28.4%~32.4%、Sn0.6%、硬脂酸鋅0.7%；按體積計(jì)，含油率為17~22%。該含油減摩材料采用的是單質(zhì)鐵銅混合粉，鐵粉是還原鐵粉，銅粉是電解銅粉和霧化銅粉的混合粉，這種單質(zhì)鐵銅混合粉混合均勻，避免了鐵粉和銅粉由于密度不同而造成的偏析現(xiàn)象。將混合均勻的粉料進(jìn)行壓制、燒結(jié)、精整、浸油等工序操作，獲得了性能優(yōu)越的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料。該種含油減摩材料的優(yōu)點(diǎn)是原料采用單質(zhì)混合粉，價(jià)格便宜；燒結(jié)后的微觀組織均勻、無偏析，性能穩(wěn)定；銅的含量較高，耐磨性好；不含鉛，滿足環(huán)保要求；燒結(jié)溫度為1040℃時(shí)，其耐磨性能甚至超過采用預(yù)合金粉制備的鐵銅基含油減摩材料。
【專利說明】一種單質(zhì)粉料燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是單質(zhì)粉料燒結(jié)的高性能粉末冶金鐵銅基含油減摩材料，這種減摩材料可以應(yīng)用到汽車、摩托車、電動(dòng)工具、家用電器等領(lǐng)域，具體涉及一種單質(zhì)粉料燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末冶金鐵銅基含油減摩材料綜合了銅基和鐵基含油減摩材料的優(yōu)點(diǎn)，具有力學(xué)性能好、噪音低、耐磨性高等特性，因而在含油減摩材料領(lǐng)域得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。鐵銅基含油減摩材料的原料粉主要是一些預(yù)合金粉，如鐵銅低溫?cái)U(kuò)散粉、銅包鐵化學(xué)反應(yīng)粉、鐵和青銅(90Cu10Sn)混合粉等，以預(yù)合金粉為原料的含油減摩材料的優(yōu)勢(shì)是燒結(jié)體強(qiáng)度高、無偏析、性能穩(wěn)定，但是預(yù)合金粉價(jià)格比較貴，壓制性能相對(duì)較差，成分調(diào)節(jié)上也不如單質(zhì)粉靈活。而對(duì)于采用單質(zhì)鐵銅粉料制備的鐵銅基含油減摩材料，由于鐵和銅的本身密度相差較大，而且粉末顆粒的微觀形貌也不同，因此混合時(shí)往往容易產(chǎn)生偏析、分層等問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，尤其是鐵和銅的含量比較接近時(shí)，偏析問題也越發(fā)嚴(yán)重。為了克服鐵和銅密度不同而造成的偏析現(xiàn)象，人們制備得到了松裝密度與鐵粉比較接近的銅錫擴(kuò)散粉，但是粉料價(jià)格提高的同時(shí)偏析的現(xiàn)象仍然存在，也有人利用低溫?cái)U(kuò)散制備了鐵和銅的低溫?cái)U(kuò)散粉或者化學(xué)置換的方法制備銅包鐵粉，這些預(yù)合金粉比較好的解決了粉料混合偏析的問題，但成本仍偏高，耐磨性能也不甚理想。另一方面是強(qiáng)度問題，相對(duì)于預(yù)合金粉，單質(zhì)的混合粉缺少了原子的預(yù)擴(kuò)散，顆粒間的“咬合”不夠，所以含油減摩材料的力學(xué)性能不理想，影響使用壽命。因此，由于上述兩方面問題，一些含銅量比較高的高性能鐵銅基含油減摩材料的應(yīng)用受到限制，而這種兼 具結(jié)構(gòu)特性和軸承特性的含油減摩材料市場(chǎng)需求量很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供一種力學(xué)性能好且性能的單質(zhì)粉料燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料及制備方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明所述的一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料，由以下三種粉料組成基體且三種粉料及配比(按質(zhì)量百分比計(jì))如下:
[0006]小于100目的還原鐵粉67%~71%、
[0007]小于120目的混合銅粉28.4%~32.4%、
[0008]小于325目的錫粉0.6% ；
[0009]所述鐵銅基含油減摩材料是以包括基體材料及占基體總質(zhì)量0.7%的硬脂酸鋅為原料并經(jīng)過以下處理后的材料，所述處理的過程如下:
[0010]A、混合:將粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih ；
[0011]B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300_600MPa壓力下壓制成型并得到壓還，所述壓還的成型密度6.2~6.3g/cm3 ；
[0012]C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為NJPH2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過500~600°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為I~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5~2.5h,最后在冷卻帶冷卻I~1.5h至室溫,得到燒結(jié)體；
[0013]D、整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件；
[0014]E、浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#的潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-30~150°C。
[0015]本發(fā)明所述的一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料的制造方法，具體步驟如下:
[0016]步驟A混合:將還原鐵粉、混合銅粉、硬脂酸鋅及錫粉粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih ；
[0017]步驟B壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300_600MPa壓力下壓制成型并得到壓還，所述壓還的成型密度6.2~6.3g/cm3 ；
[0018]步驟C燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為N2和H2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過500~600°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為I~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5~2.5h，最后在冷卻帶冷卻I~1.5h至室溫，得到燒結(jié)體；
[0019]步驟D整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件；
[0020]步驟E浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-30~150°C。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]本發(fā)明通過將松裝密度和流速接近的銅粉和鐵粉混合、控制燒結(jié)溫度，本發(fā)明提供一種以單質(zhì)鐵銅粉為原料的高性能粉末冶金鐵銅基含油減摩材料。還原鐵粉的松裝密度為2.3~2.5g/cm3，流速為34~36s/50g，銅粉則是市售的霧化銅粉和電解銅粉，霧化銅粉的松裝密度2.7~2.9g/cm3，流速為32~34s/50g，電解銅粉的松裝密度1.8~2.0g/cm3,流速為41~43s/50g ;霧化銅粉和電解銅粉性質(zhì)上的差異除了密度上的不同，還有部分原因是微觀形貌的差別，霧化銅粉是顆粒狀的，而電解銅粉是樹枝狀的；霧化銅粉顆粒間隙小、顆粒間相對(duì)滑動(dòng)阻礙小，因此松裝密度大、流速快，電解銅粉則反之。為了得到與還原鐵粉性質(zhì)比較接近的銅粉，按質(zhì)量百分比，將35~45%霧化銅粉和55~65%電解銅粉混合，獲得的混合銅粉松裝密度為2.2~2.4g/cm3，流速為34~36s/50g，基本與還原鐵粉一致。將此混合銅粉與鐵粉按成分配比混合，基本沒有偏析現(xiàn)象。同時(shí)在鐵銅基體中還添加0.6%的錫，由于錫的熔點(diǎn)比較低(327°C)，燒結(jié)過程中會(huì)熔化而在原來的位置形成一些流出孔，這些孔隙可以用來儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，提高含油減摩材料的含油率；熔化的錫還會(huì)流入到鐵銅的顆粒之間，與鐵和銅反應(yīng)生成一些中間化合物，使顆粒之間聯(lián)接更加緊密，提高含油減摩材料的力學(xué)性能。加入0.7%的硬脂酸鋅，主要目的是減少脫模過程遇到的阻力，降低對(duì)模具的傷害；燒結(jié)過程中硬脂酸鋅也會(huì)揮發(fā)，產(chǎn)生細(xì)小的孔隙。
[0023]燒結(jié)溫度的選取主要從以下兩方面考慮，一方面由于采用單質(zhì)混合粉的燒結(jié)體缺少原子預(yù)擴(kuò)散的過程，力學(xué)性能(壓潰強(qiáng)度和硬度)相對(duì)較差，所以燒結(jié)溫度要相對(duì)較高；另一方面由于基體中銅的含量達(dá)到30%左右，所以燒結(jié)溫度又要低于銅的熔點(diǎn)1083°C，避免燒結(jié)過程中產(chǎn)生大量液相而過燒。所以，燒結(jié)溫度選為950~1050°C。[0024]本發(fā)明的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料由于采用了單質(zhì)的鐵銅粉為原料，價(jià)格比較低廉；粉料混合均勻，燒結(jié)體的微觀組織均一，性能穩(wěn)定；含油減摩材料的磨合性和耐磨性較好，運(yùn)轉(zhuǎn)平靜，噪音低；力學(xué)性能優(yōu)異，可以承受較大載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)更長(zhǎng)時(shí)間；組成成分中不含有害鉛，滿足環(huán)保的要求。
[0025]本發(fā)明將電解銅粉和霧化銅粉按一定比例混合，獲得的混合銅粉的松裝密度和流速與還原鐵粉基本一致，確保了鐵粉和銅粉混合均勻，加入少量的錫來增加孔隙率和強(qiáng)化材料的強(qiáng)度；適當(dāng)?shù)奶岣邿Y(jié)溫度使鐵銅基含油減摩材料的力學(xué)性能增強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的微觀組織(100倍)；
[0027]圖2是本發(fā) 明的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的微觀組織(200倍)；
[0028]圖3是以電解銅粉為原料的的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的微觀組織(100倍)；
[0029]圖4是以電解銅粉為原料的的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的微觀組織(200倍)；
[0030]圖5是本發(fā)明鐵銅基含油減摩材料的X射線衍射圖譜；
[0031]圖6是不同原料粉得到的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的磨損量。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
[0033]一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料，其特征在于，以下三種粉料組成基體且三種粉料及配比(按質(zhì)量百分比計(jì))如下:
[0034]小于100目的還原鐵粉67%~71%、
[0035]小于120目的混合銅粉28.4%~32.4%、
[0036]小于325目的錫粉0.6% ；
[0037]所述鐵銅基含油減摩材料是以包括基體材料及占基體總質(zhì)量0.7%的硬脂酸鋅為原料并經(jīng)過以下處理后的材料，所述基體中的三種粉料的具體配比可選擇:小于100目的還原鐵粉67%、71%或68%、小于120目的混合銅粉28.4%,29%或32.4%、小于325目的錫粉
0.6%,
[0038]所述處理的過程如下:
[0039]A、混合:將粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih ；
[0040]B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300_600MPa壓力下壓制成型并得到壓還，所述壓還的成型密度6.2~6.3g/cm3 ；
[0041]C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為NJPH2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過500~600°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為I~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5~2.5h,最后在冷卻帶冷卻I~1.5h至室溫,得到燒結(jié)體；
[0042]D、整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件；
[0043]E、浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#的潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-30~150°C。[0044]在本實(shí)施例中，所述混合銅粉由霧化銅粉和電解銅粉混合而成，并且，霧化銅粉的質(zhì)量百分比為35~45%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為55~65%，所述還原鐵粉的流速為34~36s/50g，松裝密度2.3~2.5g/cm3 ;霧化銅粉的流速為32~34s/50g，松裝密度2.7~2.9g/cm3 ；電解銅粉的流速為41~43g/cm3，松裝密度1.8~2.0g/cm3 ;將35~45%霧化銅粉和55~65%電解銅粉混合后得到的混合銅粉的流速為34~36s/50g，松裝密度2.2~
2.4g/cm3,具體來說，霧化銅粉的質(zhì)量百分比為35%、40%或45%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為55%,58%或65%，所述還原鐵粉的流速為34、35或36s/50g，松裝密度2.3,2.4或2.5g/cm3 ；霧化銅粉的流速為32、33或34s/50g，松裝密度2.7、2.8或2.9g/cm3 ；電解銅粉的流速為41,42 或 43g/cm3，松裝密度 1.8、1.9 或 2.0g/cm3 ;將 35%,34% 或 45% 霧化銅粉和 55%,58%或65%電解銅粉混合后得到的混合銅粉的流速為34、35或36s/50g，松裝密度2.2,2.3或
2.4g/cm3。
[0045]實(shí)施例2
[0046]—種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料的制造方法，具體步驟如下:
[0047]步驟A混合:將還原鐵粉、混合銅粉、硬脂酸鋅及錫粉粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih ；
[0048]步驟B壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300_600MPa壓力下壓制成型并得到壓還，所述壓還的成型密度6.2~6.3g/cm3 ；
[0049]步驟C燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng) 帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為N2和H2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過500~600°C的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為I~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5~2.5h，最后在冷卻帶冷卻I~1.5h至室溫，得到燒結(jié)體；
[0050]步驟D整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件；
[0051]步驟E浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-30~150°C。
[0052]在本實(shí)施例中，所述壓坯的形狀為便于性能測(cè)試的圓筒狀且外徑X內(nèi)徑X高=9.2X4.9 X 6.5mm,或?yàn)閴K狀且長(zhǎng) X 寬 X 高=18 X 12 X 5_。
[0053]本發(fā)明的粉末冶金鐵銅基含油減摩材料的具體的實(shí)施過程如下:
[0054]按上述的成分配比，稱量694g還原鐵粉，300g混合銅粉，6g錫粉，7g硬脂酸鋅。將上述粉料在V型混料機(jī)中混合Ih ;然后將混合均勻的粉料置于模具中，在300-600MPa壓力下壓制成圓筒狀(外徑X內(nèi)徑X高度=9.2X4.9X6.5mm)和塊狀(長(zhǎng)X寬X高=18X12X5mm)兩種形狀，便于力學(xué)性能和磨損量的測(cè)定，壓坯的密度都為6.2~6.3g/cm3 ;將上述壓坯在網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為N2和H2的還原氣氛，燒結(jié)的溫度為950~1050°C，燒結(jié)時(shí)間為5h;將上述燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形，去除表面毛坯同時(shí)使燒結(jié)體具有精確的尺寸；將上述精整的壓件進(jìn)行真空浸油處理，潤(rùn)滑油的型號(hào)YQ_28#(粘度指數(shù)146，使用溫度-30~150°C)。
[0055]表1
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料，其特征在于，由以下三種粉料組成基體且三種粉料及配比(按質(zhì)量百分比計(jì))如下: 小于100目的還原鐵粉67%~71%、 小于120目的混合銅粉28.4%~32.4%、 小于325目的錫粉0.6% ； 所述鐵銅基含油減摩材料是以包括基體材料及占基體總質(zhì)量0.7%的硬脂酸鋅為原料并經(jīng)過以下處理后的材料，所述處理的過程如下: A、混合:將粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih； B、壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300-600MPa壓力下壓制成型并得到壓坯，所述壓還的成型密度6.2^6.3g/cm3 ； C、燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為N2和H2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過50(T60(TC的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為l~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5^2.5h，最后在冷卻帶冷卻f 1.5h至室溫，得到燒結(jié)體； D、整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件； E、浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#的潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-3(Tl50°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料，其特征在于，所述混合銅粉由霧化銅粉和電解銅粉混 合而成，并且，霧化銅粉的質(zhì)量百分比為35~45%，電解銅粉的質(zhì)量百分比為55~65%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料，其特征在于，所述還原鐵粉的流速為3r36s/50g，松裝密度2.3^2.5g/cm3 ;霧化銅粉的流速為32~34s/50g，松裝密度2.Tl.9g/cm3 ；電解銅粉的流速為41~43g/cm3，松裝密度1.8^2.0g/cm3 ;將35~45%霧化銅粉和55~65%電解銅粉混合后得到的混合銅粉的流速為34~36s/50g，松裝密度2.2~2.4g/cm3。
4.一種單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料的制造方法，其特征在于，具體步驟如下: 步驟A混合:將還原鐵粉、混合銅粉、硬脂酸鋅及錫粉粉料按所述配比在V型混料機(jī)中進(jìn)行混合，混合時(shí)間為Ih; 步驟B壓制:將混合均勻的粉料置于模具中，在300-600MPa壓力下壓制成型并得到壓還，所述壓還的成型密度6.2^6.3g/cm3 ； 步驟C燒結(jié):將壓坯置于網(wǎng)帶燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)氣氛為N2和H2的還原氣氛，燒結(jié)過程中，壓坯首先經(jīng)過50(T60(TC的預(yù)熱帶，預(yù)熱時(shí)間為l~2h，然后進(jìn)入950~1050°C的燒結(jié)帶，保溫1.5^2.5h，最后在冷卻帶冷卻f 1.5h至室溫，得到燒結(jié)體； 步驟D整形:將燒結(jié)體用壓模進(jìn)行壓制整形并得到壓件； 步驟E浸油:將壓件進(jìn)行真空浸油處理，真空度為負(fù)一個(gè)大氣壓，潤(rùn)滑油為艾克森美孚公司生產(chǎn)的型號(hào)為YQ-28#潤(rùn)滑油，粘度指數(shù)146，使用溫度-3(Tl50°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料的制造方法，其特征在于，所述壓坯的形狀為便于性能測(cè)試的圓筒狀且外徑X內(nèi)徑X高=9.2X4.9X6.5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單質(zhì)粉燒結(jié)的鐵銅基含油減摩材料的制造方法，其特征在于，所述壓坯的形狀為便于性能測(cè)試的塊狀且長(zhǎng)X寬X高=18X 12X5mm。
【文檔編號(hào)】C10M125/04GK103526114SQ201310498828
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】潘冶, 秦清華, 申承秀, 王春官 申請(qǐng)人:東南大學(xué)