用于提高不銹鋼燒結(jié)密度的添加劑及其制造相關(guān)不銹鋼燒結(jié)部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于提高不銹鋼燒結(jié)密度的添加劑 及其制造相關(guān)不銹鋼燒結(jié)部件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉末冶金不銹鋼零件能否替代致密不銹鋼零件取決于兩個主要因素：它的強度及 耐腐蝕性。目前使用的不銹鋼粉末制備高密度產(chǎn)品的方法包括在600~800MPa的壓實壓 力下將不銹鋼粉末壓實到約在6. 4~6. 8g/cm3之間的密度，然后將得到的坯體在高溫下燒 結(jié)，溫度有時達1400°C，如突緣（支座），持續(xù)30分鐘，為的是得到約為7. 25g/cm3的密度。 即使這樣，粉末冶金結(jié)構(gòu)零件組織內(nèi)部仍有一定量的殘留孔隙，這些孔隙會降低零件的強 度。
[0003] 為了使燒結(jié)的不銹鋼零件達到高的燒結(jié)密度，現(xiàn)有一種近年發(fā)展的方法曾在TO 專利公報99/36214中公開，按照這種方法，具有球形微粒的氣體霧化的金屬粉用以重量計 至少為0. 5%的加熱可逆的水解膠體作為粘接劑使它團聚，然后在單軸向加壓操作中用大 于2m/s的錘頭速率將它壓實成為具有高密度的坯體。當(dāng)該金屬粉為不銹鋼粉時，該?？?薦為了得到高的燒結(jié)密度，可在1350°C燒結(jié)2到3個小時。
[0004] 粉末冶金工藝不斷發(fā)展，已有諸如溫壓、模壁潤滑和超固相燒結(jié)等技術(shù)可以在很 大程度上消除這些殘留空隙，增加材料的強度，但是零件要達到全致密或者98. 5%以上致 密度，需要在較高溫度下進行長時間的燒結(jié)，當(dāng)然要考慮能源費用高的問題，另外需要有特 殊的高溫爐也是一個問題。經(jīng)查專利CN200510032920. 2《不銹鋼粉末的高密度低溫溫壓成 形方法》和CN201110130719. 3《一種提高不銹鋼粉末冶金零件密度的方法》都有相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種配方合理、使用效果好的用于提高 不銹鋼燒結(jié)密度的添加劑。
[0006] 本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種采用上述添加劑制造不銹鋼燒結(jié) 部件的方法，將上述具有獨特配方的添加劑加入不銹鋼基粉中，有效提高不銹鋼粉的壓制 密度。
[0007] 本發(fā)明解決上述第一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種用于提高不銹鋼燒結(jié) 密度的添加劑，其特征在于：該添加劑是由占不銹鋼粉末質(zhì)量百分比3~5%的低熔點鐵合 金粉末、0. 1~0. 3%低碳有機酸物和0. 01~0. 1 %的低溫潤滑劑混合而成。
[0008] 作為優(yōu)選，所述低熔點鐵合金粉末為Fe-P、Fe-Si或Fe-C合金細粉，其中P、Si、C 的質(zhì)量含量不高于16 %，粒徑在1~50 μ m之間。
[0009] 作為優(yōu)選，所述低碳有機酸物包括檸檬酸、蘋果酸、奶油酸、己酸、帶羧基的C6~ C10低碳酸、胍與有機酸的反應(yīng)生成物中的至少一種。
[0010] 作為優(yōu)選，所述低溫潤滑劑為月桂酸、芥酸、油酸或者酰胺化合物中的至少一種， 低溫潤滑劑的粒徑在1~5 μπι之間。
[0011] 本發(fā)明解決上述第二個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種上述添加劑制造不銹 鋼燒結(jié)部件的方法，其特征在于步驟為：
[0012] 1)將不銹鋼粉末作為基粉和普通潤滑劑充分混合；
[0013] 2)配制添加劑：將占基粉質(zhì)量百分比3~5%的低熔點鐵合金粉末、0. 1~0. 3% 低碳有機酸物和0. 01~0. 1 %的低溫潤滑劑混合得到具有潤滑性的添加劑，將添加劑加入 到步驟1)的含有潤滑劑的不銹鋼粉末中，混合均勻；
[0014] 3)將上述所得不銹鋼粉，在600-900MPa的壓力下壓制，壓制好的部件在1200~ 1350°C溫度中燒結(jié)20-60min，升溫階段在600°C以上時采用快速升溫，升溫速率為15~ 65 °C /min，最后得到高密度不銹鋼燒結(jié)部件。
[0015] 作為優(yōu)選，所述步驟2)中的低熔點鐵合金粉末為Fe-P、Fe-Si或Fe-C合金細粉， 其中P、Si、C的質(zhì)量含量不高于16%，粒徑在1~50 μπι之間；低碳有機酸物包括檸檬酸、 蘋果酸、奶油酸、己酸或者是帶羧基的C6~C10低碳酸，或者是胍與有機酸的反應(yīng)生成物中 的至少一種；低溫潤滑劑為月桂酸、芥酸、油酸或者酰胺反應(yīng)物中的至少一種，低溫潤滑劑 的粒徑在1~5 μ m之間。
[0016] 作為改進，所述步驟2)中的混合為機械攪拌，混合物經(jīng)過有機溶劑溶解過，待有 機物熔解、粉末混合均勻后冷卻至室溫。
[0017] 作為改進，所述步驟2)制得的添加劑與不銹鋼粉末的混合為機械攪拌，在50~ 60°C保溫操作，攪拌時間30~50min。
[0018] 作為改進，所述步驟3)壓制時模具需有60~90°C的溫度。
[0019] 作為改進，所述步驟3)燒結(jié)過程中升溫階段在600°C以上時升溫速度為50°C / min，達到燒結(jié)溫度后，保溫?zé)Y(jié)40~60min，燒結(jié)好強制降溫。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：采用低熔點鐵合金粉末、低碳有機酸物和低 溫潤滑劑作為添加劑，由于混有低熔點有機物，模具壓制時產(chǎn)生部分液態(tài)潤滑劑，擴散到模 具壁而降低模壁摩擦力，有利于提高不銹鋼粉的壓制密度；不銹鋼粉經(jīng)過有機物的包覆，燒 結(jié)前（600~900°C )得到活化，同時低熔點合金在燒結(jié)時液化，對不銹鋼粉燒結(jié)有促進作 用。本發(fā)明的添加劑配方科學(xué)合理，可有效提高不銹鋼粉的壓制密度，使得燒結(jié)制品具有更 高的密度和更強的力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明實施例1的不銹鋼434L壓制體的平面拋光金相圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明實施例2的不銹鋼434L燒結(jié)體的晶粒掃描電鏡圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明實施例2的不銹鋼434L燒結(jié)體的光學(xué)金相圖。
【具體實施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0025] 實施例1
[0026] 采用434L系列霧化不銹鋼粉作基粉，加入占基粉質(zhì)量0. 4%的普通高溫型潤滑 劑，機械攪拌均勻，作為備用料使用。
[0027] 配制添加劑，步驟如下：按基粉質(zhì)量的3%稱量所需Fe3P合金，同時也以基粉質(zhì)量 為標準，稱量占其質(zhì)量〇. 1%的月桂酸（簡稱LA)和占其質(zhì)量0.2%的蘋果酸（MA)，混入到 Fe3P合金粉末中，滴入少量溶劑一一無水乙醇，以能溶解掉MA為宜，攪拌均勻，晾干，即得到 燒結(jié)添加劑。
[0028] 在已配有普通潤滑劑的不銹鋼基粉中混入上述配制的助燒添加劑，在V型攪拌機 中混勻，混合時間0. 5h。這樣，帶有模壁潤滑效果的待壓制不銹鋼粉料準備完成。
[0029] 作為比較，以上不銹鋼備用粉另外增添同一普通潤滑劑0. 3%，在V型攪拌機中混 勻，混合時間0. 5h。
[0030] 兩種待壓粉末都在同一模具中壓制成形，壓力大小為600MPa，模具溫度分別控制 在20 °C和60 °C，下表1記錄了脫模力大小。
[0031] 表1不銹鋼粉添加物與脫模力（單位：kN)
[0032]
[0033] 圖1顯示了添加劑在不銹鋼壓制體中的分布情況，這種良好的分布情況有助于燒 結(jié)致密化。
[0034] 在冷模試驗時，用發(fā)明的添加劑可以使脫模力明顯減小，而在溫模中，由于壓制密 度提高〇. lg/cm3,脫模力保持在同一水平。
[0035] 實施例2
[0036] 實施例1中配置的434L系列不銹鋼粉待壓粉末，分別用標準沖擊試棒模具、拉伸 試棒模具和塊體密度試棒模具壓制成形，壓制壓力均控制在600MPa，成形后的各類試棒，同 批次放入氬氣保護真空燒結(jié)爐中進行致密化燒結(jié)，燒結(jié)溫度分別為1220°C和1310°C，燒結(jié) 保溫時間40min，升溫階段在600°C以上時采用快速升溫，升溫速率為25°C/min。燒結(jié)好后 強制降溫。
[0037] 上述樣品制備完成后，取相應(yīng)的密度和力學(xué)分析試棒進行各項性能指標的測試， 其結(jié)果記錄在下表2中。
[0038] 表2 434L不銹鋼燒結(jié)性能與添加劑
[0039]
[0040]
[0041] 因為添加劑的燒結(jié)促進作用，不銹鋼燒結(jié)體的密度有大幅度提升，如圖2和圖3所 示，燒結(jié)體內(nèi)部孔隙大量減小，晶粒長大結(jié)合很致密，因此其力學(xué)性能也相應(yīng)提高，耐腐蝕 性與致密度相關(guān)，更高的密度也有利于提高耐腐蝕性。沖擊韌性下降較明顯，此類燒結(jié)體適 用范圍相對縮小了。
[0042] 實施例3
[0043] 采用316L霧化不銹鋼粉作基粉，加入占基粉質(zhì)量0. 4 %的普通高溫型潤滑劑，機 械攪拌均勻，作為備用料使用。
[0044] 配制添加劑，步驟如下：按基粉質(zhì)量的5%稱量所需Fe3P合金，粒徑為7μπι，同時 也以基粉質(zhì)量為標準，稱量占其質(zhì)量〇. 1 %的月桂酸（簡稱LA)和占其質(zhì)量0. 2 %的蘋果酸 (Μ)，混入到Fe3P合金粉末中，加熱，攪拌均勻，以有機酸完全融化、包覆于不銹鋼粉末后為 止，降溫干燥。
[0045] 已配有普通潤滑劑的316L不銹鋼基粉，混入上述配制的添加劑，在V型攪拌機中 混勻，混合時間0. 5h。這樣，待壓制不銹鋼粉料準備完成。
[0046] 同理，作為比較，以上316L不銹鋼備用