粉末冶金组合物及其制备方法技术

本发明专利技术的冶金粉末组合物包括铁基粉末，其与作为提高机械性质的粉末的母合金粉末结合。已经发现添加母合金粉末可提高从冶金粉末组合物制备的最终烧结压制零件的机械性质，尤其是在低烧结温度下。冶金粉末组合物包括至少约８０重量％的铁基冶金粉末和约０．１０～约２０重量％的母合金粉末。以母合金粉末的重量计，母合金粉末包括铁、约１．０～约４０重量％的铬和约１．０～约３５重量％的硅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及金属基冶金粉末组合物，更具体地，涉及包括用于提高压制零件的机械性质的母合金粉末的粉末组合物。
技术介绍
铁基颗粒长时间以来被用作由粉末冶金方法制造结构组件的基础材料。首先在高压下、在模具中模制铁基颗粒以产生期望的形状。在模制步骤之后，压制的或“生的(green)”组件通常进行烧结步骤以赋予组件必要的强度。可通过添加某些冶金添加剂，如合金元素，大量提高压制和烧结的组件的机械性质。例如通常由机械混合元素或氧化物形式的粉末合金添加剂来制备合金钢。虽然由于简单带来的方便性，但是这种技术的缺点是导致合金组合物具有不均匀结构，这种不均匀结构由每种元素的热力学和扩散特征决定。此外，在制备均相混合物时具有一些传统的难题，所述均相混合物中合金材料的颗粒是均匀分布的，在运输和处理时将不会分离(segregate)。与利用通常使用的冶金添加剂相关的成本是另一缺点，因为其可不幸地增加至粉末组合物的所有成本的显著部分。因此，粉末冶金工业中一直以来的兴趣是，试图开发更少成本的冶金添加剂以减少和/或全部代替通常使用的合金元素，例如铜或镍。使用冶金合金添加剂的另一缺点是他们也可赋予冶金组合物不期望的属性。例如，由于控制零件的使用或丢弃的环境和/或回收规定，粉末冶金零件的制造通常期望限制在压制的冶金零件中使用的铜和/或镍的量。而且，当在高温下烧结时，添加基于镍的冶金添加剂通常导致不期望的压制零件的收缩。粉末冶金工业寻求最小的收缩，以保证烧结的零件大小尽可能地与压制模具的大小接近。因此，在粉末冶金工业中，目前和一直以来都存在这种需要开发用于减少冶金粉末组合物中各种普通的冶金添加剂的量或替代其使用的替代品。
技术实现思路
本专利技术的冶金粉末组合物包括铁基粉末和由多种合金元素组成的母合金粉末。使用母合金粉末代替元素添加剂粉末，提供了具有更加均匀的结构的压制零件。因此，已经发现，添加母合金粉末能提高从冶金粉末组合物制备的压制零件的机械性质。在一个实施方案中，冶金粉末组合物包括至少约80重量％的铁基冶金粉末和约0.10～20重量％的母合金粉末。母合金粉末包括铁、约0.10～40重量的铬和约0.10～约30重量％的硅。本专利技术也提供制备冶金粉末组合物的方法，和由这种组合物形成压制的和烧结的金属零件的方法，以及用这种方法制备的产品。制备烧结零件的方法包括压制上述的冶金粉末，烧结压制的组合物。已经发现，可在低烧结温度下(例如低于2300°华氏度下)获得最终压制的组件的性质。但是，已经发现，如果“生的”压制零件在高于约2000°华氏度的温度下烧结，最终压制组件的性质将被显著提高。附图说明图1是铁-铬-硅母合金粉末在2050°华氏度的三元相图。图2是铁-铬-硅母合金粉末在2147°华氏度的三元相图。图3是冶金粉末组合物和参考组合物在2050和2300°华氏度烧结之后的横断裂强度性质的柱状图。图4是冶金粉末组合物和参考组合物在2050和2300°华氏度烧结之后的最终拉伸强度性质的柱状图。图5是在2050°华氏度烧结之后的冶金粉末组合物横断裂强度性质作为母合金粉末颗粒尺寸的函数的数据点的X-Y图。图6是在2300°华氏度烧结之后冶金粉末组合物的横断裂强度性质作为母合金粉末颗粒尺寸的函数的数据点的X-Y图。图7是用包括铁、24％铬和20％硅的45μm母合金粉末制备的烧结冶金粉末组合物的放大视图。图8是用包括铁、24％铬和20％硅的11μm母合金粉末制备的烧结冶金粉末组合物的放大视图。图9是在2300°华氏度烧结之后冶金粉末组合物的大小变化特点作为压制压力的函数的数据点的X-Y图。图10是在2300°华氏度烧结之后冶金粉末组合物的最终拉伸强度性质作为最终烧结密度的函数的数据点的X-Y图。具体实施例方式本专利技术涉及由铁基粉末和由多种合金元素组成的母合金粉末组成的冶金粉末组合物，制备这些组合物的方法，和使用这些组合物来制造压制零件的方法。本专利技术也涉及由下述方法制备的压制零件。使用母合金粉末代替元素添加剂粉末，提供了具有更加均匀的结构的压制零件。因此，已发现，添加母合金粉末提高了由冶金粉末组合物制备的压制的零件的机械性质。冶金粉末组合物包括铁基粉末，其作为主要组分；和由多种合金元素组成的母合金粉末，其作为用于提高机械性质的合金粉末。此处所用的“母合金粉末”是指高浓度合金材料的预合金粉末，其将与铁基粉末结合以增加铁基粉末的合金含量，并产生具有期望的总合金含量的冶金粉末组合物。本专利技术的冶金粉末组合物也任选地包括其他已知添加剂，如粘合剂和润滑剂。铁基粉末，如它在此处所用的术语一样，是基本上纯的铁粉，与增加最终产品的强度、硬度、电磁性质或其它期望的性质的其它元素(例如生产钢的元素)一起预合金的铁粉末，和这些其它元素已经被扩散键合到其上的铁粉末。用于本专利技术的基本纯的铁粉是这样的铁粉，其具有不大于约1.0重量％，优选不大于约0.5重量％的正常杂质。这种高度可压缩的冶金级别的铁粉末的例子是可从Hoeganeaes Corporation，Riverton，NewJersey获得的ANCORSTEEL 1000系列纯铁粉，例如1000，1000B和1000C。例如，ANCORSTEEL 1000铁粉，具有以下典型的筛形分布(screen profile)，约22重量％的低于No.325筛子(U.S.系列)的颗粒、约10重量％的大于No.100筛子的颗粒，其余在这两个粒度之间(痕量大于No.60筛子)。ANCORSTEEL 1000粉末具有约2.85～3.00g/cm3的表观密度，典型地为2.94g/cm3。本专利技术中使用的其它铁粉是典型的海绵铁粉，如Hoeganaes的ANCOR MH-100粉末。铁基粉末可任选地结合能提高最终金属零件的机械或其它性质的一种或多种合金元素。这种铁基粉末是与一种或多种这样的元素预合金的铁粉末，优选基本上是纯铁。预合金的粉末这样来制备，通过使铁和期望的合金元素熔化，然后雾化熔融物，由此雾化的液滴通过固化形成粉末。铁基粉末是通过本领域技术人员通常所知的常规的水雾化或气雾化技术雾化的。与铁粉末混合的或预合金的合金元素的例子包括(但不限于)，钼、锰、镁、铬、硅、铜、镍、钒、钶(铌)、碳、磷、铝，及其组合。所含合金元素的量取决于期望的最终组合物的性质。含有这样的合金元素的预合金的铁基粉末可从Hoeganaes Corp.，以其ANCORSTEEL粉末系列的一部分获得。铁基粉末包括小于20重量％的合金元素。优选地，基于铁基粉末的重量，铁基粉末包括小于15重量％，更优选地包括小于10重量％的合金元素。在本专利技术的实践中有用的其它铁基粉末是铁磁性粉末。例如，包括与少量磷预合金的铁粉的铁磁性粉末。铁基粉末的另一个例子是扩散键合的铁基粉末，其是具有扩散进它们的外表面的一种或多种其它金属的层或涂层的基本上纯的铁粉末，所述其它金属如生产钢的元素。这类可商业获得的粉末包括从Hoeganaes Corporation获得的DISTALOY 4600A扩散键合粉末，其含约1.8％的镍、约0.55％的钼和约1.6％的铜，和从Hoeganaes Corporation获得的DISTALOY 4800A扩散键合粉末，其含约4.05％的镍、约0.55％的钼和约1.6％的铜。通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末冶金组合物，包括：以粉末冶金组合物的总重量计，至少约８０重量％的铁基冶金粉末；和以粉末冶金组合物的总重量计，约０．１０～约２０重量％的母合金粉末，其包括：以母合金粉末的总重量计，至少约３５重量％的铁，约１．０～约４０重量％的铬，和约１．０～约３５重量％的硅。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁斯林斯利，帕特里克金，克里斯托弗T谢德，
申请(专利权)人：赫格纳斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]