一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结方法技术

一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结方法，属于粉末冶金技术领域。本发明专利技术为了降低铁基粉末冶金零件烧结温度，同时也为了改善其性能，采取在普通铁基粉末冶金零件中加入纳米铜粉，利用纳米铜粉显著的表面效应和小尺寸效应来降低烧结温度，同时改善零件性能；为保证添加纳米铜粉以及脱模剂能与基体铁粉均匀混合，采用适当的混粉时间，并结合有效的冷压及烧结工艺，在较低温度下获得了达到性能要求的铁基粉末冶金零件。本发明专利技术将铁基粉末冶金工艺中的烧结温度降低约240?C，将有效提高生产效率，同时也能降低能耗并延长生产设备的使用寿命，具有较高的经济效益和社会效益；且性能亦有所提高，将对扩大铁基粉末冶金零件应用领域的发展起到推动作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能铁基粉末冶金的低温烧结方法，属于粉末冶金

技术介绍
近几年来，粉末冶金工艺的技术及经济优势越来越被人们所认可，粉末冶金机械 零件的用途也越来越广，市场覆盖面也越来越宽；特别是铁基粉末冶金零件的需求量随着 汽车工业的发展而不断增加，然而传统的铁基粉末冶金零件由于其在高温下烧结，浪费能 源、损耗设备，造成了一定的环境污染，随着科技的发展和社会的进步，节能与环保已成为 现代生活的主题，因此如何在保证性能的前提下，降低粉末冶金制件的烧结温度，已逐渐为 人们所关注。烧结是粉末冶金工艺最重要的一个环节，其目的是使粉末颗粒之间产生冶金结 合，即使粉末颗粒之间由机械啮合转变成原子之间的晶界结合；在烧结前后能量的变化为 Δ U=U贞-Uffi,其中，U贞为烧结后材料的内能，Uffi^压坯的内能；因烧结体的内能低于压坯的 内能，所以Δ U为负值，Δ U就是烧结的驱动力；Δ U来自于粉末颗粒的表面能及粉末颗粒 内的畸变能，粉末压坯内具有很大的内能，从热力学上来说粉末压坯是处于非常不稳定的 状态，当内能高到一定的程度就会发生自动烧结，所谓的自燃就是由粉末体的内能驱动自 动烧结现象，但在一般情况下，体系的内能不足以驱动烧结进行，所以需要加热到某一温度 才能进行烧结，这就是为什么要进行高温烧结的原因。传统的铁基粉末冶金零件都是在1120°C甚至更高温度下烧结而成，然而在高温 烧结不仅会增加生产成本，而且高温烧结时容易导致晶粒粗大以及零件的收缩、变形等，同 时高温烧结对烧结炉要求及损耗均较高，因此，降低烧结温度是扩展铁基粉末冶金工艺的 一个重要方法，据报道有将纳米级的CaCu3Ti4O12干压成坯体，然后对坯体进行烧结处理，得 到高介电陶瓷材料的方法能够有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但是对于铁基粉末冶金技 术中低温烧结的研究报道则较少。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能降低烧结温度的铁基粉末冶金零件的烧结方法。本专利技术的另一个目的是提供一种改善铁基粉末冶金零件性能的方法。本专利技术为了降低铁基粉末冶金零件烧结温度，同时也为了改善其性能，采取在普 通铁基粉末冶金零件中加入微量纳米铜粉，主要利用纳米铜粉显著的表面效应和小尺寸效 应来降低烧结温度，同时改善零件性能；为保证添加纳米铜粉以及脱模剂能与基体铁粉均 勻混合，采用适当的混粉时间，并结合有效的冷压及烧结工艺，在较低温度下获得了达到性 能要求的铁基粉末冶金零件。，所述铁基粉末冶金零件以普通铁 粉作为原料，其特征在于在普通铁粉中加入占总质量0. Γ0. 5%的纳米铜粉，混合均勻后 冷压成型，进行低温烧结，烧结温度为880°C，保温时间为3h，冷却方式为随炉冷却。3，其特征在于所述普通铁粉中还 加入占总质量0. 5^0. 8%的脱模剂。，其特征在于所述的纳米铜粉粒 径为80 100nm。，其特征在于所述普通铁粉为粒 径为100 μ m的铁粉。，其特征在于所述脱模剂为硬脂酸锌。，其特征在于所述的冷压成型的 压制压力为1270MPa，保压时间为1. 25min。本专利技术的有益效果是充分利用了纳米铜粉较高的表面能以及低的熔点，在低温 烧结时，纳米铜粉先熔化形成的液相填充到铁粉颗粒之间的孔隙中，同时纳米铜粉所具有 的高的表面能也为铜原子扩散提供了驱动力，因此在低温烧结时可以达到零件所需的使用 性能；同时，适当的混粉时间可有效地使纳米铜粉、脱模剂与基体粉体均勻的混合，保证了 成份的均勻性；适当的压制压力以及保压时间可以获得较大的压制密度；与常规铁基粉末 零件烧结相比(1)烧结温度降低了约240° C，从而能够提高生产效率，同时又延长了生产 设备的使用寿命；(2)具有更高的密度(提高了 1.259Tl.93%)与硬度(最高提高了 10.81%) 等优越性能，能满足更多领域对粉末冶金制件高性能的要求，从而拓宽铁基粉末冶金零件 应用领域；(3)微量的添加纳米粉体虽使原料成本增加1倍多，但随着烧结温度的降低、烧 结炉的损耗减少、生产效率的提高等，将使生产成本与原工艺生产成本持平，甚至更低，因 此，本专利技术将具有很高的经济效益与社会效益。附图说明图1未添加纳米铜粉铁基粉末冶金零件在1120°C烧结后表面形貌； 图2未添加纳米铜粉铁基粉末冶金零件在1120° C烧结后SEM断口形貌； 图3未添加纳米铜粉铁基粉末冶金零件在880° C烧结后表面形貌；图4未添加纳米铜粉铁基粉末冶金零件生坯SEM断口形貌； 图5未添加纳米铜粉铁基粉末冶金零件在880° C烧结后SEM断口形貌； 图6添加0. 3wt. %纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在880° C烧结后表面形貌； 图7添加0. 3wt. %纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在880° C烧结后SEM断口形貌。具体实施例方式本专利技术的铁基粉末冶金零件成份及含量(重量百分比)纳米铜粉0.广0.5%，脱模 剂0. 5 0. 8%，其余均为普通铁粉；其中纳米铜粉粒径为80 lOOnm，脱模剂为硬脂酸锌， 普通铁粉采用粒径为100 μ m的普通还原铁粉。一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结工艺，该方法首先将成份配比的粉末手 工混合均勻，混粉时间为30min。一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结工艺，其压制方法是将均勻混合后的粉 末进行冷压，压制压力为1270MPa，保压时间为1. 25min。一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结工艺，其烧结方法是将压制成型生坯在 具有保护装置烧结炉中烧结，烧结温度为880°C，保温时间为3h，冷却方式为随炉冷却。以下为上述技术方案的具体实施例 实施例1 将0. 5^0. 8wt. %脱模剂，其余为普通铁粉的混合粉末均勻混合后压制成型，然后在 1120° C烧结3h后随炉冷却。图1为未添加纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在1120°C烧结后表面形貌，其中黑 色区域为表面孔隙，从中可以看出在1120°C烧结的表面较为致密，铁基粉末在此温度下能 够有效地结合，同时也可以看到表面存在一定的不规则孔隙，其中晶粒直径在3(Γ80μπι之 间，也有少量晶粒直径尺寸达到100 μ m。图2为未添加纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在1120° C烧结后SEM断口形貌，从中 能观察到断口表面存在一定数量的韧窝，具有一定的塑性，同时可以看出其内部也存在着 孔隙。表1.未添加纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在1120° C烧结后性能值性能性能值烧结密度(few)6.9260相对烧结密度(％)S8.79孔隄率(％)11.21硬度(HRB)62由表1可知，本工艺生产的铁基粉末冶金零件在1120°c烧结后密度为6. 926 g · cm-3,硬度为62HRB，根据资料显示普通铁基粉末冶金零件在1120°C烧结后密度在 6. 9^7. Og · cm-3之间，硬度则由添加碳粉含量来控制，因此本工艺生产的铁基粉末冶金零件 性能可以达到其相应的要求。实施例2 将0. 5^0. 8wt. %脱模剂，其余为普通铁粉的混合粉末均勻混合后压制成型，然后在 880° C烧结3h后随炉冷却。图3为未添加纳米铜粉的铁基粉末冶金零件在880°C烧结后表面形貌，与图 1相比，可以看出在零件表面存在着大量的孔隙，且孔隙多在晶界处存在，晶粒尺寸在 30 μ πΓ150 μ m,且大尺寸的晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结方法，所述铁基粉末冶金零件以普通铁粉作为原料，其特征在于：在普通铁粉中加入纳米铜粉，纳米铜粉占混合后粉体总质量的０．１～０．５％，混合均匀后冷压成型，进行低温烧结，烧结温度为８８０ｏＣ，保温时间为３ｈ，冷却方式为随炉冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昆鹏，刘澄，许鹏，胡静，陈智慧，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：32