一种组合物，包括作为主要粒状金属材料的铁；具有使铁基结构基体硬化的至少一种粒状合金元素；以及前体非金属粒状组合物，所述前体通常为碳化物或碳酸盐，其在烧结过程中在分解时产生石墨结节，所述石墨结节的形成是非常有利的：前体化合物本身包含使铁基结构基体的铁α相稳定的化学元素；或者通过另外添加合金元素，所述合金元素包含在组合物中，且具有在烧结过程中使铁α相稳定的化学元素。该组合物可通过压实或将粉末射压造型而整形。本发明专利技术的方法可以获得由上述组合物制备的自润滑烧结钢产品。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由设计用于烧结的粒状材料(以金属和非金属粉末的形式)的组合物整形(conformed)来制造成品(工件)及半成品(多种制品)的特定技术，除了在烧结步骤中待形成的产品的金属结构基体的元素组成外，所述产品还包含粒状形式固态润滑剂的前体相，其在烧结步骤中通过分解在金属基体的体积中产生固态润滑剂的析出物，从而导致形成自润滑产品的显微组织，该产品呈现为连续金属基体并能够赋予烧结产品低的摩擦系数以及高的机械强度和烧结工件或产品的高硬度。本专利技术涉及在烧结过程中用于“原位” 形成自润滑材料的所述冶金组合物，涉及由所述组合物获得的烧结钢形式的工件或产品， 以及通过粉末冶金获得所述工件或产品的特定替代性工艺或方法。
技术介绍
鉴于技术发展的先进阶段，对发展具有高性能的功能性材料存在着需求，这些材料对于每一类特定应用都是具体设计的。在很多机械工程应用领域中，存在着对于同时具有高机械强度、高耐磨强度以及低摩擦系数的材料的需求。据估算，在行星齿轮中所产生的所有机械能的约35%是都由于润滑不够而损失的，并因摩擦转换成热。除了能量损失，产生的热削弱了机械系统的性能(因加热所致)。 因此，机械工件在摩擦过程下维持低摩擦系数十分重要，不仅是为了能源经济性，还是为了提高所述工件和它们在其中运行的机械系统的耐用性，以及由于废弃材料的减少对环境保护的贡献。用于减少相对运动的表面之间的磨损和摩擦的方法是保持上述表面分开，并以润滑层插入其间。在所有可行的润滑方式之中，流体力学(流体润滑剂)最为常用。在液态润滑中形成油膜，该油膜将相对运动的表面完全分开。但是，需要指出的是，使用液态润滑剂经常是存在问题的，如在非常高或非常低的温度条件下使用时，或在流体润滑剂可能发生化学反应时，和流体润滑剂可能成为污染物时。而且，在循环停止所导致的限制润滑的情况下，或其中不可能形成连续油膜的情况下，工件之间会发生接触，因而导致工件产生磨损。干润滑，即使用固态润滑剂，是对于传统润滑的替代，由于其以固态润滑层的形式发挥作用，这阻止了相对表面之间的接触，但是不存在所形成的润滑层的破裂。固态润滑剂已经在有问题的润滑剂领域中得到认可。它们可被应用在极端的温度条件下、高负载条件以及化学反应环境中，其中不能使用常规的润滑剂。此外，干润滑剂 (固态润滑剂)是环境较清洁的替代品。可以以如下形式将固体润滑剂施用于摩擦对的部件沉积或产生于所述部件的表面上或纳入所述部件材料的体积中的膜(或层)的形式、第二相颗粒的形式。当施用特定的膜或层时，且在它们承受磨损的情况下，发生金属与金属的接触，其结果是相对运动的部件之间未受保护的相对表面之间的快速磨损。在这些施用膜或层的情形中，还应考虑更换润滑剂的难度，以及润滑剂的氧化和劣化。因此，允许提高材料寿命即部件寿命的更好方法是将固体润滑剂纳入部件的材料组分的体积中，从而以低摩擦系数的复合材料形式形成部件结构。这可以通过由粉末处理材料的工艺来实现，即通过压实整形粉末混合物，包括压制、辊压、挤压等或通过射压造型， 然后进行烧结从而获得连续的复合材料，其通常已为最终的几何形状和尺寸(成品)或在几何形状和尺寸上与最终产品接近(半成品)。表现出低摩擦系数的自润滑机械部件，例如自润滑衬套(bushing)，是由金属粉末的粉末冶金技术所制备的，所述金属粉末形成烧结工件的金属结构基体，且其混合有固态润滑剂粉末。将所述部件应用在家用装置和小型设备中，例如打印机、电动剃刀、钻头、搅拌机等。用于结构性基体的大多数众所周知的现有技术中使用青铜、铜、银和纯铁。它们用作固态润滑剂二硫化钼(MoS2)、银(Ag)、聚四氟乙烯(PTFE)和二硒化钼(Mok2)。已生产了主要具有青铜和铜基体的这种类型的自润滑衬套，并在许多工程应用中使用了数十年，所述基体包含作为固体润滑剂颗粒的石墨粉末、硒和二硫化钼以及低熔点金属。但是，这些部件并未因其高体积含量(25% -40% )的固态润滑剂颗粒而表现出高机械强度，这导致低程度的基体相的不连续性，其是影响工件机械强度的显微组织因素。在金属基体的机械性能(强度和硬度)以及显微组织参数例如分散在基体中的固态润滑剂颗粒尺寸和在所形成的复合材料中的这些颗粒之间的平均自由程没有为其中工件需要具有高机械强度的应用所优化的情况下，认为固态润滑剂的高含量对获得低摩擦系数是必要的。固态润滑剂的高体积分数(其对于剪切具有固有的低强度)无助于金属基体的机械强度。此外，固态润滑剂颗粒易于剪切以及根据剪切力改变其形状，所述剪切力发生在机械均勻化粉末混合物(在混合器中进行)和压实混合物的过程中，从而更减少所形成的自润滑复合材料中的金属结构基体的连续性。另外，金属基体的低硬度允许在烧结材料或产品的接触表面上发生固体润滑剂颗粒的逐渐阻碍。因此，为了保持足够低的摩擦系数，在干燥的自润滑复合材料的组成中传统地使用高体积百分比的固体润滑剂。与上面所述的相比，US6890368A公开了部分地不同且更先进的方案，它提出了一种在300°C到600°C的温度范围内使用的自润滑复合材料，其具有足够的牵引阻力 (Rffl ^ 400MPa)以及低于0. 3的摩擦系数。该文献提出了一种用于获得低摩擦系数的工件或产品的技术方案，该工件或产品由形成金属结构基体的粒状材料混合物烧结而成，该混合物在其体积中包括作为固体润滑剂颗粒的主要六方氮化硼、石墨或它们的混合物，且声称所述材料适合在300°C-600°C的温度下使用，具有足够的牵引阻力(RmS^OMPa)以及小于0.3的摩擦系数。如以本专利技术的相同申请人的名义于2008年9月12日提交的巴西专利申请(临时号018080057518)所描述的，由同时存在结构基体粉末和固态润滑剂粉末例如为六方氮化硼和石墨的粉末混合物的合并(consolidation)而获得的工件或产品，在烧结之后具有低的机械强度和结构脆性。上述缺陷来源于在混合和整形(致密化)待制造的工件或产品的步骤期间，固态润滑相在结构基体的粉末颗粒之间的不足的(因剪切)散布(分散)。在混合和整形的步骤期间，通过剪切，固态润滑剂在结构基体相的颗粒之间散布，并趋向于包围所述颗粒，这使得所述固态润滑剂承受的应力超过其较低的剪切应力。另一方面，通过剪切形成的、出现在结构基体的(粉末的)颗粒之间的固态润滑层，损害了这些颗粒之间的金属表面接触的形成，其中上述颗粒在烧结过程中形成复合材料的结构基体；这促进了复合材料的结构基体相的连续性程度的降低、所述材料及所获得的产品结构脆化。这样的问题可通过上述的现有巴西专利申请中所提及的方法来解决，导致获得机械强度优于现有技术方案的复合材料。但是在与本专利技术相同的申请人之前的所述专利申请中，非金属粒状固态润滑剂， 例如六方氮化硼、石墨或两者的混合物必须混合到金属材料(所述金属材料构成了待烧结复合物制品的结构基体)中，进一步还需要添加至少一种粒状合金元素，从而在经整形的冶金组合物的烧结步骤中在构成结构基体的粒状材料和非金属粒状固态润滑剂之间形成液相，以便使后者在不连续颗粒中团聚并且避免了非金属粒状固态润滑剂由于剪切作用在结构基体相中散布、避免在混合和整合(压实)待制造的部件或制品的步骤期间趋向于包围它们从而使后者脆化。面对上述的不足之处，有必要提出一种解决本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：R·宾德，A·N·克雷恩，C·宾德，W·瑞斯托朱尼尔，
申请(专利权)人：惠而浦股份有限公司，圣卡塔琳娜州联邦大学，卢帕技术私人控股公司，
类型：发明
国别省市：
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