粉末金属部件的片材渗入制造技术

一种粉末金属部件渗入法，该方法使用冲压的金属片作为渗入金属源，以得到高强度粉末金属部件。对粉末金属进行压制，渗入剂坯件由可锻金属片形成。将渗入剂坯件置于粉末金属压制块顶上，在一定的温度下烧结压制块，该温度足以形成具有含孔基质的烧结压制块，而且足以熔化可锻金属，使得熔融的可锻金属渗入基质的孔内。可在渗入剂坯件上形成定位元件，用来与压制块上相应的定位元件相啮合，以提高坯件在压制块上的定位。还可单独地烧制压制块，然后将渗入剂坯件置于烧结的压制块顶上。然后熔化可锻金属，使得熔融的可锻金属渗入基质的孔内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请交叉引用本申请要求2004年2月4日提交的美国临时专利申请第60/542,271号的优先权。关于联邦政府资助研究的声明无。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及制造粉末金属部件，具体涉及将铜之类的金属材料渗入(infiltrate)粉末金属部件。2.相关领域描述粉末金属部件被用来制造许多需要网状零件的汽车零件。粉末金属零件通常是通过以下步骤制得的在模头内将粉末金属压制成具有所需形状的压制块，然后烧结该压制块以提高部件的强度。已有报道指出，通过压制和烧结制造的常规粉末部件由于在烧结的部件中存在孔，因此冲击强度和疲劳强度很差。因此，已经提出了一些方法来除去孔隙，使部件接近完全致密。一种接近完全致密的方法是使用铜之类的金属渗入粉末金属部件。例如，参见美国专利第6,676,894号，6,551,373号，6,500,384号，5,925,836号，5,574,959号，5,031,878号，4,976,778号，4,861,373号，4,836,848号，4,769,071号，4,734,968号，4,731,118号，4,606,768号，4,485,147号，4,424,953号，4,412,873号，4,168,162号，4,008,051号和3,829,295号。渗入(Infiltration)是通过毛细管作用使用熔点较低的熔融金属或合金(“渗入剂”)填充粉末金属压制块中的连通孔隙的过程。例如，渗入铜的钢是通过以下步骤制造的将铁或铁基粉末(包含或不含石墨粉末)压制成最终的形状，在烧结操作过程中使铜基材料渗入连通孔隙。这可以是单次渗入，也可以是两阶段渗入。其结果是得到粉末冶金法独有的钢-铜结构。与直接烧结的铁或碳素钢粉末金属部件相比，渗入铜可以提高抗张强度、疲劳强度、延展性、硬度和冲击性能。过去用来渗入粉末金属部件的铜源是粉末金属铜压制块，即由压制在一起以保持其形状的铜粉末制成的部件。然而，使用铜粉末金属压制块作为渗入铜源具有一些缺点。例如，(1)在渗入之后会有残余；(2)在基底金属(base metal)表面上渗入剂进入的位置可能会发生腐蚀；(3)由于某些形状可能无法通过常规粉末金属渗入剂压制块实现，因此渗入局部化可能很困难；(4)可能会由于粉末金属渗入剂压制块比较脆而发生破损；(5)粉末铜压制块的定位可能很困难。因此，需要一种改进的方法，用铜之类的金属材料渗入多孔的金属部件。专利技术简述本专利技术通过提供粉末金属压制块的替代品作为渗入源，满足了上述需求。本专利技术的渗入方法使用冲压的金属片材作为金属源进行渗入，以获得高强度粉末金属制品。在一种形式中，本专利技术的渗入方法使用冲压的可锻铜片材作为铜源进行渗入，以获得高强度的粉末铁制品或钢制品。一方面，本专利技术提供了一种制造渗入金属的粉末金属部件的方法。在此方法中，将粉末金属压制成压制块，渗入剂坯件由可锻铜片形成。将渗入剂坯件与压制块相接触地放置，在一定温度下烧制压制块，该温度足以形成具有含孔基质的烧结压制块，而且足以使可锻金属熔融，使得熔融的可锻金属渗入基质的孔内，形成渗入金属的粉末金属部件。将坯件置于压制块的顶部改进了可锻金属的渗入。在一个实施方式中，粉末金属选自铁和铁合金，可锻金属选自铜和铜合金。可锻金属片材的厚度宜小于1毫米。渗入剂坯件可通过冲压、精密冲裁或磨蚀水喷射切割形成。另一方面，本专利技术可在渗入剂坯件上形成定位元件，该定位元件适合用来与压制块上对应的定位元件相啮合，可将渗入剂坯件与压制块相接触地放置，使得坯件的定位元件与压制块的相应定位元件相啮合。例如，所述坯件的定位元件可以是从批件主体中向外延伸出的部分。结果，坯件在压制块上的定位获得了改进。在本专利技术另一个方面中，压制块在足以形成包含含孔基质的烧结压制块的温度下单独烧结，渗入剂坯件由可锻金属片形成。然后将渗入剂坯件与烧结压制块相接触地放置，熔化可锻金属，使得熔融的可锻金属渗入基质的孔内，形成渗入金属的粉末金属部件。使用可锻金属片代替粉末金属压制块作为渗入材料的一些优点为(1)减少渗入后残余物的量；(2)减少在渗入剂进入的位置发生基底金属压制块腐蚀的量；(3)由于片材冲压法可以得到常规粉末金属渗入剂压制块无法实现的几何形状，例如薄网状(thin web)和容易错过的区域，因此可以改进选择性渗入的局部化；(4)由于消除了因脆的粉末金属渗入剂压制块造成的破损，提高了渗入过程的质量；(5)由于冲压法能够定位结构，用来与进行渗入的零件相连接或啮合，因此改进了冲压的片材坯件的定位。通过以下详述、附图和所附的权利要求书，可以更好地理解本专利技术的这些特征、方面、优点，以及其它的特征、方面和优点。附图简述附图说明图1显示根据本专利技术一种形式，在烧结之前置于铁基底压制块上的铜渗入剂坯件的俯视图。图2显示了烧结和渗入之后，试验试件的详图。专利技术详述在本专利技术的一个制造渗入金属的粉末金属部件的示例性方法中，将铁或铁合金粉末引入具有最终部件所需形状的模头内。然后在模头内将粉末金属压制成更高密度的制品，该制品通常称为″生压制块″。通常铁基生压制块的密度为6.0克/立方厘米至7.3克/立方厘米。(铁的理论密度是7.88克/立方厘米。)然后使所需量的铜或铜合金可锻片材形成渗入剂坯件所需的形状，该坯件与生压制块相接触地放置，使得铜可以在加热时渗入压制块的孔内。对压制块和与压制块相接触放置的铜坯件进行常规的烧结过程，即在合适的气氛(例如包含氢气的还原性气氛)下，在高于铜的熔点的预定温度(例如1100℃)下烧制固定的时间(例如15分钟)。通常，烧结过程可促进铁或铁合金粉末颗粒之间的结合或分散，形成包含含孔基质的烧结压制块。在烧结过程中，熔融的铜流入基质中的孔内。熔融的铜通过表面张力、重力和毛细管作用渗入基质的开放孔隙内。因此，熔融的铜填充基质的孔，从而增大了基质的密度和整体性。铜的渗入量取决于基质中所需的物理性质和机械性质。当只需要部分地渗入基质的时候，要减少铜的量。可以通过测定生压制块的孔隙率来测定所需铜渗入剂的量。在另一过程中，首先对压制块单独进行常规的烧结，以形成包含基质的烧结压制块。在第二步中，将由可锻片材形成的铜渗入剂坯件与烧结压制块相接触地放置，在预定的温度下加热该铜片和烧结压制块。在第二步中，铜熔融并流入预先烧结的多孔基质内的孔中。铜发生熔融并通过表面张力、重力和毛细管作用渗入基质的开放孔隙内。图1显示了适用于本专利技术的压制块和渗入剂坯件的组合的例子。图中显示，在烧结之前，厚约0.032英寸(0.8128毫米)的环形铜渗入剂坯件10被置于管状铁基底压制块20的顶部22。压制块20的顶部22具有凹陷的区域24a，24b，24c和24d，用来接收从坯件10主体周边12向外延伸出的接头(tab)14a，14b，14c和14d。接头14a，14b，14c和14d提供了定位结构，用来与将要用坯件10的铜渗入的压制块20中的凹陷区域24a，24b，24c和24d相结合或啮合。在图中所示的实施方式中，突头14a，14b，14c和14d从坯件10向外延伸，与压制块20中的凹陷区域24a，24b，24c和24d相啮合。然而，在另外的结构中，坯件可包括凹陷，所述凹陷与压制块中向外延伸的定位结构相啮合。所述铜渗入剂坯件10可通过对可锻铜或铜合金片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造渗入金属的粉末金属部件的方法，该方法包括：将粉末金属压制成压制块；由可锻金属片材形成渗入剂坯件；将渗入剂坯件置于压制块的顶部；在一定温度下烧制压制块，该温度足以形成具有含孔基质的烧结的压制块，而且足以使可锻金属熔融，使得熔融的可锻金属渗入基质的孔内。

【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：KL小伯德，A泰勒，
申请(专利权)人：GKN烧结金属股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]