本发明专利技术公开了一种添加剂活化的低合金含量铁基粉末及其制备烧结材料的方法。其在雾化铁粉及镍等合金粉中添加了少量铜与磷化亚铜的超细粉末，该铁基合金烧结材料的制备方法为将均匀混合的该粉末一次压制一次烧结，或者先低温预烧，再复压复烧。本发明专利技术铁基混合粉末中的超细磷化亚铜粉可有效增加铁粉的压制润滑性，在相对较低温度下促进基体中孔隙的球化，提高烧结体的密度。采用600~700MPa下一次压制及一次烧结的制品密度可达7.22g/cm3，在700~800MPa下复压及复烧的制品密度可达7.52g/cm3，并具有较高的力学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁基粉末冶金材料的制备方法，特别是涉及通过添加剂的选择与设计制备较高性能的低合金含量铁基粉末及其烧结材料的方法。
技术介绍
粉末冶金技术具有节材、节能、可低成本大批量生产出具有近终形状和尺寸精度零件等特点，是典型的绿色制造技术。铁基粉末冶金材料一类重要的粉末冶金材料，铁基粉末及制品占粉末冶金市场的70%，就铁基粉末冶金制品而言，齿轮是应用量最大、范围最广、最具代表性的一类零部件。粉末冶金法制造齿轮具有材料利用率高、密度可控、噪声等级小、成本低的特点，在汽车、摩托车、机电等各种齿轮生产中应用非常广泛。采用一次压制/烧结的常规粉末冶金工艺生产出来的部件密度一般低于7.2g/cm3,尚不能直接用于汽车传动系统。当密度达到7.2g/cm以上，其抗拉强度、硬度、疲劳强度等力学性能都会随密度的增加而呈几何级数增大。由于齿轮的失效大部分为表面接触疲劳，因此当密度达到7.2g/cm3以上，烧结齿轮的心部能够达到一定的强度要求，齿轮表面可通过各种表面致密化技术来提高其抗疲劳性能。铁基粉末冶金的发展主要取决于能够提供现今密度更高产品的技术，制品密度提高迄今主要依靠的是粉末制备和压制工艺的改进，包括高压缩性原料粉体、复压复烧、粉末锻造、温压、高速压制等。复压复烧技术由于额外的工序而相应增加了成本，通过改进应可以将成本增加控制在较低水平，通常采用复压复烧制备的铁基粉末冶金制品密度为7.3^7.4g/cm3，仍有提高的空间。粉末锻造可以制备接近全致密的粉末冶金制品，但由于在高温下进行，对模具要求较高，且制品的`表面光洁度较差。温压技术在于利用有机物的融化与填充增加粉末颗粒间的润滑效果，而有机物的排出不利于提高烧结密度，且易造成环境污染。高速压制在制备形状相对复杂的制品时受到限制。烧结是运用最广的一种合金强化方式，在铁基粉末冶金中，也可通过液相烧结来提高烧结制品的密度。磷化物(如Cu3P、Fe3P等)是一种典型的烧结活化剂，在高合金含量铁基粉末冶金尤其是粉末不锈钢与粉末高速钢中有较多的研究(主要文献有:R M German.Supersolidus liquid phase sintering,part 1:process review.1nternationalJournal of Powder Metallurgy,1990,26 (I):23;S K Jensen,E Maahn.Sinteringadditive for liquid phase sintering of AISI316L stainless steel.PowderMetallurgy World Congress, 1994，VII1:2113-2116;A MolinarijG Straffelini，TPieczonkajJ Kazior.Persistent liquid phase sintering of316L stainless steel.1nternational Journal of Powder Metallurgy，1998，34(2):21-28;H Preussej J DBolton.Use of phosphide phase additions to promote liquid phase sinteringin316L stainless steels.Powder Metallurgy,1999, 42(1):51-62;F Akhtarj S J Guoj K AShah.Effect of Cu3P addition on sintering behaviour ofelemental powders in thecomposition of465stainless steel.Powder Metallurgy, 2006，49 (I): 28-33.),专利“一种粉末不锈钢的强化烧结方法”(专利申请号200510053521.4)中也提到磷化亚铜作为烧结活化剂制备316L不锈钢，但通常磷化亚铜的添加量至少在2wt.% (即P的含量约0.3wt.%)以上，优选为4 8wt.%，而在低合金含量(总合金含量< 5wt.%)铁基粉末冶金材料中鲜有报道。由于磷(P)具有扩大α -Fe相区和封闭Y-Fe相区的作用(P含量高于0.6wt.%时Y-Fe相区封闭)，而铁原子在α-Fe中的自扩散系数比在Y-Fe中高100倍左右，利用Fe3P-Fe在1050°C发生共晶反应的特点，添加9.4wt.%(Cu-8.5%P)共晶合金粉末的高速钢T15等在1150°C下真空烧结得到了全致密的材料。一般认为磷在致密钢铁材料中含量过高会引起钢的冷脆，降低塑性，属于有害元素，虽然在铁基粉末冶金材料中孔隙对基体力学性能的影响大于磷的作用，但在提高密度的同时也应该控制磷的含量，消除磷的不利影响。此外，专利“一种高性能铁基粉末冶金零件的低温烧结方法”(专利申请号:201110070535.2)中通过向普通铁粉末中加入纳米铜粉的方法明显降低了其烧结温度，但在烧结温度下铜在基体铁中的溶解度大于铁在铜中的溶解度，单独加入纳米铜粉所起到液相烧结效果十分有限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题避免上述现有技术中所存在的不足之处，提供，给出该材料的原料选择、成分设计，以及其制造工艺。—种添加剂活化的低合金含量铁基粉末，由铁基合金粉末、磷化亚铜(Cu3P)、铜粉和润滑剂组成，其中铜元素占0.5 .5wt.%,磷化亚铜占铜粉与磷化亚铜粉总质量的2(T80wt.% ;铜粉的颗粒范围为:0.05 10 μ m，磷化亚铜粉的颗粒范围为:0.05 10 μ m。所述的铁基合金粉 末由水雾化铁粉、羰基镍粉、钥粉和石墨组成，添加剂活化的低合金含量铁基粉末中镍的质量含量为1.5^2wt.%、钥的质量含量为0.3^0.5wt.%、碳的质量含量为0.4 0.8wt.%、润滑剂占0.2-0.8wt.%。所述的铁基合金粉末中还可含有水雾化铁钥预合金粉。上述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末中，铜元素优选占添加剂活化的低合金含量铁基粉末质量的0.6 1.2wt.%，磷化亚铜优选占铜粉与磷化亚铜粉总质量的3(T70wt.% ;铜粉的颗粒范围优选为0.2飞μ m，磷化亚铜粉的颗粒范围优选为0.2飞μ m。所述的羰基镍粉粒度< 15 μ m ;所述的钥粉粒度< 45 μ m ;所述的水雾化铁粉的粒度范围为20 300 μ m,粒度在45 180 μ m的颗粒不低于水雾化铁粉总重量的80wt.%，松装密度不小于2.8g/cm3,流动性不大于29s/50g。所述的水雾化铁钥预合金粉中钥含量为0.5^0.8wt.%，水雾化铁钥预合金粉粒度范围为2(Γ200μπι，松装密度不小于2.8g/cm3，流动性不大于30s/50g。所述的润滑剂包括硬脂酸锂、硬脂酸锌、金属皂、乙撑双硬脂酰胺、脂肪酸酰胺中的一种或两种以上的组合。上述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末制备低合金含量铁基合金烧结材料的方法，将所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末均匀混合后一次压制一次烧结，或者先低温预烧，再复压复烧即得到；具体是将所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末，混合均匀，在60(T本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于，由铁基合金粉末、磷化亚铜粉、铜粉和润滑剂组成，其中铜元素占0.5~1.5wt.%，磷化亚铜占铜粉与磷化亚铜粉总质量的20~80wt.%；铜粉的颗粒范围为：0.05~10μm，磷化亚铜粉的颗粒范围为：0.05~10μm。
【技术特征摘要】
1.一种添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于， 由铁基合金粉末、磷化亚铜粉、铜粉和润滑剂组成，其中铜元素占0.5^1.5wt.%，磷化亚铜占铜粉与磷化亚铜粉总质量的2(T80wt.% ;铜粉的颗粒范围为:0.05 10 μ m,磷化亚铜粉的颗粒范围为:0.05 10 μ m。2.根据权利要求1所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于， 所述的铁基合金粉末由水雾化铁粉、羰基镍粉、钥粉和石墨组成，添加剂活化的低合金含量铁基粉末中镍的质量含量为1.5 2wt.%、钥的质量含量为0.3^0.5wt.%、碳的质量含量为0.4^0.8wt.%，润滑剂加入量为添加剂活化的低合金含量铁基粉末的0.2-0.8wt.%。3.根据权利要求2所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于， 所述的铁基合金粉末中还含有水雾化铁钥预合金粉。4.根据权利要求1所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于，铜元素占添加剂活化的低合金含量铁基粉末质量的0.6^1.2wt.%，磷化亚铜占铜粉与磷化亚铜粉总质量的3(T70wt.% ;铜粉的颗粒范围为0.2飞μ m，磷化亚铜粉的颗粒范围为0.2飞μ m。5.根据权利要求2所述的添加剂活化的低合金含量铁基粉末，其特征在于，所述的羰基镍粉粒度< 15 μ m ;所述的钥粉粒度< 45 μ m ;所述的水雾化铁粉的粒度范围为20^300 μ m,粒度在45 180 μ m的颗粒不低于水雾化铁粉总重量的80wt....
【专利技术属性】
技术研发人员：滕浩，周科朝，李志友，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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