CN112247138A - 一种扩散型铁铜合金基粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种扩散型铁铜合金基粉，所述基粉，以质量百分比计，由以下原料组成：电解铜粉10~35%，水雾化纯铁粉65~90%；本发明还提供上述基粉的制备方法。本发明得到的扩散型铁铜合金基粉的松装密度在2.8‑3.0g/cm3，压缩性在7.35‑7.5g/cm3，流动性为25.5‑28.0sec/50g，铜含量无偏析度；包含该扩散型铁铜合金基粉的混合型粉强度高，膨胀系数小，弥补了普通混合粉因松装密度大造成的填充效果不好而导致的成型性差等缺陷，特别适用于多台阶或尺寸较大等中高密度的零件。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金工业领域，具体涉及一种扩散型铁铜合金基粉及其制备方法。
背景技术
现有的普通铁粉生产制备的混合粉需要添加不同含量的铜粉、镍粉、石墨、润滑剂等辅料混合而成。用普通铁粉制备的混合粉虽然能满足一部分粉末冶金零件的要求，但是存在成分偏析、性能不太稳定的缺点，不能满足密度要求较高、强度较高的零部件的要求。并且普通铁粉制备的混合粉配方一旦确定只能用于特定的零件，用途相对单一。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种扩散型铁铜合金基粉及其制备方法，实现以下发明目的：
（1）成分不偏析，粉末松装密度低，压缩性能好；
（2）由该基粉制备的混合粉的机械强度高，抗冲击性能好。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种扩散型铁铜合金基粉，以质量百分比计，由以下原料组成：电解铜粉10~35%，水雾化纯铁粉65~90%，优选为：电解铜粉15~25%，水雾化纯铁粉75~85%。
以下是对上述技术方案的进一步改进：
所述电解铜粉含铜量不小于99.7%，颗粒直径＜300目，
所用电解铜粉粒度较粉末冶金普遍使用的-200目铜粉不同，较细的颗粒使得铜粉在扩散和后续的烧结过程中都能较好的扩散或融入到铁基体中，形成更加均匀的组织进而提高性能。
所述的水雾化纯铁粉中铁含量不小于99.2%；松装密度为3.0-3.1g/cm3，流动性26-28sec/50g，压缩性7.15-7.17 g/cm3（600MPa）；
所述的扩散型铁铜合金基粉的松装密度在2.8-3.0g/cm3，压缩性在7.35-7.5g/cm3（600MPa），流动性为25.5-28.0sec/50g，本发明所述的扩散型铁铜合金基粉松装密度小，压缩性能好，膨胀系数低，克服了普通混合粉松装密度大，填充效果差，压制密度低的缺点，能够广泛用于粉末冶金领域，特别是对于多台阶或尺寸较大的零件的制备更显优势。
本发明提供了一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，步骤如下：
（1）电解
电解法得到电解铜粉。
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉。
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉混合均匀，制得铁铜粉末前驱体。
（4）扩散处理
将步骤（3）中制备的铁铜粉末在还原性气氛中进行扩散处理，经过破碎筛分得到扩散型铁铜合金基粉。
所述混料设备选用本领域常规设备即可。
步骤（3）中混料时间为45-60min，优选为50-55min，此混料时间可以使电解铜粉与水雾化纯铁粉充分混合均匀，而又不改变颗粒的原有形貌，使后续的扩散过程中电解铜粉能扩散均匀，进而提高粉末的性能。
所述步骤（4）中的还原性气氛为纯氢气，氢气流量为40-70Nm3/h，优选为60-65Nm3/h，此优化流量可以使电解铜粉充分扩散到水雾化纯铁粉基体中，提高合金化程度，能够有效的提高粉末的压缩性，避免了气流量过低扩散不充分或气流量过高导致压缩性能降低的缺点。
所述步骤（4）中扩散温度为400-850℃，优选为650-820℃；预热段温度为650-800℃，高温段温度为760-820℃，冷却段温度为800-650℃，具体的温度点设置为：1.4-1.6米设置一个温度点，预热段的温度为从650℃升温至750-800℃，每个温度点的温差为10-50℃；高温段的温度为760-820℃，保持恒温，设置2-4个温度点，冷却段的温度由750-800℃降低至650-680℃，每个温度点的温差为10-40℃。
所述步骤（4）中扩散料层厚度为20-40mm，优选为25-30mm。
所述步骤（4）中扩散是在网带炉中进行，网带带速为150-205mm/min，优选为190-200mm/min。
本发明所述步骤（4）中所用的破碎可以是刀破或辊破，筛分采用本领域常规方法即可。
本发明取得的有益效果：
（1）本发明得到的扩散型铁铜合金基粉的松装密度在2.8-3.0g/cm3，压缩性在7.35-7.5g/cm3，流动性为25.5-28.0sec/50g，铜含量无偏析度。
（2）包含该扩散型铁铜合金基粉的混合型粉强度高，膨胀系数小，弥补了普通混合粉因松装密度大造成的填充效果不好而导致的成型性差等缺陷，特别适用于多台阶或尺寸较大等中高密度的零件。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
实施例1 一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法
（1）电解
电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目。
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%；
所述水雾化纯铁粉，松装密度为3.0-3.1g/cm3，流动性26-28sec/50g，压缩性7.15-7.17 g/cm3（600MPa）；下述实施例和对比例采用的水雾化纯铁粉的性能指标均相同。
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉按照质量百分比电解铜粉15%，水雾化纯铁粉85%置于双锥混料机中混合50min，制得铜铁粉末前驱体。
（4）扩散处理
将步骤（3）中制备的铜铁粉末在纯氢气氛中进行扩散处理，扩散温度为650-760℃，其中预热段温度：650℃-680℃-700℃-720℃-730℃-750℃，高温段： 760℃-760℃-760℃；冷却段：750℃-740℃-720℃-700℃-680℃-670℃-650℃，大约1.5米设置一个温度点，扩散料层厚度为25mm，网带带速为190mm/min，氢气流量60Nm3/h扩散烧结后再经过破碎筛分得到扩散型铁铜合金基粉。
对比例1
（1）电解
电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%.
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉按照质量百分比电解铜粉15%，水雾化纯铁粉85%置于双锥混料机中混合50min，用机械混合法制得铁铜合金粉末。
性能测试：将实施案例及对比案例中的粉末做松装密度、流动性、压缩性和偏析情况数据。
表1
实施例2一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法
（1）电解
电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目。
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%。
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉按照质量百分比电解铜粉20%，水雾化纯铁粉80%置于双锥混料机中混合52min，制得铜铁粉末前驱体。
（4）扩散处理
将步骤（3）中制备的铜铁粉末在纯氢气氛中进行扩散处理，扩散温度为650-790℃，其中预热段温度：650℃-680℃-700℃-720℃-730℃-750℃，高温段：790℃-790℃-790℃；冷却段： 750℃-740℃-720℃-700℃-680℃-670℃-650℃，大约1.5米设置一个温度点，扩散料层厚度为27mm，网带带速为195mm/min，氢气流量62Nm3/h，扩散烧结后再经过破碎筛分得到扩散型铁铜合金基粉。
实施例3一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法
（1）电解
电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目。
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%。
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉按照质量百分比电解铜粉20%，水雾化纯铁粉80%置于双锥混料机中混合55min，制得铜铁粉末前驱体。
（4）扩散处理
将步骤（3）中制备的铜铁粉末在纯氢气氛中进行扩散处理，扩散温度为650-820℃，其中预热段温度：650℃-680℃-700℃-720℃-750℃-800℃，高温段：820℃-820℃-820℃；冷却段： 800℃-790℃-780℃-760℃-740℃-700℃-680℃，大约1.5米设置一个温度点，扩散料层厚度为30mm，网带带速为200mm/min，氢气流量62Nm3/h,扩散烧结后再经过破碎筛分得到扩散型铁铜合金基粉。
对比例2
（1）电解
电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目
（2）制备水雾化纯铁粉
水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%.
（3）混合
将步骤（1）中的电解铜粉和步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉按照质量百分比电解铜粉20%，水雾化纯铁粉80%置于双锥混料机中混合52min，用机械混合法制得铁铜合金粉末。
表2
实施例4一种包含扩散型铁铜合金基粉的混合型粉末
将实施例3制备的扩散型铁铜合金基粉与铁含量≥99.2%的水雾化纯铁粉进行混合，得到铜含量为2%的铁铜合金粉末，然后加入0.8%的石墨，0.7%的润滑剂，得到混合型粉末；
所述扩散型铁铜合金基粉与铁含量≥99.2%的水雾化纯铁粉的质量比为1:9。
上述石墨、润滑剂的加入量是相对于2%的铁铜合金粉末计算的。
对比例3
（1）电解法得到电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目。
（2）水雾化法制备水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%。
（3）相对于步骤（2）中制备的水雾化纯铁粉，加入2%电解铜粉石墨、0.7%润滑剂、0.8%石墨，上述4种成分置于双锥混料机中混合50min，用机械混合法制得铁铜合金粉末。
将实施例4和对比案例3的粉末做成生坯密度为7.00g/cm3的拉伸试样、冲击试样、和横向断裂强度试样，在带式烧结炉中，1120℃，N2/H2，烧结30min,然后测试试样的膨胀率、抗拉强度、屈服强度、冲击功及横向断裂强度。
表3
从实施例和对比例中可以看出，采用本申请生产的扩散型铁铜合金基粉比机械混合粉生产的粉末松装密度明显降低，而压缩性能好；包含扩散型铁铜合金基粉的混合型粉末的性能明显高于机械混合的粉末的性能，这有效的解决了机械混合粉末松装密度高造成的粉末冶金零件填充不好成型性差的问题。高的压缩性能使混合粉更适用于中高密度零件。
本发明制备的扩散型铁铜合金基粉扩散的铜含量较高，可以任意的与其他基粉搭配使用，克服了机械混合法中基粉使用的局限性。
除非特殊说明，本发明采用的比例均为质量比例，采用的百分比均为质量百分比。
Claims (8)
1.一种扩散型铁铜合金基粉，其特征在于：所述基粉，以质量百分比计，由以下原料组成：电解铜粉10~35%，水雾化纯铁粉65~90%。
2.根据权利要求1所述的一种扩散型铁铜合金基粉，其特征在于：所述电解铜粉，铜含量≥99.7%，粒径<300目；所述水雾化纯铁粉，铁含量≥99.2%，松装密度为3.0-3.1g/cm3，流动性26-28sec/50g，600MPa下的压缩性为7.15-7.17 g/cm3。
3.一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：所述制备方法，包括混合、扩散处理；所述混合，电解铜粉和水雾化纯铁粉混合45-60min，制得铜铁粉末前驱体。
4.根据权利要求3所述的一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：所述扩散处理，在还原性气氛中进行扩散处理，扩散温度为400-850℃；扩散料层厚度为20-40mm，网带带速为150-205mm/min，氢气流量40-70Nm3/h。
5.根据权利要求4所述的一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：扩散温度为650-820℃；扩散料层厚度为25-30mm，网带带速为190-200mm/min，氢气流量60-65Nm3/h。
6.根据权利要求5所述的一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：所述扩散温度包括预热段温度、高温段温度、冷却段温度；所述预热段温度为650-800℃，高温段温度为760-820℃，冷却段温度为800-650℃。
7.根据权利要求6所述的一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：所述扩散处理，在网带炉中进行，1.4-1.6米设置一个温度点，预热段的温度为从650℃升温至750-800℃，每个温度点的温差为10-50℃。
8.根据权利要求6所述的一种扩散型铁铜合金基粉的制备方法，其特征在于：所述扩散处理，高温段的温度为760-820℃，保持恒温，设置2-4个温度点；冷却段的温度由750-800℃降低至650-680℃，每个温度点的温差为10-40℃。
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