[发明专利]冶金粉末组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁基粉末。本发明尤其涉及适合制造耐磨产品的粉末。

背景技术

具有高耐磨性的产品被广泛应用，人们一直在寻求与现有的耐磨产品相比具有相同或更好的性能但更廉价的耐磨产品。

具有高耐磨性的产品的制备可以以例如粉末为基础，例如铁或铁基粉末，包括碳化物形式的碳。

一般来说，碳化物非常硬并具有高熔点，这些特点使它们在很多应用领域具有高的耐磨性。这种耐磨性通常使碳化物适于作为需要高耐磨性的钢(例如用于钻头、机床、阀座等的钢，例如高速钢HSS)中的组分。Mo、W、V是形成高强度碳化物的元素，因此这些元素特别有利于制造耐磨产品。Cr是另一种形成碳化物的元素。

E.Pagounis等人在Materials science and engineering A246，1998，221-234中公开了耐磨材料的制备，该耐磨材料由钢粉制备，其中钢粉与陶瓷粉末(例如Cr₃C₃)干混合。

尽管从该文献获知的材料具有良好的耐磨性，但仍然需要具有相同或更好的性能但更廉价的材料。还需要不存在该文献中提到的分离问题的粉末。

因此，如果能够不使用例如W、V和Nb的贵重金属则是有利的。如果这些材料能够以简单且成本有效的方式制造，则也是有益的。

发明概要

现已发现，由铁基粉末可以获得特征在于良好耐磨性的廉价材料。更具体地，该铁基粉末应包括10至20重量％的Cr、0.5至5重量％的Mo、以及1至2重量％的C，因此，该铁基粉末的特征在于包括预合金的水雾化铁基粉末颗粒、以及扩散结合于所述预合金粉末颗粒上的碳化铬颗粒。

与具有高耐磨性的常规粉末和硬化相中所使用的其它同类金属相比，铬是一种便宜得多而且更容易得到的形成碳化物的金属，因此，在用铬作为主要的形成碳化物的金属时，可以更廉价地制造粉末，并因此可以更廉价地制造压实的产物。还出人意料地发现，根据本发明用铬作为主要的形成碳化物的金属，可以获得耐磨性足以用于例如阀座应用的粉末。

此外，通过使用该粉末，还避免了在使用由不同粒度和不同密度的不同合金元素和其它添加剂的粉末构成的组合物时出现的的分离问题。还减少或消除了起尘问题。

这种新型铁基粉末的特征还在于良好的可压缩性。

根据本发明，通过将预合金的水雾化铁基粉末与碳化铬颗粒混合，并将该混合退火，由此使碳化铬颗粒扩散结合于预合金粉末上，可以获得这种新型粉末。

此外，常规高速钢的碳化物一般都非常小，但根据本发明，以较大的铬碳化物可以得到同样有利的耐磨性。

为了使压实的产物在整个体积内具有均匀的性质，重要的是将粉末的所有不同成分紧密混合。由于不同合金元素和其它添加剂通常具有不同的粒度和不同的密度，因此如果不采用措施避免，将出现分离现象。根据本发明，通过提供预合金的铁基粉末，并通过扩散粘合将碳化物粘合在该铁基粉末上，克服了分离问题。因此，粉末的所有不同成分彼此物理连接，这是所获粉末是均匀的并且无论如何加工也没有分离危险的原因。这种粉末的制备还防止了各成分(例如石墨)的小颗粒的起尘，而这是其它粉末组合物常见的。

通过将碳化物扩散结合于预合金粉末的外部，获得了与具有相应组成但碳化物在预合金粉末颗粒内的粉末相比具有较好可压缩性的粉末。

将预合金粉末水雾化而不是气雾化或研磨，也提高了可压缩性，因为这产生了相对不规则形态的颗粒。

优选实施方式的详细描述

预合金水雾化铁基粉末可以是购得的或者可以其它方式获得的铁基粉末，例如工具钢粉末，例如本身具有良好耐磨性的H13(Powdrex)。

预合金粉末优选具有40至100μm、更优选约80μm的平均粒度。

预合金粉末包括2至10重量％的铬、0.5至5重量％的钼、0.1至1重量％的碳，其余为铁、其它任选的合金元素和不可避免的杂质。预合金粉末可任选地包含其它合金元素，例如最高达3重量％的钨，最高达3重量％的钒，最高达2重量％的硅。还可任选地包含其它合金元素或添加剂。

在优选实施方案中，预合金粉末由3至7重量％的Cr、1至2重量％的Mo、0.2至0.5重量％的C和余量的Fe构成。

尽管本发明粉末的大部分碳化物是扩散结合的碳化铬，但是通过预合金粉末中的形成碳化物的成分，例如上述铬、钼、钨和钒，也可形成一些碳化物。