[发明专利]一种高密度铁基粉末冶金零件的制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于粉末冶金成形技术领域，提供了一种高密度铁基粉末冶金零件的制备方法。提供了一种利用传统粉末冶金工艺，利用二硫化钼低的摩擦因数和良好润滑性，改善铁基粉末的压制性，获得高密度（7.2-7.5g/cm³）的铁基粉末冶金零件，大大降低生产成本，适合工业化生产。

 

背景技术

铁基粉末冶金零件是发展迅速和具有巨大应用潜力的工程材料，因其具有省材、节能，价格低廉，产品质量均一及具有最终精度零件的特点，在机械、航空、航天，特别是汽车工业有广泛应用，常见的有带轮、链轮、齿毂、凸轮、连杆、阀座等。

铁基粉末冶金零件约占粉末冶金产品总量的90%，其中70%-80%的粉末冶金产品应用于汽车行业，单辆汽车上铁基粉末冶金零件的用量已成为衡量一个国家粉末冶金发展水平的标志之一。虽然我国汽车工业发展迅速，但我国粉末冶金零件中汽车零件所占的比例仍然偏低，高密度和高性能汽车粉末冶金零件主要依赖进口。我国粉末冶金工业基础薄弱，铁基粉末冶金制品的水平较低（密度6.8-7.2g/cm³），粉末冶金企业实力较弱，很难进入门槛较高的汽车工业。因此，高密度粉末冶金材料仍然是铁基粉末冶金研究领域的热门技术开发方向之一。

目前，国内获得高密度铁基粉末冶金零件的方法包括：二次压制-二次烧结，粉末锻造、热压、温压工艺等。但与传统粉末冶金工艺相比，成本相对较高，工艺相对复杂，不利于工业化生产。采用传统粉末冶金工艺，生产成本较低，但获得的粉末冶金零件中都含有10%或更多的孔隙，影响了材料的力学性能。传统铁基粉末冶金零件的成形工艺为压制，压坯的密度对零件的最终性能很大，高的压坯密度能够获得更优的力学性能，因此如何提高压坯密度成了铁基粉末冶金零件行业的重要问题。

常用的方法是添加硬质酸锌等有机物润滑剂，受限于混料的均匀性及润滑性能的有限性，有机物残留会对零件的力学性能产生影响，压坯密度较低（密度6.8-7.2g/cm³），影响材料的烧结密度。因此，如何进一步提高铁基粉末冶金零件的压坯密度一直是难题，直接影响到工业化的应用。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度铁基粉末冶金零件的制备方法，提高铁基粉末冶金零件的烧结密度，生产成本较低。

本发明利用二硫化钼特殊的层状结构，低的摩擦因素和良好的润滑性能改善铁基粉末的压制性，将铁粉与二硫化钼粉末均匀混合，进行退火处理，使二硫化钼均匀分布在铁粉表面。将退火后的混合粉末与一定量的金属粉（Cu、Ni、Mo、Cr中的任一种或者任意组合）、石墨等粉末均匀混合，压制烧结获得高密度铁基粉末冶金零件。在压制过程中，由于MoS₂为密排六方结构，层与层的S原子结合力较弱，极易从层间滑移，表现出良好的润滑性能，降低了粉末颗粒间的摩擦力，提高了压制性，能将压坯密度提高到7.2g/cm³~7.5g/cm³，获得高密度的铁基试样。

其具体工艺如下：

(1) 在铁粉中加入二硫化钼粉末，二硫化钼粉末与混合粉末（铁粉与二硫化钼粉末）的质量比为1:100-1:10000，在球磨机中混合1-24小时；

(2) 将球磨混合后的粉末在氢气炉中退火，退火温度为600-900℃，时间为1-6h；   

(3) 将退火后的混合粉末与一定量的金属粉、石墨均匀混合，其中金属粉所占质量比为1:1000-1:10，石墨所占质量比为1:1000-1:50，在球磨机中混合1-24h； 

(4) 将混合均匀的复合粉末进行压制，在700MPa-1000MPa的压力下可获得7.2-7.5 g/cm³的压坯；  

(5) 将压坯在一定保护气氛，1000℃-1250℃的温度下烧结0.5h-3h，获得7.2-7.5g/cm³的铁基粉末冶金材料。

步骤（1）中所述铁粉的粒度为50-500μm，二硫化钼粉末的粒度为50-500μm。

步骤（3）中所述金属粉的粒度为50-500μm，石墨的粒度为50-500μm。

步骤（3）中所述的金属粉为Cu、Ni、Mo、Cr中的任一种或任意组合。

步骤（4）中所述压制工艺为模压成型。

步骤（5）中所述保护气氛为H₂或N₂或分解氨。

 

本发明的优点