[发明专利]一种防渗碳材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防渗材料，尤其涉及一种防渗碳材料及其制备方法。 

背景技术

许多机械零件结构复杂（如齿轮轴中有花键、螺纹、齿轮），表面需要进行渗碳处理，但有些部位（如螺纹）不能被渗碳，希望保持原有的调质或正火状态，否则会影响使用性能（如脆断），造成不可预估的功能下降或丧失。因此需要保护，对这些不希望被渗碳的部位进行防渗碳保护处理。

目前防渗碳处理大多是在不希望被渗碳的部位涂覆防止渗碳的涂料，该工艺特点是：零件在渗碳前需在不希望被渗碳的部位涂覆防渗碳涂料，然后进行渗碳淬火，最后还需将表面的涂料清除。所使用的防渗碳涂料在热处理后一般不易清除，而且不能阻止被保护的部位即不希望被渗碳的部位硬度偏高（可达HRC50）；同时，防渗碳涂料属于一次性使用，会污染淬火设备和环境。该工艺还存在以下缺点：

1、防渗碳涂料涂覆不均匀，特别是当不希望被渗碳的部位具有形状复杂的表面和较细小的缝隙（如螺纹）时，往往会造成不能对不希望被渗碳的部位的有效保护；如果涂抹过多防渗碳涂料则易造成热处理后去除困难；如果涂抹过少防渗碳涂料，易造成不能有效防止渗碳，这样被保护的部位（不希望被渗碳的部位）会不同程度渗碳，在后期使用过程中容易造成该部位易脆裂，进而使整个零件失效；

2、易造成不希望被渗碳的部位在热处理后表面硬度偏高，比热处理前提高10HRC左右，有时可达50HRC；

3、在热处理后，必须清除防渗碳涂料。若未有效去除防渗碳涂料，造成凹陷处残留，不能确保该凹陷处的使用尺寸，成品率较低，而且去除防渗碳涂料会增加加工成本。

4、有时需采用手工涂抹防渗碳涂料，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、具备良好防渗性能的防渗碳材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：一种防渗碳材料，其包括以下质量百分含量的组份：

铁    81.5-86.5%；

铜    13.0-18.0%；

碳    ≤0.5%。

本发明中，所述的防渗材料的密度7.3-7.6g/cm³，表观硬度HRB≥60，抗拉强度≥320MPa；经渗碳处理后，其表观硬度HRC≥18，抗拉强度≥620MPa。

本发明所述的防渗碳材料的制备方法包括以下步骤：

1）称料：先按配方以下称取铁粉、铜粉、石墨粉和润滑剂；

铁粉    81.5-86.5%；

铜粉    13.0-18.0%；

石墨粉  ≤0.5%；

润滑剂  0.3-0.5%。

其中，铁粉、铜粉、石墨粉、润滑剂均为市售产品，2）混粉：将铁粉、石墨粉和润滑剂加入混粉机中混合均匀，所述加入的润滑剂的质量为所述防渗碳材料总质量的0.3-0.5%，混合均匀后，再静置10-24h，备用；

3）铁基毛坯压制：将步骤2）混合均匀的粉末加入模具中，在压力为400-650MPa下，压制成型得到铁基毛坯，该铁基毛坯与渗碳介质接触的区域即“有效防渗层”密度为6.2-6.6g/cm³，厚度为1.5-7mm；该铁基毛坯未与渗碳介质接触的区域即“非有效防渗层”密度为6.4-6.8g/cm³，厚度为0-10mm；

4）铜粉件的压制：将铜粉装入另一模具中，压制成铜粉件；

5）烧结：将铜粉件置于铁基毛坯上，一同放入烧结炉内，在温度为1090-1140℃下，烧结20-50min，铜粉件熔化成铜液，并渗入铁基毛坯中，烧结完毕，冷却至室温，得到所述的防渗碳材料。

本发明采用以上的制备方法，在步骤3）压制过程中，通过对压制工艺的控制，使制备的铁基毛坯与渗碳介质接触的区域即“有效防渗层”的密度为6.2-6.6g/cm³，该铁基毛坯未与渗碳介质接触的区域即“非有效防渗层”密度为6.4-6.8g/cm³，使制备的铁基毛坯内外层密度不一样；然后，再通过步骤5）的烧结工序，将铜粉件熔化成铜液，通过毛细作用力，铜液缓慢渗入铁基毛坯中；同时，铁基毛坯在烧结炉中发生化学扩散，组织变化，然后在烧结炉中冷却至室温。冷却过程中，铜液凝固于铁基毛坯中。由于步骤2）压制的铁件毛坯的“有效防渗层”密度低，铁件毛坯孔隙体积比例较大，更多的铜液渗透到该层中；因此铜液在该层形成高含量的网状铜层分布。在渗碳处理时，该层与渗碳介质接触，从而对不希望被渗透的部位起到防渗碳作用。