[发明专利]含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米铁粉烧结体，具体地指一种含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体及其制备方法。

背景技术

在粉末冶金领域，对于金属粉在金属模内加压、成型之后，进行烧结而制成的烧结体，可以精度良好地制造复杂形状的机械部件。因此，在要求高尺寸精度的汽车部件、耐磨合金、高温合金以及其他特殊用途零部件的制造中，烧结体都可以广泛地应用。

公开号为CN101772389A的中国发明专利公布了“粉末冶金用铁系混合粉末和铁粉烧结体”，是以含有铁基粉末、石墨粉、铜粉和复合氧化物为原料，在1000℃以下实现烧结。公开号为CN101733400A的中国发明专利公布了“高强度组成铁粉和使用它的烧结部件”，是以铁粉主要原料，添加一定量的Mn、Fe-Mn(粒径45微米以下)、Cu以及石墨粉末，在Cu的熔点以上，1300℃以下温度范围内实现烧结。公开号为CN201141401Y的中国实用新型专利公布了“一种用铜包铁粉烧结的双金属轴承”，在钢板的表面上烧结有铜包铁粉的耐磨层，形成层叠的复合材料，并用该复合材料制成轴套或平板，烧结有铜包铁粉的表面为轴承的摩擦面。

综上所述，铁系复合粉末烧结体的研究，主要集中在采用熔点相对较低的铜粉作为烧结助剂方面，无法满足高强度零部件以及其他特殊用钢产品的使用需要。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种纳米含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体及其制备方法。

一般物质的熔点是，在一定压力下，纯物质的固态和液态呈平衡时的温度，也就是说，在该压力和熔点温度下，纯物质呈固态的化学势和呈液态的化学势相等。对块状纯物体来说，其化学势只是温度和压力的函数。

而纳米颗粒由于粒径小，比表面自由能高，故其化学势比相同条件下的块状固体高很多，结果导致其熔点和烧结温度大大低于同样材质的块状固体，且颗粒的粒径越小，其熔点和烧结温度越低。例如，大块Pb的熔点为600K，而20纳米球形Pb颗粒的熔点降低288K，而纳米银颗粒在低于373K开始熔化，而常规Ag的熔点高达1273K。

我们通过试验研究发现，当纳米铁粉的粒径小于100纳米时，其熔点会降低，同时，在高纯氢气或高纯氢气和氮气混合气氛的特殊条件下，金属氧化物还原成单质颗粒后其活性较高，更容易与其他金属或者氧化物反应、烧结。利用此原理可以设计、生产多种金属粉末烧结体，以满足高强度零部件以及其他特殊用钢产品的使用需要。

为实现上述目的，本发明所设计的含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体，它由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末80～100％，添加物粉末0～20％，所述添加物粉末为含有C、Al、Si、Mn、Sn、Ni、Co、Cr、W、Ti、V、B元素中的一种粉末或两种以及两种以上的复合粉末。

优选地，含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末90～95％、石墨粉0.05～0.5％、Al粉1.0～5.0％、Si粉1.0～5.0％、Mn粉1.0～4.5％。

优选地，含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末80～93％、Ni粉5～15％、Co粉2～10％。

优选地，含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末80～90％、Ni粉5～15％、Cr粉5～15％、Mn粉0～5％。

优选地，含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末90～95％、Al粉1.0～1.5％、Si粉0.1～4.0％、Mn粉1.0～3.5％，Sn粉0.1～1.0％、Ti粉0.2～0.8％、V粉0.1～0.6％、B粉0.1～0.5％。

优选地，含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体由下述按质量百分比的原料配制而成：纳米氧化亚铁粉末80～90％、石墨粉0.1～0.5％、Mn粉1.0～3.5％，Cr粉5～15％、W粉0.1～5％。

本发明中，所述纳米氧化亚铁粉末的平均粒径小于60纳米，纯度98％以上。所述添加物粉末的平均粒径小于10微米，纯度99％以上。

上述含有纳米氧化亚铁的纳米铁粉烧结体的制备方法：首先将原料充分混合，然后进行模压、等静压或振动成型，最后在高纯氢气或高纯氢气和氮气的混合气氛中，在烧结温度900～1200℃下进行烧结，保温30～300分钟。

本发明的混合气氛中，氢气体积百分比浓度为30～99％，氮气体积百分比浓度为1～70％。