[发明专利]一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法。

背景技术

粉末冶金用铁基合金粉包含：混合粉、扩散合金粉和预合金粉三种。混合粉是以铁粉作为基体的粉末，混合一定的合金粉末如：石墨粉，铜粉，镍粉，钨粉等。扩散合金粉是将合金粉末与铁粉混合然后经过加热处理，使不同粉末发生一定的扩散粘接，能够减少混合粉末中不同成分的偏析。预合金粉是在熔炼铁时加入合金元素，然后再通过雾化还原等步骤制备。合金元素在铁基材料当中起到固溶强化、第二相粒子强化等作用，从而增加铁基零件硬度、拉伸强度等力学性能。铁基合金粉末在使用前都需要添加有机润滑剂，如硬脂酸锌或者KenolubeP11等，润滑剂有助于提高铁基混合粉末的压制密度，减少压制过程中金属粉末对模具的损伤。铁基粉末冶金零件具有近净成形、节能和廉价等优点，广泛应用于机械航空等领域，具有巨大的应用潜力。

市场上销售的含钨合金粉，几乎都是通过预合金的方式制得，即在铁水熔炼时加入钨铁合金再经过雾化还原处理，使用时再混合有机润滑剂或者其他合金粉末。而本发明中是将钨以二硫化钨的形式加入到纯铁粉当中进行混合，再加入少量的有机润滑剂和一定的合金粉末，制备出含二硫化钨的铁基混合粉。

铁基混合粉末所制备的生坯在烧结过程中，其中的有机润滑剂发生分解挥发后在铁基零件内部留下空隙，如果有机物分解过快还会导致零件产生裂纹等缺陷，从而影响铁基零件的力学性能和表观质量。二硫化钨为密排六方晶体结构的无机材料，具有优异的润滑性能，添加入铁基混合粉末中可以减少有机润滑剂的使用量，在粉末压制时促进生坯密度的提高，同时在烧结阶段可以减少有机物挥发产生的空隙和裂痕等缺陷。在铁基零件的烧结温度下，由于二硫化钨的吉布斯自由能高于硫化亚铁的吉布斯自由能，所以二硫化钨与铁反应产生硫化亚铁；同时钨元素扩散固溶到铁基体当中。硫化亚铁与铁形成低熔点共晶相，在铁基零件内部产生较多液相有助于提高烧结体密度。硫化亚铁的存在有助于提高铁基零件的切削性能和润滑性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种含钨铁基粉末冶金材料及其制备方法，所制备的冶金材料具有良好机械性能。

本发明采取如下技术方案：

一种含钨铁基粉末冶金材料，由以下组分按质量百分数组成：二硫化钨，0.5%~6%；硬脂酸锌，0.1%~0.8%；石墨，0%~5%；铜粉，0%~5%；镍粉，0%~5%；余量为铁粉。

优选的，铁粉粒径为100目。

优选的，二硫化钨的质量分数为5%；硬脂酸锌的质量分数0.2%；余量为铁粉。

优选的，二硫化钨的质量分数为2%；硬脂酸锌的质量分数0.6%；余量为铁粉。

本发明所述的含钨铁基粉末冶金材料的制备方法为：

（1）混料：将各组分按质量百分数均匀混合；

（2）压制：将混合的粉末填充入模具中冷压成型。

（3）烧结：将压制生坯烧结使粉末颗粒实现冶金结合。

步骤(3)中烧结条件为真空烧结、分解氨气氛烧结或氮气气氛烧结的一种，烧结温度为1000℃~1200℃。

本发明的有益效果如下：

（1）以二硫化钨的形式向原料中添加钨元素，由于二硫化钨具有优异的润滑性能，有助于压制过程中压坯密度的提高，减少混合粉末中有机润滑剂的加入量，降低有机物挥发所产生的空隙和裂纹等缺陷。

（2）混合粉末制成的压坯在高温烧结阶段，二硫化钨会与铁基体反应形成液相，促进烧结体密度的增加。

（3）二硫化钨中的硫与铁反应生成硫化亚铁，硫化亚铁的存在有助于提高铁基零件的切削性能和润滑性能。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍，但不局限于此。

实施例1

一种含钨铁基粉末冶金材料，由以下组分按质量百分数组成：二硫化钨，5%；硬脂酸锌，0.2%；余量为铁粉，100目。

其制备方法为：

（1）混料：将各组分按质量百分数均匀混合；

（2）压制：将混合的粉末填充入模具中冷压成型；

（3）烧结：将压制生坯在分解氨气氛下烧结，烧结温度位1000℃。

实施例2

一种含钨铁基粉末冶金材料，由以下组分按质量百分数组成：二硫化钨，2%；硬脂酸锌，0.6%；余量为铁粉，100目。

其制备方法为：