[发明专利]原位合成氧化铝增强铁基粉末冶金合金的方法

说明书

本发明公开了原位合成氧化铝增强铁基粉末冶金合金的方法，包括以下步骤：(1)首先将铁粉进行氧化处理，氧化处理的氧化温度为100～300℃，氧化时间0.5～1h；(2)在氧化处理后的铁粉中加入铝粉和硬脂酸锌进行球磨，铝粉加入含量为总质量的1％～10％，加入的硬脂酸锌含量为总质量的1％～2％；(3)将合金粉末通过压制、烧结，烧结温度为1000～1150℃，温度上升速率为10～20℃/min，烧结后保温；本发明方法中第二相粒子为原位生成，避免了传统外加增强体方式中繁琐的增强体预处理工序，可大大提高生产效率；通过这种方法制备的复合材料，增强体是在金属基体内形核、长大的，所以增强体表面无污染，基体和增强体的相溶性良好，界面结合强度较高，能有效的提高产品的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种原位合成氧化铝增强铁基粉末冶金合金的方法，用于制备铁基粉末冶金合金。

背景技术

第二相粒子增强是一种十分常见的强化金属的手段。通过这种方法强化的金属基复合材料能同时具有基体金属和增强相的优点,表现出高强度、低成本、高模量、易于制造和高耐磨性等性能,具有广阔的应用前景。而粉末冶金法，由于其通过粉末压制、烧结制备合金的特殊工艺流程，有利于第二相粒子的引入，所以通过粉末冶金法制备的金属特别适用于第二相强化，并且粉末冶金法可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大和不均匀的组织，大幅度的提升材料的性能。因此这种通过粉末冶金法制备金属基复合材料的方式被广泛应用于飞机、汽车零部件的制造当中。

Al₂O₃具有高硬度、高耐磨性和良好的耐蚀性，并且在高温时难溶于金属基体，是一种优良的增强相，弥散分布的Al₂O₃颗粒有利于提高铁基粉末冶金的力学性能和抗蠕变性，有良好的发展前景，但是由于传统上所用的外加增强体增强，会导致Al₂O₃与铁基体之间浸润性较差、结合不良，因此限制了这种材料的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以达到提高铁基粉末冶金力学性能目的的原位合成氧化铝增强铁基粉末冶金合金的方法。

为解决上述技术问题，本发明的原位合成氧化铝增强铁基粉末冶金合金的方法包括以下步骤：

(1)首先将铁粉进行氧化处理。

铁粉氧化处理使用的铁粉纯度为99.5％，颗粒大小为300目；氧化所用设备是KSL-1200X型马弗炉，氧化温度100～300℃，氧化时间0.5～1h。

(2)再在氧化处理后的铁粉中加入铝粉和硬脂酸锌进行球磨。

使用的铝粉纯度为99.5％，颗粒大小为400目，加入含量为总质量(即铁粉、铝粉和硬脂酸锌的总质量，下同)的1％～10％；加入的硬脂酸锌含量为总质量的1％～2％，用作增强剂、脱模剂；球磨所用设备为QM-3SP2行星式球磨机，球料比10:1，转速300～400r/min，时间约为2h。

氧化铁是通过铁粉氧化处理得到的，这使得铁粉颗粒表面将附着一层氧化铁，在上述铝粉含量与氧化时间配合的情况下，能确保氧化铁与铝粉的充分反应。

(3)最后将合金粉末通过压制、烧结制成样品。

压制烧结工艺所用设备为YLJ-40型粉末压片机，压力为450Mpa，保压时间4～6min，将粉末压制成直径为20mm的圆柱体，每个式样所用合金粉末约6g；烧结过程在真空环境下进行，烧结温度1000～1150℃，温度上升速率为10～20℃/min，烧结保温时间约1小时。

本发明利用铁粉氧化获得的氧化铁与铝粉在烧结过程中发生反应原位生成氧化铝强化基体，生成的氧化铝在基体中均匀分布，有很好的弥散强化作用，不仅提高产品的综合力学性能而且使基体的抗蠕变性能有较大提高。