[发明专利]粉末冶金铁基零件用高温液相烧结合金粉末及制造方法

说明书

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种适用于粉末冶金铁基零件高温液相烧结添加剂粉末及制造方法。合金粉末成分为：C:0.15～0.30，Si:15～22，Cr:0.05，Mn:0.5，P:0.3，酸不溶物0.5，可还原氧(O):2000ppm，不可避免的工艺杂质1.00，Fe:余量。本发明合金粉末采用水雾化或水气联合雾化法制造。添加本发明粉末，真空高温烧结共析钢试样的密度由6.7g/cm³增加到7.30g/cm³，对于Fe‑Mn‑Si‑Cr‑C系列，不添加Ni和Mo，烧结态硬度达到洛氏硬度HRC40，同样实现烧结硬化效果。对于某些Fe‑(10～20)Cu成分多孔含油轴承，添加本发明粉末高温烧结，可以生成分布均匀的纳米强化相，大幅度提高多含油轴承的压溃强度，达到810MPa，并有足够的减摩性能。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种适用于粉末冶金铁基零件产生高温液相烧结的合金粉末及制造方法。

背景技术

粉末冶金铁基零件的制造过程为，将铁粉和石墨粉连同其他必要的合金粉末通过混合、压制、烧结工序完成。压制是将混合好的粉末装入具有零件形状的封闭钢模中，在单轴压力下压制成生坯，烧结是在高温作用下，通过组元的相互扩散作用，使生坯转化为高密度、高强度合金零件。

烧结过程分为固相烧结和液相烧结。固相烧结是烧结温度低于所有粉末组元熔点的烧结，粉末为固体。烧结过程是固相扩散。液相烧结是烧结温度高于某些组元的熔点，某些组元熔化，在烧结的一段时间内成为液相。烧结过程是液相扩散。促进合金元素之间的扩散，促进合金化，促进粉末体致密化，因而性粉末冶金零件性能能得到大幅度提高。液相烧结是技术领域的优化技术手段。

在粉末配料中添加某些熔点低于烧结温度的合金粉末，是实现液相烧结的重要手段。传统地，铁基零件工业化烧结温度为1050～1150℃，在此温度范围，广泛使用铁磷合金粉(Fe-P)作为液相烧结添加剂粉。例如Fe-18P合金熔点为1050℃，在1050～1150℃烧结温度范围内，Fe-18P粉熔化，形成液相烧结，促进烧结致密化，零件性能获得较大提高。

随着烧结技术的进步，出现了高温烧结技术(包崇玺沈周强舒正平.粉末冶金新技术在烧结齿轮中的应用.粉末冶金材料科学与工程.2006，11(3)：140-145)。工业生产的高温烧结温度为1200-1300℃。然而，目前在粉末冶金领域，铁基零件只能做高温固相烧结，迄今尚无可供高温液相烧结的添加剂粉末，无法实现高温烧结的液相烧结。

高温液相烧结如果能够实现，除了促进烧结致密化，增加制品密度之外，有可能生成新的合金相，提供铁基零件新的强化途径。例如，硅(Si)元素对粉末冶金铁基零件而言是有益元素，能增加零件的耐磨性、耐热性。通常往铁粉中添加铁硅合金粉，常用含硅75重量％(Fe75Si)合金粉作为硅元素的引入物质。因为，Fe75Si合金质地硬脆，容易球磨成粉，但是它不能作为高温液相烧结添加剂来用，因为根据Fe-Si二元相图，Fe75Si合金熔点为1350℃以上。不会在1200～1300℃形成液相。

国家自然科学基金项目(51725402、51604023)，研究了铁硅(Fe75Si)钢液中去除杂质的问题。研究发现(张彦辉李亚琼张立峰.造渣精炼去除硅铁合金中铝钙杂质研究.铁合金.2019，276(1)：31-34)，采用SiO₂或F₂O₃渣剂，造渣精炼后,硅铁合金中的Al、Ca杂质含量分别降为0.13％、0.005％,去除率分别达到88.28％、98.38％。该方法不仅能有效避免渣剂对硅铁合金造成二次污染,还能大幅度降低铝钙杂质含量,从而提高了硅铁合金的洁净度。本发明的铁硅合金的Si含量为18～22％，低于基金项目的75％，在提高钢液的洁净度，防止喷嘴结瘤，保持顺畅喷粉方面，没有其他相应参考文献。