[发明专利]一种高性能铁基粉末冶金烧结材料的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及粉末冶金领域，具体的涉及一种高性能铁基粉末冶金烧结材料的制备方法。

背景技术：

粉末冶金是一种近净型产品生产技术，用粉末冶金方法生产的材料不仅少、无切削,具有节能、节材适于大批量生产等特点；而且具有较好的经济、环保效益。因此，粉末冶金材料在国外工业发达国家倍受青睐，其在汽车上的应用日益增加，被誉为汽车工业的第四大材料。

目前，我国粉末冶金工业发展水平与发达国家相比存在较大差距。究其原因除压制、烧结、后续处理等装备与国外相比存在较大差距以外，生产轿车用粉末冶金结构件所用的原料性能较差，制备的粘结粉末效果差，在进行后续加工时易造成成分偏析、尺寸稳定差等问题，满足不了生产高强度、高耐磨性、高尺寸精度和形状复杂的粉末冶金结构件性能需要，因此，制备高性能混合粉末并大批量生产用于高强度、高耐磨性、好的尺寸稳定性及形状复杂的粉末冶金结构件是大力发展粉末冶金的关键。

发明内容：

针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种高性能铁基粉末冶金烧结材料的制备方法，其采用高性能还原铁粉，并加入少量Zn₃P₂，采用粘结剂溶液与铜粉等其他辅助粉末粘结混合，制得的粘结粉末致密度高，粘结效果好，由其制得的材料密度高，硬度大，机械性能好，且生产成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能铁基粉末冶金烧结材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将水雾化铁粉在700-800℃下还原后和Zn₃P₂混合作为第一种粉末颗粒；

(2)将铜粉和锌粉与硼粉、磷粉、润滑剂混合，制成第二种粉末颗粒；

(3)将粘结剂溶解于有机溶剂中制得粘结剂溶液，将预处理的第一种粉末颗粒加入到高混机中，然后加入粘结剂溶液，混合均匀后继续加入预处理的第二种粉末颗粒，混合均匀、干燥，得到粘结粉末；

(4)将上述制得的粘结粉末采用粉末冶金压机温压成型，然后依次进行烧结、复压、复烧处理，制得半成品，将制得的半成品进行热处理、机加工后制得高性能铁基粉末冶金烧结材料。

作为上述技术方案的优选，水雾化铁粉、Zn₃P₂、铜粉、锌粉、硼粉、润滑剂的用量，以重量份计分别为：水雾化铁粉70-100份、Zn₃P₂ 1-2份、铜粉15-20份、锌粉8-15份、硼粉5-10份、润滑剂0.8-3份。

作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述高温还原是采用垂直叠加式双层料舟来烧结，料舟之间采用活动支架结构隔开，金属粉末装载完成后，双层料舟进入还原炉内进行金属粉末还原。

作为上述技术方案的优选，所述垂直叠加式双层料舟中料舟1与料舟2之间的间隙高度为0.5-3cm，料舟1与料舟2之间采用不锈钢材质的活动支架3连接。

作为上述技术方案的优选，第一种粉末颗粒的粒径大小为50-1000μm，第二种粉末颗粒的粒径为1-50μm。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、呋喃树脂、聚四氟乙烯、橡胶中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述有机溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、二甲苯中的一种。

作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，粘结剂与有机溶剂的质量比为1：(1-10)，粘结剂的加入量为第一种粉末颗粒与第二种粉末颗粒总重量的1-5％。

作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述温压成型的温度为150-200℃，压力为450-660MPa，温压成型的时间为15-30min。

作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述热处理的条件为：800-860℃下保温1-2.5h，然后在150-180℃下低温回火1-2h。

在金属粉末压制过程中涉及金属粉末的重排和塑性变形。一般认为，在压制前期粉末间的颗粒重排对致密化起主导作用，温压工艺之所以能够显著提高生坯的密度，最主要的原因就是粘结粉末的流动性较好，可以提高有效压力，改善粉末的充填行为，获得更高的生坯密度；而本发明采用粘结剂溶液将大颗粒粉末与小颗粒粉末粘结在一起获得了较好粘结效果的粘结粉末；