[发明专利]用于延长烧结炉中的带的寿命的方法和气氛

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在美国的35USC§119下享有于2009年12月21日提交的临时申请No.61/288505的优先权。该临时申请的公开由此通过引用而全文结合进来。

技术领域

本文描述了使用受控气氛烧结金属部件，尤其是钢部件，的方法。尤其描述了使用包含氮气和氢气的气氛烧结钢部件的方法，以及在烧结炉中对金属带进行操作之前预调制所述金属带的方法。

背景技术

粉末冶金常规用来制备各种需要精密尺寸公差、好的强度和耐磨性的简单几何形状和复杂几何形状的碳钢部件。所述技术涉及将已经和有机润滑剂预混的金属粉末压成有用的形状，然后在连续炉中在高温以及受控气氛中进行烧结而成为成品。

使用粉末冶金法制备部件的总成本已知受到维护炉子所花费的时间和金钱以及受控气氛的成本的显著影响。另一方面，部件的产率和质量分别受到炉子停工时间以及受控气氛的一致性组成的影响。因此需要研制出如下方法和/或气氛：其有助于减少停工时间和维护费用，以及提高由粉末冶金方法制成的部件的产率和质量。

连续烧结炉正常情况下包括3个不同的区域，即，预热区，高温加热区和冷却区。预热区用于预热部件达到预置温度，以及以热方式助于将有机润滑剂从部件中除去。高温加热区则用于烧结部件，而冷却区用于在将部件从连续炉中移出之前冷却所述部件。

连续炉中用于烧结钢部件的高温加热区一般在高于大约1832°F(约1000℃)温度工作。由于在高温工作的原因，连续炉的高温加热区由价格昂贵的高温含镍铬合金建成，比如Inconel。采用这些昂贵的高温合金有助于延长连续炉的使用寿命和同时降低维护成本。或者，相对便宜的不锈钢也可用于建造烧结炉。但是相比于高温镍铬合金，后者不锈钢的使用寿命较短。

用于在连续炉中装载和卸载部件的连续丝网带，一般由价格昂贵的高温含镍铬合金例如Inconel或者相对便宜的不锈钢制成。所述价格昂贵的高温含镍铬合金是构建丝网带和获得较长使用寿命的优选材料，但是它们成本高且很少用于粉末冶金工业。而相比于所述价格昂贵的替代物比如高温含镍铬合金，不锈钢丝网带通常由于其高温性能和较低成本而被选择用于烧结钢部件。尽管不锈钢丝网带需要频繁维护，但是由于其低廉的价格仍然常常用在粉末冶金工业中。

用于烧结钢部件的受控气氛通常由吸热性发生器、氨气分离器或者纯氮气和氢气混合而生产和提供。吸热性(吸热性气体)气氛通过在吸热性发生器中催化燃烧空气中的受控量的烃气体比如天然气来生产。吸热性气氛典型地包含氮气(约40％)、氢气(约40％)、一氧化碳(约20％)，以及低含量的杂质如二氧化碳、氧气、甲烷和水分。通过分离氨气获得的气氛包含氢气(约75％)、氮气(约25％)，以及以未分离的氨气、氧气和水分形式存在的杂质。

通过将纯氮气和氢气混合生产的氮气-氢气气氛已经被粉末冶金工业用作吸热性生产并分离的氨气氛的替代品超过30年。由于这些气氛是通过混合纯氮气和氢气生产的，所以其避免了工人暴露于环境不友好的和伤害性的气氛中相关的问题。进一步，由于这些气氛的组成和流速可被容易改变和精确控制，所以其已经广泛地被粉末冶金工业接受来烧结需要良好的碳控制、一致性品质和性能的钢部件。譬如，US5613185披露的氮气-氢气为基础的气氛，包括使用了受控量的氧化剂，如水分、二氧化碳、一氧化二氮、或者其混合物以及含氮气-氢气的气氛。

氮气-氢气氛对于烧结的钢和带的不锈钢是还原性的。尽管含有低于5ppm(百万分之份数)的氧气并具有-80°F(-62℃)露点(少于10ppm水分)的纯氮气-氢气气氛已经非常有用于制备具有良好质量、一致性和性质的钢部件，但是，所述气氛被发现对由昂贵的含镍铬合金还是相对便宜的不锈钢构成的丝网带寿命均产生了负面影响，由此增加了停工时间和维护成本。因此，需要研制如下改进的基于氮气-氢气的气氛：其用于通过粉末冶金制备具有一致性品质和性质的钢部件同时改善丝网带的寿命和降低停工时间和维护成本。

发明内容