[发明专利]提升粉末冶金不锈钢强度及硬度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升粉末冶金不锈钢强度及硬度的方法，尤指一种针对由粉末冶金制得的不锈钢制品，进行渗碳处理而改善其强度及硬度的方法。

背景技术

粉末冶金工艺已广泛用来制作各种金属产品，其中又以各种机械构件为主，传统的粉末冶金工艺如美国专利第US 5,856,625号、第US 5,460,641号与第US 7,311,875号等所揭示的技术，是先使欲烧结的金属粉末均匀混合，再将其加压成形为胚体，然后，将胚体加热至高温，并持温一段时间进行烧结，借此，粉末之间可进行原子扩散而相互黏结，最终形成结构致密的烧结体。

另除前述应用粉末加压成形的工艺外，亦有提出一种金属粉末射出成形(Metal injection molding，简称MIM)工艺，其结合粉末冶金与塑料射出成形工艺，适用于制作形状复杂度高且要求优异机械性质的机械构件，例如美国专利第US 4,708,741号、第US 7,211,125号、第US 5,985,208号与第US 6,669,898号等所揭示的技术。此技术先将金属粉末与黏结剂均匀混合为射料(feedstock)，再使用射出成形机使射料成形为胚体，将胚体进行脱脂后，再施以高温烧结，即得到烧结体。

针对由前述粉末冶金方式制造的不锈钢材料，其又可分为具致密结构无连通孔的高密度不锈钢材料或形成多孔结构的低密度不锈钢材料。以致密结构无连通孔的不锈钢材料而言，若欲提升其表面的硬度，一般可采用如轧延或冷加工等加工硬化的方式，改善其表面硬度，但是，因粉末冶金的烧结体的形状已接近最终产品，故不适合使用上述硬化方法。基于上述考虑，目前业界大多以镀铬或珠击的方式增加以粉末冶金工艺得到的不锈钢工件的表面硬度。然，镀铬所形成的铬镀层的附着性不佳，故容易发生剥离；而以珠击处理来说，其可提升表面硬度的程度有限，且对于形状复杂或小尺寸的工件，更将有部分区域无法受到撞击，故其提升表面硬度的均匀性不佳。此外，对多孔结构的不锈钢材料来说，现阶段则尚未发展出适合改善其强度及硬度的方法。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决现有改善致密结构的粉末冶金不锈钢的强度及硬度的方法中，铬镀层的附着性不良而使其硬度无法获得有效改善，或因使用珠击所导致硬度均匀性不佳的问题。此外，本发明亦可用于强化多孔结构的粉末冶金不锈钢，改善其硬度及强度。

为达上述目的，本发明提供一种提升粉末冶金不锈钢硬度及强度的方法，先将不锈钢粉末成形为一胚体，再将该胚体保持在一烧结温度下，使该胚体形成一烧结体，然后，使该烧结体与一含碳的气氛接触，并保持在一低于600℃的渗碳温度，使碳得以于该烧结体内形成一渗碳区域。

根据本发明进一步改进的技术方案，该还原环境为一真空环境或一含氢的气氛。

根据本发明进一步改进的技术方案，该烧结温度介于1050℃与1400℃之间的范围内。

根据本发明进一步改进的技术方案，该渗碳温度介于400℃与580℃之间的范围内。

根据本发明进一步改进的技术方案，该烧结体的相对密度大于30％。

根据本发明进一步改进的技术方案，该胚体利用一金属粉末射出成形工艺得到。

根据本发明进一步改进的技术方案，该胚体利用一粉末加压成形工艺得到。

根据本发明进一步改进的技术方案，该含碳的气氛为选自由一氧化碳、甲烷及丙烷所组成的群组。

根据本发明进一步改进的技术方案，该不锈钢粉末以铁为主成分，其包含有重量百分比低于2.0的碳、重量百分比低于1.0的硅、重量百分比低于2.0的锰、重量百分比介于12.0至19.0之间的铬、重量百分比低于15.0的镍、重量百分比低于6.0的钼以及重量百分比低于6.0的铜。

经由上述技术方案，本发明提升粉末冶金不锈钢硬度及强度的方法相较于现有技术可达到的有益效果在于：

一、针对具致密结构的粉末冶金不锈钢，本发明可借由该渗碳区域具有高浓度的碳原子，而提供该烧结体表面呈现优异的硬度，由于碳原子可均匀地进入该烧结体形成该渗碳区域，使其表面硬度的提升较为一致，因此，并不会有附着性及均匀性不佳的问题；

二、其次，针对具多孔结构的粉末冶金不锈钢，更可将该渗碳区域扩及该烧结体的心部，进而使该烧结体无论是表面硬度或是整体强度，均可获得显著的提升；

三、再者，由于该渗碳区域是低于600℃的温度下形成，可避免铬与碳发生反应生成碳化铬Cr₂₃C₆，故可于提升强度及硬度的同时仍保有优良的抗腐蚀性。