[发明专利]一种制备粉末冶金组合物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备金属基冶金粉末组合物，更具体地，涉及包括用于提高压制零件的机械性质的母合金粉末的粉末组合物。

背景技术

铁基颗粒长时间以来被用作由粉末冶金方法制造结构组件的基础材料。首先在高压下、在模具中模制铁基颗粒以产生期望的形状。在模制步骤之后，压制的或“生的(green)”组件通常进行烧结步骤以赋予组件必要的强度。可通过添加某些冶金添加剂，如合金元素，大量提高压制和烧结的组件的机械性质。虽然由于简单带来的方便性，但是这种技术的缺点是导致合金组合物具有不均匀结构，这种不均匀结构由每种元素的热力学和扩散特征决定。与利用通常使用的冶金添加剂相关的成本是另一缺点，因为其可不幸地增加至粉末组合物的所有成本的显著部分。因此，粉末冶金工业中一直以来的兴趣是，试图开发更少成本的冶金添加剂以减少和/或全部代替通常使用的合金元素，例如铜或镍。使用冶金合金添加剂的另一缺点是他们也可赋予冶金组合物不期望的属性。而且，当在高温下烧结时，添加基于镍的冶金添加剂通常导致不期望的压制零件的收缩。粉末冶金工业寻求最小的收缩，以保证烧结的零件大小尽可能地与压制模具的大小接近。

因此，在粉末冶金工业中，目前和一直以来都存在这种需要：开发用于减少冶金粉末组合物中各种普通的冶金添加剂的量或替代其使用的替代品。

发明内容

本发明的冶金粉末组合物包括铁基粉末和由多种合金元素组成的母合金粉末。使用母合金粉末代替元素添加剂粉末，提供了具有更加均匀的结构的压制零件。因此，已经发现，添加母合金粉末能提高从冶金粉末组合物制备的压制零件的机械性质。在一个实施方案中，冶金粉末组合物包括至少约80重量％的铁基冶金粉末和约0.10～20重量％的母合金粉末。母合金粉末包括铁、约0.10～40重量的铬和约0.10～约30重量％的硅。本发明也提供制备冶金粉末组合物的方法，和由这种组合物形成压制的和烧结的金属零件的方法，以及用这种方法制备的产品.制备烧结零件的方法包括压制上述的冶金粉末，烧结压制的组合物。已经发现，可在低烧结温度下(例如低于2300°华氏度下)获得最终压制的组件的性质。但是，已经发现，如果“生的”压制零件在高于约2000°华氏度的温度下烧结，最终压制组件的性质将被显著提高。

具体实施方式

本发明涉及由铁基粉末和由多种合金元素组成的母合金粉末组成的冶金粉末组合物，制备这些组合物的方法，和使用这些组合物来制造压制零件的方法。使用母合金粉末代替元素添加剂粉末，提供了具有更加均匀的结构的压制零件。已发现，添加母合金粉末提高了由冶金粉末组合物制备的压制的零件的机械性质。冶金粉末组合物包括：铁基粉末，其作为主要组分；和由多种合金元素组成的母合金粉末，其作为用于提高机械性质的合金粉末。本发明的冶金粉末组合物也任选地包括其他已知添加剂，如粘合剂和润滑剂。用于本发明的基本纯的铁粉是这样的铁粉，其具有不大于约1.0重量％，优选不大于约0.5重量％的正常杂质。本发明中使用的其它铁粉是典型的海绵铁粉，如ANCORMH-100粉末。铁基粉末可任选地结合能提高最终金属零件的机械或其它性质的一种或多种合金元素。这种铁基粉末是与一种或多种这样的元素预合金的铁粉末，优选基本上是纯铁。预合金的粉末这样来制备，通过使铁和期望的合金元素熔化，然后雾化熔融物，由此雾化的液滴通过固化形成粉末。铁基粉末是通过本领域技术人员通常所知的常规的水雾化或气雾化技术雾化的。与铁粉末混合的或预合金的合金元素的例子包括(但不限于)，钼、锰、镁、铬、硅、铜、镍、钒、钶(铌)、碳、磷、铝，及其组合。所含合金元素的量取决于期望的最终组合物的性质。含有这样的合金元素的预合金的铁基粉末可从HoeganaesCorp，以其ANCORSTEEL粉末系列的一部分获得。铁基粉末包括小于20重量％的合金元素。优选地，基于铁基粉末的重量，铁基粉末包括小于15重量％，更优选地包括小于10重量％的合金元素。