[发明专利]一种含纳米陶瓷相雾化铁粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金原料制备技术领域，提供了一种含纳米陶瓷相雾化铁粉的制备方法。该制备方法适用于含有纳米陶瓷弥散相的粉末冶金产品生产原料的制备。

背景技术

在20世纪50年代粉末冶金工艺出现以来，以铁粉为基本原料生产制造的结构零件被广泛使用。由于粉末冶金是一种节材、省能、无污染，而且适合大批量生产的少无切削、高效金属成形工艺，越来越多的结构零件开始使用这一工艺生产制造。

铁粉的生产在粉末冶金工业中占有重要地位，其生产工艺、产品种类、质量和产量直接影响粉末冶金工业的发展。粉末冶金技术领域中重要的一个部分就是新一代铁基粉末的研发。近50年来，关于粉末冶金铁基粉末的研究越来越多，并呈现由传统的铁基粉末开始向高端的铁基粉末快速发展的趋势。新型铁基粉末生产工艺简单，绿色环保，性能可靠，采用新型铁基粉末作为原料制造出的结构零件在性能上更优越，在使用上更可靠。

铁基粉末冶金结构零件生产使用的原料主要是由还原法和水雾化法生产的铁粉。水雾化法生产的铁粉成本低、密度高、流动性好，所以工业生产的铁基粉末冶金结构零件主要使用的是由水雾化法生产的铁粉，其中几乎所有的高端铁基粉末冶金结构零件均使用水雾化铁粉作为原料。

铁基粉末冶金结构零件一般由多种粉末按照要求配置混合均匀后使用的。粉末冶金中使用的预混合粉就是将元素粉末或合金粉末以合金添加剂等形式混合于铁粉中。另外，在粉末冶金压制成型工艺中为了减小压坯阴模壁间的摩擦与粉末颗粒间的摩擦，还需在预混合粉中添加适量的润滑剂，一般为石蜡或者硬脂酸锌，质量分数小于1％。将铁粉与其它辅料粉(比如，铜粉，石墨粉，镍粉等)按照产品需求比例混合，再添加适量的润滑剂和黏结剂，利用混料机混合均匀形成预混合粉后供生产制备粉末冶金铁基结构零件产品使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含纳米陶瓷相雾化铁粉的制备方法，采用本发明方法制备所得的含有纳米陶瓷相的雾化铁粉为粉末冶金或粉末制造的主要原料。以本发明方法制备的含纳米陶瓷相雾化铁粉为原料生产的铁基粉末冶金结构零件组织均匀，致密度高，具有高强度和优异的抗疲劳性能。

本发明的技术方案是这样实现的：包括以下步骤：

a)高能机械球磨制备纳米陶瓷粉末：利用球磨机粉碎陶瓷材料，使其逐级破碎成粉末，经过筛分优选，最终制备获得颗粒直径为纳米级的陶瓷粉末；

b)内氧化法制备含有纳米陶瓷相的预合金：利用内氧化法使固溶体合金中溶质元素在氧气氛下形成纳米级氧化物并均匀分布在合金中形成含有纳米陶瓷相的预合金；

c)高压水雾化法制备含有纳米陶瓷相的铁粉：将铁锭或铁矿石在熔化炉中熔化，在熔融铁液中添加纳米陶瓷粉末和含有纳米陶瓷相的预合金中的任意一种或多种的混合，利用高压水雾化法制备含纳米陶瓷相的铁粉。

含有的纳米陶瓷相为氧化铝陶瓷Al2O3、氧化锆陶瓷ZrO2、碳化硅陶瓷SiC、氮化硅陶瓷Si3N4、氮化硼陶瓷BN、碳化钨陶瓷WC中的任意一种或几种。

步骤a)中所述高能机械球磨是利用球磨的转动或振动，使硬球对陶瓷材料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把粉末粉碎成为纳米级微粒，高能球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部组成。

步骤a)中所述筛分优选是利用振动筛逐级筛选高能机械球磨后的粉末，颗粒粗大的重新进行高能机械球磨，最终选取纳米级陶瓷粉末。

步骤c)中所述高压水雾化设备由金属熔炼炉、中间包、雾化器、收粉器、干燥炉组成。

本发明的发明构思是：在熔融铁液中添加一定量的纳米陶瓷粉末或含有纳米陶瓷相的预合金形成一种含有纳米陶瓷的熔融铁液，利用高压水雾化法制备得到一种含有纳米陶瓷相的雾化铁粉，目的是使得每一个雾化铁粉颗粒中都均匀分布有纳米级的陶瓷弥散相。这种方法制备得到的含有纳米陶瓷相雾化铁粉是生产制备铁基粉末冶金结构零件的主要原料。工业实际中将这种含有纳米陶瓷相的雾化铁粉与其它扩散相粉末(比如，铜粉，石墨粉，镍粉等)相混合，最后混入润滑剂和黏结剂，形成用于制备含有纳米陶瓷弥散相的粉末冶金铁基结构零件产品的预混合粉。采用本发明方法制备的含纳米陶瓷相雾化铁粉为原料生产的铁基粉末冶金结构零件，相比传统铁基粉末冶金结构零件的优势在于：产品组织均匀，致密度高，具有高强度和优异的抗疲劳性能。本发明增加了铁粉原料在粉末冶金工艺中的多样性，工艺简单，材料利用率高，低碳、节能、环保，易于工业化生产。本发明方法制备所得的含有纳米陶瓷相雾化铁粉特别适用于制造需要优异性能的高端铁基粉末冶金结构零件。

与现有技术相比，本发明的效果在于：