[发明专利]一种铁基粉末冶金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含类球状石墨的、工作过程中可自润滑的铁基粉末冶金材料及其制备方法。本发明的制备方法采用粉末冶金方法，包括粉末制备、压制、烧结、后处理等工序。本发明制备的粉末冶金材料具有成分均匀、耐磨减摩性好、噪音低、寿命长、性价比高等优点。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及耐磨减摩性能要求严苛的粉末冶金结构零件用材料及其制备方法。

背景技术

在高耐磨减摩性能需求的结构零件用材料领域，一定含量的润滑组元是材料性能满足使用要求的保障。在铸造领域，最常选择球墨铸铁，利用球状石墨的固体润滑效果，可满足一般耐磨减摩材料的需求。石墨呈球状，在材料摩擦受力过程中不易产生引力集中，可避免在服役时产生裂纹，保证使用寿命。但是，在润滑条件不良、或是无法及时补充润滑介质的场合下，球墨铸铁使用效果一般，其噪音、温升都不甚理想。

粉末冶金材料因含有一定的孔隙，作为零件在工作过程中具有自润滑效果，已广泛应用于含油轴承、齿轮等零件中，作为零件一旦装配，无需频繁补充润滑介质。在运行过程中，噪音及温升均较平稳，是理想的耐磨减摩材料。粉末冶金材料中最常使用的润滑组元为石墨，其润滑效果、适用性、性价比均较为突出。

根据MPIF标准35，铁基粉末冶金零件中石墨含量一般不超过1%，因为过多的石墨会阻碍烧结过程的进行，影响材料性能。随着装备升级，对材料的寿命提出了更高要求，需要材料具备更高的耐磨减摩性能。因此，设计开发一种含球状石墨、耐磨减摩性能优良的铁基粉末冶金材料，应用于粉末冶金结构零件，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有粉末冶金结构零件用材料的不足，提出一种高耐磨减摩性能的铁基粉末冶金零件用材料及其制备方法。具体技术方案如下。

一种粉末冶金材料，由铁基粉末冶金材料制成，包含球状石墨密度≥7.0g/cm³，硬度HRC 25-35。

所述粉末冶金材料，其中存在球状石墨相，材料整体碳含量为3-4%；基体组织为珠光体；同时含0-2.0%Cu、0-5.0%Ni、0-1.0%Mo、0-3.0%Cr、0-1.0%Mn、0.1-0.5%P诸元素中的两种或两种以上。

作为总体发明构思，本发明还提供一种铁基粉末冶金材料的制备方法：

所述原料粉末中Fe源为经退火后的生铁粉，所述原料粉末中球状石墨源为铜包球形石墨粉，将生铁粉、铜包球形石墨粉与各种合金元素粉体混合后进行压制成形，在真空或还原性气氛条件下进行烧结，烧结后进行热处理等工序，制得由石墨、珠光体组织组成的铁基粉末冶金材料。

上述制备方法，优选的，所述生铁粉，碳含量2-3%，平均粒径20-150μm。

上述制备方法，优选的，所述生铁粉的退火温度为500-1000℃，退火时间为1-3h，气氛为氢气或分解氨中的一种。

上述制备方法，优选的，所述铜包球形石墨粉，使用的球形石墨粉原料，球形度≥0.8，碳含量大于99.9%，平均粒径20-75μm。

上述制备方法，优选的，所述铜包球形石墨粉，使用的铜源为硫酸铜或氯化铜中的一种，制备得到的铜包球形石墨粉铜含量的质量分数为50-60%。

上述制备方法，优选的，合金元素的引入为单质粉或扩散粉。

上述制备方法，优选的，所述混合处理是用V型混料机进行混合，转动速度为20-50r/min，混料时间为0.5-2h。

上述制备方法，优选的，在混料过程中添加一定含量的磷铁粉，促进烧结过程，总磷含量的质量分数为0.1-0.5%。

上述制备方法，优选的，在混料过程中加入粉体质量分数5-10%的液态有机物，为乙醇、异丙醇中的一种。