專利名稱：鐵青銅復(fù)合粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬粉末及其制備方法，具體地說是涉及鐵青銅復(fù)合粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金是采用金屬粉末或非金屬粉末或其復(fù)合粉末制取特殊材料及其制品的工藝，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。粉末冶金制品和零件主要分為鐵基和銅基兩大類。銅基粉末冶金制品和零件即是以金屬銅或者青銅為主要成分的制品和零件，應(yīng)用于有特殊要求的工業(yè)制造領(lǐng)域，但由于其原料價(jià)格的昂貴，限制了銅基粉末冶金制品和零件的應(yīng)用和發(fā)展，急需尋找價(jià)格相對(duì)低廉而不影響其產(chǎn)品性能的替代品。此外，目前通常生產(chǎn)和使用的銅基含油軸承，由于其成分為含鉛的錫青銅，污染環(huán)境，危害人體健康，已被嚴(yán)格限制使用，出口產(chǎn)品也因通不過環(huán)境認(rèn)證而受阻。所以作為銅基粉末冶金制品和零件的最大應(yīng)用領(lǐng)域之一——銅基含油軸承的制造廠商近年來因?yàn)樯鲜鲈蚨娂妼ふ姨娲?，主要途徑是在銅粉或青銅粉原料中混合部分鐵粉，或者是銅粉、錫粉、鐵粉混合，經(jīng)壓制成型后進(jìn)行擴(kuò)散燒結(jié)。采用這種原料配方及工藝生產(chǎn)的含油軸承具有較好的抗壓強(qiáng)度和一定的耐磨性和耐腐蝕性，可以在一些要求不高的工況條件和場(chǎng)合使用，但仍不能滿足某些要求同時(shí)具備高載荷、高轉(zhuǎn)速、耐磨損、耐蝕良好的使用場(chǎng)合。這主要是因?yàn)閮H僅將幾種金屬粉末進(jìn)行簡(jiǎn)單的物理混合，不能達(dá)到充分的均勻，幾種金屬元素在制品和零件中分布不均勻，合金化程度差，內(nèi)部金屬結(jié)合強(qiáng)度差，導(dǎo)致制品和零件的質(zhì)量不均勻，抗壓強(qiáng)度低，耐磨、耐腐蝕性能差，大大限制了銅基含油軸承的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制造成本低廉、制品質(zhì)量均勻且使用性能優(yōu)良、無污染、環(huán)保，可用于生產(chǎn)高性能、精密含油軸承及其它粉末冶金制品的鐵青銅復(fù)合粉。
本發(fā)明的另一目的是提供上述鐵青銅復(fù)合粉的制備方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鐵青銅復(fù)合粉，其特征在于它是在鐵粉上形成青銅包覆層的復(fù)合金屬粉末；其中錫含量為1～11％，銅含量為9～49％，余量為鐵，均以重量百分比計(jì)。
上述鐵青銅復(fù)合粉，其特征在于它是在還原鐵粉上形成10％～60％的青銅合金包覆層的復(fù)合金屬粉末；其中包覆的青銅合金中，錫含量為8％～19％，余量為銅，均以重量百分比計(jì)。
上述的鐵青銅復(fù)合粉中錫含量?jī)?yōu)選為1.5～2.5％，銅含量?jī)?yōu)選為15～25％，余量為鐵，均以重量百分比計(jì)。
本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的上述鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于它是采用化學(xué)鍍中的浸鍍法，即化學(xué)置換法在鐵粉上鍍青銅包覆層的方法。具體地說，它是在常溫、酸性條件下，在硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液中加入過量的還原鐵粉，使其進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)而得。
為了將錫、銅同時(shí)以合金化的方式均勻、緊密包覆在還原鐵粉顆粒上，形成青銅合金包覆層，上述酸性條件下是指用硫酸調(diào)節(jié)硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液的PH值為0.5～3.0；所述化學(xué)置換反應(yīng)是在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行，且攪拌時(shí)間持續(xù)為1～8分鐘；所述進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)的硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝1.8～20.4∶35.4～192.5∶100。
為了降低本發(fā)明制品的雜質(zhì)含量，上述硫酸亞錫、硫酸銅的混合水溶液中的溶劑水為去離子交換水。
為了使本發(fā)明制品質(zhì)量均勻且使用性能優(yōu)良，將上述進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)后得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉降、洗滌、脫水并干燥；為了防止制備過程中本發(fā)明制品氧化，將干燥后的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理。
上述沉降是指攪拌停止后得到的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)體系溶液中沉降1～15分鐘；上述洗滌、脫水并干燥是指沉降結(jié)束后，去掉清液，將得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物用去離子交換水充分洗滌直至洗滌水的PH值為7后脫水，并進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為80～100℃，干燥時(shí)間為60～180分鐘；上述還原處理是指將干燥后的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為450～700℃，還原處理時(shí)間為60～120分鐘。
總之，本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉的制備方法在常溫下，首先將硫酸亞錫和硫酸銅分別溶解于去離子交換水中，然后混合，混合后用硫酸調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH值為1.5～2.0，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)，其中，所述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝3.7∶70.7∶100，攪拌下化學(xué)置換反應(yīng)持續(xù)2.4分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降5分鐘，抽掉上清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為95℃，干燥時(shí)間為60分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為600℃，還原處理時(shí)間為70分鐘后即得所述鐵青銅復(fù)合粉。
本發(fā)明應(yīng)用化學(xué)鍍中的浸鍍法，即化學(xué)置換反應(yīng)，在常溫、酸性條件下，通過在硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液中加入過量的還原鐵粉，使其進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如下
得到的反應(yīng)產(chǎn)物即為在過量還原鐵粉顆粒表面形成了合金化均勻致密的青銅包覆層的本發(fā)明制品。
由于本發(fā)明制品中的青銅含量是通過化學(xué)置換反應(yīng)中的硫酸亞錫和硫酸銅轉(zhuǎn)化而來，替代了現(xiàn)有技術(shù)中直接使用的金屬銅或者青銅，故制造成本大幅度降低。
本發(fā)明通過控制反應(yīng)物硫酸亞錫、硫酸銅以及還原鐵粉的加入量來保證本發(fā)明制品中錫、銅、鐵三種金屬含量的規(guī)定范圍；同時(shí)由于本發(fā)明是應(yīng)用化學(xué)置換反應(yīng)這一特殊工藝來制取本發(fā)明制品，因此本發(fā)明通過一系列工藝處理以及控制工藝參數(shù)，如反應(yīng)溶液的PH值、反應(yīng)過程中攪拌以及攪拌時(shí)間、沉降時(shí)間、洗滌、脫水、干燥并進(jìn)行還原處理等來保證本發(fā)明制品在制備過程中可以將錫、銅同時(shí)以合金化的方式均勻、緊密包覆在還原鐵粉顆粒上，形成青銅合金包覆層，克服了以往采用銅粉、錫粉、鐵粉混合粉為原料生產(chǎn)粉末冶金制品和零件特別是銅基含油軸承導(dǎo)致的合金元素分布不均、合金化程度差、抗壓強(qiáng)度不高、耐磨、耐蝕性差等諸多不足和缺陷。
本發(fā)明制品的制備方法中還通過采用去離子交換水作為溶劑水、洗滌水以及洗滌、脫水、干燥、還原工藝處理等，進(jìn)一步降低了本發(fā)明制品的雜質(zhì)含量，使本發(fā)明制品質(zhì)量均勻且使用性能優(yōu)良；由此生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量性能優(yōu)異，和同類產(chǎn)品比較，其產(chǎn)品性能明顯提高。
本發(fā)明制品與其它銅基含油軸承原料相比，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，其有益效果明顯一是與單獨(dú)使用青銅原料相比，節(jié)約金屬成本約1/3，與使用混合粉相比，成本也大為降低；二是采用本發(fā)明制品生產(chǎn)的含油軸承其產(chǎn)品性能有大幅度提高，經(jīng)檢測(cè)，其壓潰強(qiáng)度可高達(dá)28kgf/mm2，比一般使用鐵銅復(fù)合粉及混合粉的壓潰強(qiáng)度高1/3，在均等載荷、工況條件下其使用壽命延長(zhǎng)50％～100％。此外，由于本發(fā)明制品不含鉛，不污染環(huán)境，不危害人體，既可滿足生產(chǎn)出口銅基含油軸承的原料需要，也完全符合可持續(xù)性發(fā)展和走新型工業(yè)化道路的要求。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸亞錫和硫酸銅分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為0.5，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝1.8∶35.4∶100。攪拌反應(yīng)1分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降1分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為60分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為450℃，還原處理時(shí)間為60分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例2一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為1.5，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝3.7∶70.7∶100。攪拌反應(yīng)2.4分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降5分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為95℃，干燥時(shí)間為60分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為600℃，還原處理時(shí)間為70分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例3一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為2.0，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝3.7∶74.6∶100。攪拌反應(yīng)3.8分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降5.6分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為88℃，干燥時(shí)間為108分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為620℃，還原處理時(shí)間為80分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例4一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為2.2，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝9.4∶98.2∶100。攪拌反應(yīng)5.2分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降7.4分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為92℃，干燥時(shí)間為132分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為650℃，還原處理時(shí)間為90分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例5一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為2.5，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝13.0∶129.6∶100。攪拌反應(yīng)6.6分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降9.2分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為96℃，干燥時(shí)間為156分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為670℃，還原處理時(shí)間為100分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例6一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為2.7，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝16.6∶176.8∶100。攪拌反應(yīng)7.2分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降13分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為98℃，干燥時(shí)間為170分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為680℃，還原處理時(shí)間為110分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
實(shí)施例7一種鐵青銅復(fù)合粉，其成分含量見表1。其制備方法為首先在常溫下將硫酸銅和硫酸亞錫分別溶解于去離子交換水中，然后混合，用硫酸調(diào)節(jié)上述混合溶液的PH值為3.0，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)；其中，上述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝20.4∶192.5∶100。攪拌反應(yīng)8分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降15分鐘，去除清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為100℃，干燥時(shí)間為180分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為700℃，還原處理時(shí)間為120分鐘后即得本發(fā)明所述鐵青銅復(fù)合粉。
表1本發(fā)明制品成分含量

權(quán)利要求
1.一種鐵青銅復(fù)合粉，其特征在于它是在鐵粉上形成青銅包覆層的復(fù)合金屬粉末；所述鐵青銅復(fù)合粉中錫含量為1～11％，銅含量為9～49％，余量為鐵，均以重量百分比計(jì)。
2.如權(quán)利要求1所述的鐵青銅復(fù)合粉，其特征在于它是在還原鐵粉上形成10％～60％的青銅合金包覆層的復(fù)合金屬粉末；其中包覆的青銅合金中，錫含量為8％～19％，余量為銅，均以重量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于它是采用化學(xué)鍍中的浸鍍法，即化學(xué)置換法在鐵粉上鍍青銅包覆層的方法。
4.如權(quán)利要求3所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于它是在常溫、酸性條件下，在硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液中加入過量的還原鐵粉，使其進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)而得。
5.如權(quán)利要求4所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于所述酸性條件下是指用硫酸調(diào)節(jié)硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液的PH值為0.5～3.0；所述化學(xué)置換反應(yīng)是在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行，且攪拌時(shí)間持續(xù)為1～8分鐘；所述進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)的硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝1.8～20.4∶35.4～192.5∶100
6.如權(quán)利要求4所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于所述硫酸亞錫和硫酸銅的混合水溶液中的溶劑水為去離子交換水。
7.如權(quán)利要求4所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于將所述進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)后得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉降、洗滌、脫水并干燥后將其置于還原氣氛中進(jìn)行還原處理。
8.如權(quán)利要求7所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于所述沉降是指攪拌停止后得到的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)體系溶液中沉降1～15分鐘；所述洗滌、脫水并干燥是指沉降結(jié)束后，去掉清液，將得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物用去離子交換水充分洗滌直至洗滌水的PH值為7后脫水，并進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為80～100℃，干燥時(shí)間為60～180分鐘；所述還原處理是指將干燥后的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為450～700℃，還原處理時(shí)間為60～120分鐘。
9.如權(quán)利要求3所述的鐵青銅復(fù)合粉的制備方法，其特征在于在常溫下，首先將硫酸亞錫和硫酸銅分別溶解于去離子交換水中，然后混合，混合后用硫酸調(diào)節(jié)所述混合溶液的PH值為1.5～2.0，然后在攪拌狀態(tài)下加入過量的還原鐵粉進(jìn)行化學(xué)置換反應(yīng)，其中，所述硫酸亞錫、硫酸銅以及過量的還原鐵粉的加入量按重量比為硫酸亞錫∶硫酸銅∶還原鐵粉＝3.7∶70.7∶100，攪拌下化學(xué)置換反應(yīng)持續(xù)2.4分鐘后停止攪拌，使反應(yīng)產(chǎn)物沉降5分鐘，抽掉上清液后，用去離子交換水反復(fù)洗滌得到的固體反應(yīng)產(chǎn)物直至洗滌水的PH值為7，脫水并進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為95℃，干燥時(shí)間為60分鐘，最后將干燥好的固體反應(yīng)產(chǎn)物在還原爐中氨分解氣氛下進(jìn)行還原處理，還原處理溫度為600℃，還原處理時(shí)間為70分鐘后即得所述鐵青銅復(fù)合粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵青銅復(fù)合粉及其制備方法。它是采用化學(xué)置換法在鐵粉上形成青銅包覆層的復(fù)合金屬粉末；所述鐵青銅復(fù)合粉中錫含量為1～11％，銅含量為9～49％，余量為鐵，均以重量百分比計(jì)。本發(fā)明制品與其它銅基含油軸承原料相比一是與單獨(dú)使用青銅原料相比，節(jié)約金屬成本約1/3，與使用混合粉相比，成本也大為降低；二是采用本發(fā)明制品生產(chǎn)的含油軸承其產(chǎn)品性能有大幅度提高，經(jīng)檢測(cè)，其壓潰強(qiáng)度可高達(dá)28kgf/mm
文檔編號(hào)B22F9/16GK1920074SQ200610095128
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者王緒其, 孟慶芳, 黃清福, 黃一峰, 曾明軍 申請(qǐng)人:重慶華浩冶煉有限公司