鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料及其制備方法，屬于粉末冶金材料
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體的先進制造技術(shù)。粉末冶金可以減 少切削加工量節(jié)約材料，并能彌補傳統(tǒng)鑄造方法無法制備多孔、難館金屬、陶瓷等材料的 空白。由于具有材料利用率高、生產(chǎn)成本低，綜合性能好等優(yōu)點，粉末冶金零件已廣泛應(yīng) 用于交通運輸、機械、電子等重要經(jīng)濟領(lǐng)域，尤其在汽車制造領(lǐng)域。汽車工業(yè)的快速發(fā)展極 大地促進了粉末冶金零部件在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來，汽車工業(yè)大量使 用輕質(zhì)的合金材料替換傳統(tǒng)的鋼鐵材料，如鋁合金、鈦合金等。鐵粉是粉末冶金工業(yè)的重 要基礎(chǔ)原料之一，鐵粉特別是合金鐵粉的生產(chǎn)及其產(chǎn)量，是衡量一個國家粉末冶金工業(yè)發(fā) 展水平的重要標(biāo)志之一。近年來，粉末冶金工業(yè)發(fā)展十分迅速，鐵基粉末的市場需求在總 體上也有明顯的增長，目前世界鐵粉年產(chǎn)量超過85萬噸，鐵粉產(chǎn)量的85%用于粉末冶金零 件的制造，其中70~83%的粉末冶金零件用于汽車工業(yè)，其余鐵粉用于機械零件制造化工、 磁性材料、切割、焊條等。
[0003] 隨著科學(xué)技術(shù)的進步，各個領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤笤絹碓礁?。希望它們具備傳統(tǒng) 的良好的力學(xué)性能之外，又希望它們能服役于高壓、高溫、高真空、強輻射及腐蝕的特殊環(huán) 境。顯然，傳統(tǒng)的材料不能滿足這些要求。這就促進了復(fù)合材料的發(fā)展，它既具備基體材料 的優(yōu)點，又增加了新性能，但又不是簡單的加和。常見的增強體有纖維、顆粒、晶須，Cu-W、 Cu-Mo等材料也把金屬相用作增強相。相比傳統(tǒng)金屬材料，金屬基復(fù)合材料比強度、比模量 高，膨脹系數(shù)低，高溫性能好；相比陶瓷材料，塑性及沖擊韌性高；相比高分子材料，耐熱性 和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好。
[0004] 隨著轎車、卡車的不斷更新?lián)Q代，高馬力、強載重等能力的需要，對發(fā)動機、進、排 氣門座、輪軸等零件的耐熱、耐磨以及耐腐燭等性能提出了更高要求，也給冶金材料提出了 很大的挑戰(zhàn)。研究具有高耐磨性，抗壓性的汽車軸承越來越受到研究學(xué)者的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料及其制備方法，通過金屬 成分的選擇及其用量組合，添加潤滑劑，有效提高復(fù)合材料的耐磨性能以及燒結(jié)-淬火后 的力學(xué)性能，特別適用于制作軸承、支承襯套等對摩擦性能要求高的部件，可以延長使用壽 命，降低成本。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)手段為： 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅I. 〇%~2. 5%，鎳 3. 8%~6· 2%，鈦 0· 28%~1· 65%，鉻 L 0%~2· 7%，鋅 0· 68%~2· 65%，潤滑劑 0· 5%~2· 6%，石墨 I. 2%~2. 4%，硬脂酸鹽I. 5%~2. 9%，余量為鐵。
[0007] 所述潤滑劑為石蠟或者硅油。
[0008] 所述硬脂酸鹽為硬脂酸鋇或者硬脂酸鋅。
[0009] 所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅 L 5%~2· 0%，鎳 4. 4%~5· 3%，鈦 0· 75%~1· 15%，鉻 L 4%~2· 2%，鋅 I. 38%~1· 95%，潤滑劑 I. 3%~2. 1%，石墨 I. 6%~2. 0%，硬脂酸鹽 I. 8%~2. 2%，余量為鐵。
[0010] 所述鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為40~60rpm，混料時間為40~60min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為300~500MPa，保壓 20~40min ; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為550~750°C，燒結(jié)時間為 20~40min，然后在280~350°C下保溫10~30 min，淬滅，最后在180~200°C下保溫回火l~3h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成所需零部件。
[0011] 步驟2)中加壓成型壓力優(yōu)選為400 MPa，保壓30min. 步驟3)中燒結(jié)溫度優(yōu)選為650°C，保溫溫度為320°C。
[0012] 有益效果：本發(fā)明提供一種鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，通過金屬成分的組合， 添加潤滑劑，有效提高復(fù)合材料的耐磨性能以及燒結(jié)-淬火后的力學(xué)性能，特別適用于制 作軸承、支承襯套等對摩擦性能要求高的部件，可以延長使用壽命，降低成本；制備方法簡 單，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅1. 〇%，鎳3. 8%，鈦 0. 28%，鉻1.0%，鋅0.68%，石蠟0.5%，石墨1.2%，硬脂酸鋅1.5%，余量為鐵。
[0014] 制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為50rpm，混料時間為48min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為400MPa，保壓30min; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)時間為 30min，然后在320°C下保溫20 min，淬滅，最后在180°C下保溫回火2h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成軸承。
[0015] 實施例2 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅2. 5%，鎳6. 2%，鈦 1. 65%，鉻2. 7%，鋅2. 65%，石蠟2. 6%，石墨2. 4%，硬脂酸鋅2. 9%，余量為鐵。
[0016] 制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為50rpm，混料時間為48min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為400MPa，保壓30min; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)時間為 30min，然后在320°C下保溫20 min，淬滅，最后在180°C下保溫回火2h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成軸承。
[0017] 實施例3 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅I. 5%，鎳4. 4%，鈦 0. 75%，鉻1.4%，鋅1.38%%，硅油1.3%，石墨1.6%，硬脂酸鋇1.8%，余量為鐵。
[0018] 制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為50rpm，混料時間為48min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為400MPa，保壓30min; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)時間為 30min，然后在320°C下保溫20 min，淬滅，最后在180°C下保溫回火2h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成軸承。
[0019] 實施例4 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅2. 0%，鎳5. 3%，鈦 1. 15%，鉻2. 2%，鋅1. 95%，硅油2. 1%，石墨2. 0%，硬脂酸鋇2. 2%，余量為鐵。
[0020] 制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為50rpm，混料時間為48min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為400MPa，保壓30min; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)時間為 30min，然后在320°C下保溫20 min，淬滅，最后在180°C下保溫回火2h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成軸承。
[0021] 實施例5 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅1. 8%，鎳5. 0%，鈦 0.94%，鉻1.8%，鋅1.68%，石蠟1.6%，石墨2.0%，硬脂酸鋅2.0%，余量為鐵。
[0022] 制備方法，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為50rpm，混料時間為48min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為400MPa，保壓30min; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650°C，燒結(jié)時間為 30min，然后在320°C下保溫20 min，淬滅，最后在180°C下保溫回火2h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成軸承。
[0023] 對實施例1~5鑄造成的軸承進行性能測試，摩擦磨損測試：釆用WTM-2E摩擦磨損 試驗機，摩擦副釆用GCrl5滾珠軸承鋼，載荷為100g，摩擦直徑為8mm，轉(zhuǎn)速為200r/min，時 間為20min。實驗前先將待磨表面氧化皮磨掉露出平整的試樣表面，盤作水平旋轉(zhuǎn)運動，試 樣通過上夾具與盤垂直接觸，兩者相互摩擦磨損。磨損時間為20min，以保證達到穩(wěn)定的磨 損狀態(tài)。質(zhì)損量用Sartius Micr電子天平測得，研究試樣在磨損過程中質(zhì)量的變化，來衡 量材料的耐磨性結(jié)果見表1所示。
[0024] 表 1 :
【主權(quán)項】
1. 鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，其特征在于成分及各成分質(zhì)量百分含量為： 銅 L 0%~2. 5%，鎳 3. 8%~6. 2%，鈦 0? 28%~L 65%，鉻 L 0%~2. 7%，鋅 0? 68%~2. 65%，潤滑劑 0. 5%~2. 6%，石墨 1.2%~2. 4%，硬脂酸鹽 1.5%~2. 9%，余量為鐵。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，其特征在于：所述潤滑劑為 石蠟或者硅油。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，其特征在于：所述硬脂酸鹽 為硬脂酸鋇或者硬脂酸鋅。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料，其特征在于：成分及各 成分質(zhì)量百分含量為：銅 I. 5%~2. 0%，鎳 4. 4%~5. 3%，鈦 0. 75%~1. 15%，鉻 I. 4%~2. 2%，鋅 1.38%~1.95%，潤滑劑1.3%~2.1%，石墨1.6%~2.0%，硬脂酸鹽1.8%~2.2%，余量為鐵。5. 權(quán)利要求1~4中任意一項所述鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，包括如下步驟： 1) 混料：將各成分加入到混料機中進行混料，轉(zhuǎn)速為40~60rpm，混料時間為40~60min ; 2) 將步驟1)的混料加入到壓力機設(shè)備中，加壓成型，壓力為300~500MPa，保壓 20~40min ; 3) 將步驟2)壓制好的試樣在燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為550~750°C，燒結(jié)時間為 20~40min，然后在280~350°C下保溫10~30 min，淬滅，最后在180~200°C下保溫回火l~3h ; 4) 鑄造成型：將步驟3)保溫回火的合金材料鑄造成所需零部件。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟2)中加壓成型壓力為400 MPa，保壓30min。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步 驟3)中燒結(jié)溫度為650°C，保溫溫度為320°C。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳鐵基減摩粉末冶金復(fù)合材料及其制備方法，成分及各成分質(zhì)量百分含量為：銅1.0%~2.5%，鎳3.8%~6.2%，鈦0.28%~1.65%，鉻1.0%~2.7%，鋅0.68%~2.65%，潤滑劑0.5%~2.6%，石墨1.2%~2.4%，硬脂酸鹽？1.5%~2.9%，余量為鐵。所述潤滑劑為石蠟或者硅油。所述硬脂酸鹽為硬脂酸鋇或者硬脂酸鋅。通過金屬成分的組合，添加潤滑劑，有效提高復(fù)合材料的耐磨性能以及燒結(jié)-淬火后的力學(xué)性能，特別適用于制作軸承、支承襯套等對摩擦性能要求高的部件，可以延長使用壽命，降低成本；制備方法簡單，適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【IPC分類】C22C38/50, C22C33/02, B22F1/00
【公開號】CN105149570
【申請?zhí)枴緾N201510542020
【發(fā)明人】劉莉, 王爽, 邱晶, 劉曉東, 黃明明
【申請人】蘇州萊特復(fù)合材料有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月31日