一种高流动性粉末冶金材料及其制备方法

摘要

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种高流动性粉末冶金材料及其制备方法。本发明研制的产品中，包括以下重量份数的原料组成：100‑120份复配金属粉体，1‑3份润滑剂，0.3‑0.5份抗氧剂，0.4‑0.6份表面活性剂；所述复配金属粉体包括球形金属粉体和片状金属粉体，所述球形金属粉体和片状金属粉体的质量比为1.5：1‑2.0：1；所述球形金属粉体中包括球形铁粉、球形镍粉、球形铜粉、球形钼粉；所述片状金属粉体中包括片状铁粉、片状镍粉、片状铜粉、片状钼粉。另外，还包括复配金属粉体质量1‑3％的纳米氧化锌。本发明所得产品具有较高的流动性，可有效兼顾粉末之间的内摩擦以及粉末与模具壁面之间的外摩擦。

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域。更具体地，涉及一种高流动性粉末冶金材料及其制备方法。

背景技术

温压工艺可以以较低成本制造具有高密度和高强度的铁基粉末冶金零件，且制备的压坯脱模力低，密度分布不均匀，为制造形状复杂，高精度的粉末冶金零件提供了便利，从而大大拓宽了高性能Fe基粉末冶金材料的应用范围。

研究发现，由于制备过程中，粉末冶金材料的流动性对产品性能有决定性影响，因此，温压粉末和温压润滑剂是温压工艺成功与否的关键。Fe-Ni-Mo-Cu-Ti-C粉末因为具有成本低、压制性能好等优点成为温压粉末原料的理想选择，然而，在温压工艺中，该粉末的流动性一般，虽然添加润滑剂能够一定程度上改善其流动性，但是目前单一的润滑剂已经难以满足工业生产的需求，无法有效兼顾粉末之间的内摩擦以及粉末与模具壁面之间的外摩擦。

基于此，如何开发一种高流动性的粉末冶金材料，来有效兼顾粉末之间的内摩擦以及粉末与模具壁面之间的外摩擦，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有粉末冶金材料产品无法有效兼顾粉末之间的内摩擦以及粉末与模具壁面之间的外摩擦的缺陷和不足，提供一种高流动性粉末冶金材料及其制备方法。

本发明的目的是提供一种高流动性粉末冶金材料。

本发明另一目的是提供一种高流动性粉末冶金材料的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种高流动性粉末冶金材料，包括以下重量份数的原料组成：

100-120份复配金属粉体，1-3份润滑剂，0.3-0.5份抗氧剂，0.4-0.6份表面活性剂；

所述复配金属粉体包括球形金属粉体和片状金属粉体，所述球形金属粉体和片状金属粉体的质量比为1.5：1-2.0：1；

所述球形金属粉体中包括球形铁粉、球形镍粉、球形铜粉、球形钼粉；

所述片状金属粉体中包括片状铁粉、片状镍粉、片状铜粉、片状钼粉。

上述技术方案通过利用球形的金属粉体和片状的金属粉体进行复配，其中，球形的金属粉体和片状的金属粉体相互填充，并且，在流动过程中，填充后球形的金属粉体和片状金属粉体的表面以滚动摩擦的方式结合，避免了球形金属粉体直接和球形金属粉体之间的滑动摩擦，以此有效改善了粉体相互之间的摩擦方式，从而改善了整体的流动性；

再者通过在体系中进一步引入表面活性剂，表面活性剂的引入，可以有效吸附于片状金属粉体表面，避免了片状金属粉体的自身团聚，从而使得球形金属粉体可以嵌入相邻片状金属粉体形成的孔隙中，使得粉体与粉体之间更多的是滚动摩擦，以此进一步改善了整体材料的流动性。

进一步地，所述粉末冶金材料中，还包括复配金属粉体质量1-3％的纳米氧化锌。

上述技术方案进一步在体系中引入纳米氧化锌，首先，其较小的颗粒粒径可以起到良好的填充效果，另外，纳米氧化锌可以吸附在金属粉体表面，并在产品实际使用过程中，吸收空气中的部分水分并存储于内部，提升粉体与润滑剂之间的界面相容性，并且可有效改善粉体与模具避免之间的界面摩擦。

进一步地，所述润滑剂选自乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸铝中的至少一种。

进一步地，所述抗氧剂选自抗坏血酸、抗氧剂1010、抗氧剂264、抗氧剂1076、抗氧剂1024中的至少一种。

进一步地，所述球形金属粉体中，包括以下重量份数的原料：80-120份球形铁粉，5-10份球形镍粉，6-8份球形铜粉，1-3份球形钼粉。

进一步地，所述片状金属粉体中，包括以下重量份数的原料：80-120份片状铁粉，3-6份片状镍粉，2-4份片状铜粉，0.6-0.8份片状钼粉。

进一步地，所述表面活性剂选自乳化剂OP-10、十二烷基苯磺酸钠、吐温-60、斯潘-80中的至少一种。

一种高流动性粉末冶金材料的制备方法，具体制备步骤包括：

按重量份数计，依次取100-120份复配金属粉体，1-3份润滑剂，0.3-0.5份抗氧剂，0.4-0.6份表面活性剂；其中，所述复配金属粉体包括球形金属粉体和片状金属粉体，所述球形金属粉体和片状金属粉体的质量比为1.5：1-2.0：1；

先将复配金属粉体分散于水中，再加入表面活性剂和抗氧剂，超声分散均匀后，浓缩干燥，得预处理复配金属粉体；

将预处理复配金属粉体和润滑剂混合球磨混合，出料，即得产品。

进一步地，所述具体制备步骤还包括：在加入所述表面活性剂和抗氧剂时，加入复配金属粉体质量1-3％的纳米氧化锌。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

按重量份数计，依次取80份球形铁粉，5份球形镍粉，6份球形铜粉，1份球形钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为200r/min搅拌混合2h，出料，得球形金属粉体；

按重量份数计，依次取80份片状铁粉，3份片状镍粉，2份片状铜粉，0.6份片状钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为200r/min搅拌混合2h，出料，得片状金属粉体；

按质量比为1.5：1将球形金属粉体和片状金属粉体混合倒入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为200r/min搅拌混合2h，出料，得复配金属粉体；

按重量份数计，依次取100份复配金属粉体，1份润滑剂，0.3份抗氧剂，0.4份表面活性剂；先将复配金属粉体和复配金属粉体质量5倍的去离子水混合后，以60kHz频率超声分散5min，再加入表面活性剂和抗氧剂，以及复配金属粉体质量1％的纳米氧化锌，继续以60kHz频率超声分散50min，再于氮气保护状态下，于温度为85℃条件下，浓缩干燥至恒重，得预处理复配金属粉体，再将预处理复配金属粉体和润滑剂混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，于氮气保护状态下，球磨混合3h后，出料，即得高流动性粉末冶金材料；

所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺；所述抗氧剂为抗坏血酸；所述表面活性剂为乳化剂OP-10。

实施例2

按重量份数计，依次取100份球形铁粉，8份球形镍粉，7份球形铜粉，2份球形钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为250r/min搅拌混合3h，出料，得球形金属粉体；

按重量份数计，依次取100份片状铁粉，5份片状镍粉，3份片状铜粉，0.7份片状钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为250r/min搅拌混合3h，出料，得片状金属粉体；

按质量比为1.8：1将球形金属粉体和片状金属粉体混合倒入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为250r/min搅拌混合3h，出料，得复配金属粉体；

按重量份数计，依次取110份复配金属粉体，2份润滑剂，0.4份抗氧剂，0.5份表面活性剂；先将复配金属粉体和复配金属粉体质量8倍的去离子水混合后，以70kHz频率超声分散8min，再加入表面活性剂和抗氧剂，以及复配金属粉体质量2％的纳米氧化锌，继续以70kHz频率超声分散80min，再于氮气保护状态下，于温度为90℃条件下，浓缩干燥至恒重，得预处理复配金属粉体，再将预处理复配金属粉体和润滑剂混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为40：1加入氧化锆球磨珠，于氮气保护状态下，球磨混合5h后，出料，即得高流动性粉末冶金材料；

所述润滑剂为硬脂酸锌；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

实施例3

按重量份数计，依次取120份球形铁粉，10份球形镍粉，8份球形铜粉，3份球形钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为300r/min搅拌混合4h，出料，得球形金属粉体；

按重量份数计，依次取120份片状铁粉，6份片状镍粉，4份片状铜粉，0.8份片状钼粉，加入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为300r/min搅拌混合4h，出料，得片状金属粉体；

按质量比为2.0：1将球形金属粉体和片状金属粉体混合倒入混料机中，于氮气保护状态下，以转速为300r/min搅拌混合4h，出料，得复配金属粉体；

按重量份数计，依次取120份复配金属粉体，3份润滑剂，0.5份抗氧剂，0.6份表面活性剂；先将复配金属粉体和复配金属粉体质量10倍的去离子水混合后，以80kHz频率超声分散10min，再加入表面活性剂和抗氧剂，以及复配金属粉体质量3％的纳米氧化锌，继续以80kHz频率超声分散100min，再于氮气保护状态下，于温度为95℃条件下，浓缩干燥至恒重，得预处理复配金属粉体，再将预处理复配金属粉体和润滑剂混合倒入球磨罐中，并按球料质量比为50：1加入氧化锆球磨珠，于氮气保护状态下，球磨混合6h后，出料，即得高流动性粉末冶金材料；

所述润滑剂为硬脂酸镁；所述抗氧剂为抗氧剂264；所述表面活性剂为吐温-60。

实施例4

本实施例和实施例1相比，区别在于：未加入纳米氧化锌，其余条件保持不变。

对比例1

本对比例和实施例1相比，区别在于：未加入片状金属粉体，其余条件保持不变。

对比例2

本对比例和实施例1相比，区别在于：未加入球形金属粉体，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例和实施例1相比，区别在于：未加入表面活性剂，其余条件保持不变。

对实施例1-4及对比例1-3所得产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述：

采用获得流速计测试不同实施例和对比例产品粉末的流速，具体测试结果见表1；

分别称取不同实施例和对比例的产品，分别装入不同模具中，模具内膜腔为30mm×12mm的长条形模具中，用FY-40-Ⅱ型压片机在80℃下以500MPa压力进行单向压制得到压坯试样，压坯于氩气保护状态下，以750℃低温预烧15min后，升温至1160℃，高温烧结50min后，随炉冷却至室温，得烧结试样，采用SANS-CMT5105型万能材料实验机以5mm/min的加载速度测试试样的抗弯强度，根据阿基米德定律，采用排水法测量烧结试样的密度，具体测试结果见表1；

表1：产品性能测试结果

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有优异的流动性，同时烧结可以形成致密且强度性能优异的试样。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。