一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，首先对铜基粉末冶金件进行抛光，再将抛光后的铜基粉末冶金件进行氧化处理，然后将氧化处理后的铜基粉末冶金件进行碳氮共渗处理，最后将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理。本发明通过对铜基粉末冶金件表面进行抛光、氧化、碳氮共渗和激光改性四步处理，显著提高了铜基粉末冶金件的性能，使其表观硬度、α-Cu相显微硬度、耐磨性能和摩擦系数均有所提高。
【专利说明】一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金材料表处理【技术领域】，具体涉及一种铜基粉末冶金件的表面 处理工艺。
【背景技术】
[0002] 现代粉末冶金是一门制造机械零件的先进技术，具有高效、优质、精密、低耗、节能 等优点，非常适合于大批量生产各种机械零部件，如汽车零件，尤其是采用铸、锻、机加工等 常规方法难以成形或无法成形，以及虽能成形但极不经济的复杂形状零件。采用粉末冶金 工艺生产这些零件，不仅可使零件达到高精度、高性能，而且可以保证在流水线上生产的精 度和性能的稳定一致，从而给汽车工业乃至现代装备制造业带来了巨大的技术经济效果。
[0003] 铜基粉末冶金摩擦材料是以铜及其合金为基体，添加摩擦组元和润滑组元，用粉 末冶金技术制成的复合材料，在摩擦式离合器与制动器中得到广泛应用。目前随着各种设 备的动力、速度及负荷在迅速增大，对摩擦材料的要求不断提高。现有的大负载铜基粉末冶 金摩擦材料在性能上表现出摩擦系数低、磨损严重、耐热系数低等不足。目前国内外的研究 工作多围绕成份对摩擦材料性能的影响、新型摩擦材料开发、烧结工艺改进等方面开展。
[0004] 非晶态合金尤其是铜基非晶兼有一般金属和玻璃的特性，因而具有独特的物理化 学和力学性能，具有极高的强度、韧性、耐磨和耐蚀性。纳米晶材料具有独特的结构特征，含 有大量的内界面，因而可能表现出许多与常规晶体不同的理化性能。研究表明，与普通粗晶 铜相比，铜纳米晶材料具有优异的耐磨性。而非晶-纳米晶复合材料中包含非晶相和纳米 晶相，非晶相与纳米晶相的有机结合得到非晶-纳米晶复合材料，改善材料的性能、提高材 料的综合性能，对发展高性能材料具有巨大的潜在优势。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种铜基粉末冶金件的表面处理工 艺，该工艺显著提高了铜基粉末冶金件表观硬度、a-Cu相显微硬度、耐磨性能和摩擦系数。
[0006] 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤1，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0008] 步骤2,将步骤1抛光后的铜基粉末冶金件进行氧化处理；
[0009] 步骤3,将步骤2氧化处理后的铜基粉末冶金件进行碳氮共渗处理；
[0010] 步骤4,将步骤3共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理。
[0011] 作为上述发明的进一步改进，步骤1中采用装有铝丝的抛光轮抛光。
[0012] 作为上述发明的进一步改进，步骤2中氧化处理采用煤油-乙醇浸泡，浸泡温度为 35?45°C，浸泡时间为8?12h。
[0013] 作为上述发明的进一步改进，所用煤油-乙醇的体积比为10:90。
[0014] 作为上述发明的进一步改进，步骤3中碳氮共渗处理采用煤油和甲酰胺作为碳氮 共渗剂，共渗温度为840?870°C，共渗时间为4?5. 5h。
[0015] 作为上述发明的进一步改进，步骤4中激光表面改性处理的激光功率为1100? 1500W，扫描速度为 130 ?170mm/min。
[0016] 粉末冶金件因其疏松多孔，在镀前处理和电镀过程中，容易渗入酸、碱溶液和镀 液，造成镀层出现斑点，由内部向外腐蚀，致使镀层发生孔蚀而失去保护作用。通常解决的 方法是封闭孔隙，如喷砂、抛丸、整形、浸渍石蜡等。本发明选择了将粉末冶金件直接高温高 压氧化处理，使其表面形成致密的薄氧化层，同时考虑到氧化处理工艺对衔铁的防锈保护 性能弱于电镀工艺，故在氧化处理后增加防锈油浸泡处理试验。
[0017] 碳氮共渗处理是一种经过改良的气体渗碳处理。主要改进之处是将氨引入了气体 渗碳气氛气体中，在粉末冶金零件表面形成初生态氮，氮与碳同时扩散到粉末冶金材料中 形成含氮的渗碳层。与气体渗碳相比，碳氮共渗的温度较低，时间较短，使得碳氮共渗处理 的硬化层深度易于控制。由于高硬度表面薄层的形成氮碳共渗适合用于耐磨和要求心部韧 性的部件。
[0018] 将激光表面改性技术应用于铜基粉末冶金摩擦材料，摩擦材料表面的铜基粉末冶 金层在高能量密度激光束的作用下，温度迅速升高，随着激光束的快速移动，靠自身的冷 却，温度又迅速降低，在这种极热极冷条件下，摩擦材料基体会发生非晶-纳米晶的转变。 因此，激光表面改性处理后铜基粉末冶金摩擦材料的微观组织和性能将具有新的特点。
[0019] 本发明通过对铜基粉末冶金件表面进行抛光、氧化、碳氮共渗和激光改性四步处 理，显著提高了铜基粉末冶金件的性能，使其表观硬度、a-Cu相显微硬度、耐磨性能和摩擦 系数均有所提高。
【具体实施方式】
[0020] 实施例1
[0021] 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0022] 步骤1，才用装有铝丝的抛光轮，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0023] 步骤2,将抛光后的铜基粉末冶金件用煤油-乙醇浸泡进行氧化处理，浸泡温度为 35°C，浸泡时间为12h，其中煤油-乙醇的体积比为10:90 ;
[0024] 步骤3,将氧化后的铜基粉末冶金件用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂进行碳氮共 渗处理，共渗温度为840°C，共渗时间为5. 5h;
[0025] 步骤4,将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理，激光功率为 1100W，扫描速度为 170mm/min。
[0026] 实施例2
[0027] 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0028] 步骤1，才用装有铝丝的抛光轮，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0029] 步骤2,将抛光后的铜基粉末冶金件用煤油-乙醇浸泡进行氧化处理，浸泡温度为 40°C，浸泡时间为9h，其中煤油-乙醇的体积比为10:90 ;
[0030] 步骤3,将氧化后的铜基粉末冶金件用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂进行碳氮共 渗处理，共渗温度为860°C，共渗时间为5h;
[0031] 步骤4,将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理，激光功率为 1300W，扫描速度为 140mm/min。
[0032] 实施例3
[0033] -种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0034] 步骤1，才用装有铝丝的抛光轮，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0035] 步骤2,将抛光后的铜基粉末冶金件用煤油-乙醇浸泡进行氧化处理，浸泡温度为 45°C，浸泡时间为8h，其中煤油-乙醇的体积比为10:90 ;
[0036] 步骤3,将氧化后的铜基粉末冶金件用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂进行碳氮共 渗处理，共渗温度为870°C，共渗时间为4h;
[0037] 步骤4,将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理，激光功率为 1500W，扫描速度为 130mm/min。
[0038] 实施例4
[0039] 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0040] 步骤1，才用装有铝丝的抛光轮，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0041] 步骤2,将抛光后的铜基粉末冶金件用煤油-乙醇浸泡进行氧化处理，浸泡温度为 40°C，浸泡时间为llh，其中煤油-乙醇的体积比为10:90 ;
[0042] 步骤3,将氧化后的铜基粉末冶金件用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂进行碳氮共 渗处理，共渗温度为860°C，共渗时间为4. 5h;
[0043] 步骤4,将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理，激光功率为 1200W，扫描速度为 160mm/min。
[0044] 实施例5
[0045] 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，包括以下步骤：
[0046] 步骤1，才用装有铝丝的抛光轮，对铜基粉末冶金件进行抛光；
[0047] 步骤2,将抛光后的铜基粉末冶金件用煤油-乙醇浸泡进行氧化处理，浸泡温度为 45°C，浸泡时间为8h，其中煤油-乙醇的体积比为10:90 ;
[0048] 步骤3,将氧化后的铜基粉末冶金件用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂进行碳氮共 渗处理，共渗温度为870°C，共渗时间为4h;
[0049] 步骤4,将共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理，激光功率为 1500W，扫描速度为 130mm/min。
[0050] 将实施例1至5所得样品与处理前的样品进行性能测试，结果如下：
【权利要求】
1. 一种铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1，对铜基粉末冶金件进行抛光； 步骤2,将步骤1抛光后的铜基粉末冶金件进行氧化处理； 步骤3,将步骤2氧化处理后的铜基粉末冶金件进行碳氮共渗处理； 步骤4,将步骤3共渗处理后的铜基粉末冶金件进行激光表面改性处理。
2. 根据权利要求1所述的铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：步骤1中采 用装有铝丝的抛光轮抛光。
3. 根据权利要求1所述的铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：步骤2中氧 化处理采用煤油-乙醇浸泡，浸泡温度为35?45°C，浸泡时间为8?12h。
4. 根据权利要求3所述的铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：所用煤 油-乙醇的体积比为10:90。
5. 根据权利要求1所述的铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：步骤3中碳 氮共渗处理采用煤油和甲酰胺作为碳氮共渗剂，共渗温度为840?870°C，共渗时间为4? 5. 5h〇
6. 根据权利要求1所述的铜基粉末冶金件的表面处理工艺，其特征在于：步骤4中激 光表面改性处理的激光功率为1100?1500W，扫描速度为130?170mm/min。
【文档编号】C22F3/00GK104368817SQ201410577665
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】刘莉, 王爽, 刘晓东 申请人:苏州莱特复合材料有限公司