一种稀土元素Y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法与流程

一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法。


背景技术：

2.作为少切削与无切削材料制造工艺，粉末冶金可制造大部分形状各异，即各式各样多孔材料与多孔含油轴承等，其工艺过程具体为机械混合、压制并烧结元素或合金粉末与基体粉末，从而获取形状与尺寸特定的烧结材料。而且粉末冶金是一种十分灵活的材料制备工艺，以结合材料性能与使用需要，合理设计材料成分与构件形状，优势体现在可制备复杂结构件材料孔隙率与性能可调节、可制备吸振性能良好的材料精确度与尺寸稳定性较好。
3.目前，工业上广泛应用的粉末冶金含油轴承材料主要有铜基和铁基。铜基含油轴承具有优良的耐蚀性和磨合性，但强度较低，耐磨性能较差；而铁基含油轴承的强度、硬度和耐磨性能较高，但耐蚀性和导热性较差。随着含油轴承应用的深化和领域的增多，人们对含油轴承的含油率、综合力学性能和成本等方面有了更高的要求，传统的铜基和铁基轴承材料已经难以满足市场的需求。为了获得成本较低和力学性能优良的材料。
4.目前，国内对粉末冶金的研究主要集中在添加不同的润滑剂、微量铜粉，热处理工艺方面，而对在粉末冶金产品中添加稀土元素的研究较少，相关理论尚未成熟。稀土元素对粉末冶金相关产品具有细化晶粒、固溶强化、形成新强化相以及净化组织等作用,能够提高试样基体的韧性、耐磨性、热塑性等性能。因此，本文采用粉末冶金法并添加稀土元素y，研究稀土元素对粉末冶金合金组织与摩擦性能的影响，探讨稀土元素的存在形式及其在烧结过程中的作用机理，为提高粉末冶金摩擦材料的综合性能提供可行思路。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，利用稀土元素对有害元素的吸附性，减少有害元素在合金组织中的偏聚，使得合金组织更加均匀化，提升铁基粉末冶金摩擦材料的硬度与乃耐磨性。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料，由以下质量百分比的原料制成：水玻璃2～5％，二硫化钼2～5％，石墨2～8％，铜粉2～8％，铁粉20～40％，合金粉60～80％及稀土元素y《0.8％。
8.本发明还提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法，包括如下步骤：
9.步骤一、配混料：
10.依照配方取得相应质量分数的原料及复合稀土元素粉末混合均匀，并放入球磨机中充分球磨；
11.步骤二、干燥：
12.将步骤一球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥；
13.步骤三、成形：
14.将步骤二干燥的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形；
15.步骤四、烧结：
16.将步骤三压制好的压坯放入气氛烧结炉中加压烧结，烧结过程中通入保护气氛，烧结完成后随炉冷却至室温。
17.步骤一中，所述的球磨时间为2～4h。
18.步骤二中，所述的干燥温度为150～200℃，干燥时间为2～4h。
19.步骤三中，所述的压制压力为3～5mpa，保压时间为45～60s。
20.步骤四中，所述的保护气氛为氩气，烧结温度为1080～1160℃，保温时间为2～3h，升温速率为10～20℃/min。
21.与现有技术相比，本发明的积极效果是：
22.本发明提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，不仅提高了材料的硬度，还降低了摩擦材料制动时的摩擦系数，从而延长了粉末冶金产品的使用寿命，为研制高性能铁基含油轴承材料提供新的思路。
附图说明
23.图1为实施例1制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
24.图2为实施例2制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
25.图3为实施例3制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
26.图4为对比例1制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
27.图5为对比例2制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
28.图6为对比例3制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数。
具体实施方式
29.本发明的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及质量分数为：水玻璃2～5％，二硫化钼2～5％，石墨2～8％，铜粉2～8％，铁粉20～40％，合金粉60～80％及稀土元素y《0.8％。
30.本发明的稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料的制备方法为：按照配方中各种粉末材料的配比称取粉末，将称好的粉末并放入球磨机中充分混合，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥后粉末通过液压机压制成形，成形坯件在高温下加压烧结，得到所需的铁基粉末冶金摩擦材料，具体步骤如下：
31.步骤一：配混料，按要求重量称取各种粉末材料，并放入球磨机中混合2～4h；
32.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为150～200℃，干燥时间为2～4h；
33.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为3～5mpa，保压时间为45～60s；
34.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保
护气氛，烧结温度为1080～1160℃，保温时间为2～3h，升温速率为10～20℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
35.以下将结合具体实施例对本发明作更进一步的详细描述：
36.实施例1
37.本实施例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量分数为：水玻璃2％，二硫化钼2％，石墨2％，铜粉3％，铁粉25％，合金粉65.6％及稀土元素y 0.4％。
38.上述摩擦材料的制备过程，主要包括以下几个步骤：
39.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放入球磨机中混合2.5h；
40.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温时间为2.5h；
41.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为3.5mpa，保压时间为50s；
42.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
43.实施例2
44.本实施例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量分数为：水玻璃2％，二硫化钼3％，石墨2％，铜粉2％，铁粉25％，合金粉65.6％及稀土元素y 0.4％。
45.上述摩擦材料的制备过程，主要包括以下几个步骤：
46.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放入球磨机中混合3h；
47.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温时间为3h；
48.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为4mpa，保压时间为50s；
49.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
50.实施例3
51.本实施例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量比为：水玻璃2％，二硫化钼2％，石墨3％，铜粉2％，铁粉25％，合金粉65.6％及稀土元素y 0.4％。
52.上述摩擦材料的制备过程，主要包括以下几个步骤：
53.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放入球磨机中混合3.5h；
54.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温
时间为3.5h；
55.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为4.5mpa，保压时间为50s；
56.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
57.对比例1
58.本对比例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量分数为：水玻璃2％，二硫化钼2％，石墨2％，铜粉3％，铁粉25％，合金粉66％。
59.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放入球磨机中混合2.5h；
60.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温时间为2.5h；
61.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为3.5mpa，保压时间为50s；
62.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1100℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
63.对比例2
64.本对比例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量分数为：水玻璃2％，二硫化钼3％，石墨2％，铜粉2％，铁粉25％及合金粉66％。
65.上述摩擦材料的制备过程，主要包括以下几个步骤：
66.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放入球磨机中混合3h；
67.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温时间为3h；
68.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为4mpa，保压时间为50s；
69.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
70.对比例3
71.本对比例提供了一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料及其制备方法，摩擦材料的粉末材料和质量比为：水玻璃2％，二硫化钼2％，石墨3％，铜粉2％，铁粉25％及合金粉66％。
72.上述摩擦材料的制备过程，主要包括以下几个步骤：
73.步骤一：配混料，按上述粉末材料种类和质量分数要求，称取所需粉末材料，并放
入球磨机中混合3.5h；
74.步骤二：干燥，球磨后的粉末放入鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为180℃，保温时间为3.5h；
75.步骤三：成形，干燥后的粉末放入液压机模具中，进行冷压压制成形，压制压力为4.5mpa，保压时间为50s；
76.步骤四：烧结，将压制好的压坯放入气氛烧结炉中烧结，烧结过程中通入氩气为保护气氛，烧结温度为1150℃，保温时间为2.5h，升温速率为15℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温。
77.对实施例1～3、对比例1～3所得试样进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述:
78.采用获得布氏硬度机测试不同实施例和对比例产品的硬度，具体测试结果见表1：
79.分别将不同试样置于布氏硬度计压头下方，进行多点压制得到所需试样硬度值，试验力为250kgf/2452n，压头直径为10mm，保压时间为30s。通过布氏硬度软件程序来对比考察不同试样的硬度值。
80.采用摩擦磨损试验测试不同实施例和对比例产品的摩擦系数，具体测试结果见表1：
81.本试验在大气和干燥条件下进行，摩擦磨损试验则采用umt－2型球－盘式高温摩擦磨损试验机进行。上试样为#9.5mm的钢球，材料为440c不锈钢，硬度为hrc57～59；下试样为自润滑复合材料，载荷施加于球上，电机带动下试样转动，形成球和盘接触表面间的滑动摩擦。摩擦直径为4mm，转速为150r/min，摩擦时间为30min，载荷为3n。
82.表1:实施例1～3、对比例1～3硬度及摩擦磨损性能数据
[0083] 布氏硬度摩擦系数实施例179.80.226实施例271.80.405实施例395.30.210对比例185.60.338对比例297.60.285对比例379.80.390
[0084]
从上述的实验结果可知，本发明制备的一种稀土元素y增强铁基粉末冶金摩擦材料，添加稀土元素y至粉末冶金中，稀土金属y少量固溶于合金粉末铝基体中，主要分布在晶界位置，并生成新的yal相、cu2y相和yal2相。从而达到强化晶界、阻碍晶粒的长大及细化晶粒的作用，从而获得致密且摩擦性能较佳的试样。材料的硬度值由70～90hb提升至70～100hb，摩擦系数由0.360～0.410减小至0.200～0.290。
[0085]
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。