一种渗铜粉及其制备方法和应用与流程

本发明属于金属粉末，特别涉及一种渗铜粉及其制备方法和应用。

背景技术：

1、铁基粉末冶金零件不仅要求具有良好的耐磨性、耐冲击性，又要保持较高的强度和硬度，而且部分还要求有较好的气密性。但是常规铁基粉末冶金零件，由于材料中含有孔隙，所以在压制过程中，材料不可能达到完全致密，零件内部会有残留孔隙存在，而残留的孔隙作为一种缺陷，它影响了粉末冶金零件的抗拉强度、冲击韧性、疲劳强度、硬度、以及零部件气密性等性能，致使粉末冶金零部件不能满足使用要求。由于零件所有的力学性能都会受控于材料的密度。因此，消除或减少粉末冶金零部件的残留孔隙是获得高致密性、高强度、高冲击韧性、高硬度的有效途径。

2、渗铜法是提高铁基粉末冶金零件密度、强度、表面封孔的有效方法。用铜或铜合金粉末对烧结粉末冶金零件进行熔渗，能明显减少或消除零件中的孔隙、提高密度、改善其力学性能和动力学性能(如冲击韧性、抗疲劳)等。熔渗铜相比较传统的复压复烧、粉末锻造、温压等致密化工艺具有成本低、工序简单、易调整等优点，因此这种熔渗铜的方法应用范围日益扩大，目前已成为生产高性能铁基粉末冶金零部件不可或缺的致密化工艺。

3、目前，国内熔渗铜粉的主要生产工艺有：混合法、雾化法和扩散法，其主要化学成分有fe、zn、mn、p、si和cr等元素中的一种或几种和cu。渗铜粉中部分合金元素影响如下：

4、(1)fe元素是渗铜粉的主要添加元素，其主要作用在于溶于cu中，以减少基体中铁在铜中的溶解。若渗铜粉中fe含量过低，则基体中的fe会熔于cu中，导致基体产生孔隙，而若过高，则多余的fe由于熔点高，而残留于基体表面，影响产品外观质量。

5、(2)mn元素可降低fe在cu中的溶解度。mn可形成骨架，使液态cu无法自由移动，而只能通过毛细管力进入基体孔隙，从而使熔渗更加均匀。

6、(3)zn元素可以降低渗铜粉熔体的熔点及黏度，增加熔体的流动性，有利于熔渗的均匀进行。

7、(4)si元素能够在铁基零件的渗铜表面形成一层整体且与基体分离的造渣层，且便于清理，但是si对于铁基零件力学性能不利，例如，会降低铁基零件冲击韧性值。

8、目前市场上的渗铜粉基本都存在渗透率低、密度波动大、残渣多难清理等问题，进而导铁基零件力学性能差、抗磨损性能难满足要求，产品外观性能不佳，存在斑点，或者产品在烧结过程中存在较大的尺寸变化等缺陷。

9、例如，专利cn101113511a公开了一种混合法粉末冶金渗铜剂，主要原料组成：fe粉1.7-2.1％，mn粉3.9-4.3％，cu粉93.6-94.4％，渗铜率为98％以上。该方法制备的渗铜粉中mn含量较高3.90-4.30％。但该专利存在零件烧结尺寸变大，冲击韧性低等缺点。

10、因此，亟需提供一种新的渗铜粉，不仅具有高的渗铜率，而且具有良好的力学性能，烧结时具有小的尺寸变化率，且外观好，无黑色斑点。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种渗铜粉及其制备方法和应用，本发明所述渗铜粉，应用在铁基粉末冶金零件中时，不仅具有高的渗铜率，而且具有良好的力学性能，烧结时具有小的尺寸变化率，且外观好，无黑色斑点。显著改善铁基粉末冶金零件的熔渗效果。

2、本发明的发明构思为：本发明所述渗铜粉含特定比例的fe、mn、si、sn、cu，在特定比例的各元素相互作用下，所述渗铜粉，应用在铁基粉末冶金零件中时，不仅具有高的渗铜率，而且具有良好的力学性能，烧结时具有小的尺寸变化率，且外观好，无黑色斑点。显著改善铁基粉末冶金零件的熔渗效果。其中，特定含量的sn元素能改善熔渗铜(渗铜粉熔融后的状态)的流动性，对铁基粉末冶金零件的开口孔隙的熔渗具有明显的促进作用。sn还能起润滑作用，改善熔渗填充效果，增加韧性，降低材料的磨损。本发明所述渗铜粉中的sn含量不宜过高，过高会加剧熔体挥发，导致熔渗效率降低。且本发明所述渗铜粉中，mn必须控制在合适的含量范围内，太低起不到作用，太高则影响零件烧结性能。

3、本发明的第一方面提供一种渗铜粉。

4、具体的，一种渗铜粉，按重量份计，包括以下组分：fe 2.0-4.3份、mn 0.50-1.90份、si0.50-1.80份、sn 0.20-1.80份、cu 91-98份，且所述渗铜粉不含zn。

5、优选的，所述渗铜粉，按重量份计，包括以下组分：fe 2.0-4.0份、mn 0.50-1.50份、si0.50-1.50份、sn 0.25-1.00份、cu 92-96.75份，且所述渗铜粉不含zn。

6、进一步优选的，所述渗铜粉，按重量份计，由以下组分组成：fe 2.0-4.0份、mn0.50-1.50份、si 0.50-1.50份、sn 0.25-1.00份、cu 92-96.75份。

7、进一步优选的，所述渗铜粉，按重量份计，包括以下组分：fe 3.0-4.0份、mn 0.75-1.50份、si 0.60-1.00份、sn 0.55-0.80份、cu 93-95份，且所述渗铜粉不含zn。进一步控制各组分的含量，有助于进一步改善渗铜粉的渗铜率、力学性能。

8、本发明的第二方面提供一种渗铜粉的制备方法。

9、具体的，一种渗铜粉的制备方法，包括以下步骤：

10、按比例称取fe、mn、si、sn、cu，混合，然后在还原气氛下进行还原扩散，粉碎、筛分，得到所述渗铜粉。

11、优选的，所述fe、mn、si、sn、cu均为粉末状。

12、优选的，所述fe、mn、si、sn、cu均以100-250目的粉末状形式加入；进一步优选的，fe、mn、si、sn均以200-250目的粉末状形式加入。

13、优选的，所述fe选自雾化铁粉、还原铁粉、羰基铁粉中的至少一种。

14、优选的，所述mn为电解锰粉。

15、优选的，所述sn为雾化锡粉。

16、优选的，所述cu为雾化铜粉或者电解铜粉。

17、优选的，所述混合是采用球磨机进行混合。

18、优选的，所述球磨机为qmg-200型滚筒式球磨机，最大混合量为200kg，按照球料质量比1：8-9加入陶瓷球，混合0.5-2.5小时。

19、优选的，所述还原气氛为氢气，还原气氛的流量为3.5-5.5m3/h，还原反应的温度为350-450℃，还原反应的时间为1.5-3.5小时。

20、优选的，还原扩散后，粉碎过程选用的是锤式破碎机进行粉碎。

21、优选的，所述筛分采用的筛网目数为80-250目，优选80-200目。

22、本发明的第三方面提供上述渗铜粉的应用。

23、上述渗铜粉在制备铁基粉末冶金零件中的应用。

24、一种铁基粉末冶金零件，包括上述渗铜粉。

25、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

26、本发明所述渗铜粉含特定比例的fe、mn、si、sn、cu，在特定比例的各元素相互作用下，所述渗铜粉，应用在铁基粉末冶金零件中时，不仅具有高的渗铜率，而且具有良好的力学性能，烧结时具有小的尺寸变化率，且外观好，无黑色斑点。显著改善铁基粉末冶金零件的熔渗效果。其中，特定含量的sn元素能改善熔渗铜(渗铜粉熔融后的状态)的流动性，对铁基粉末冶金零件的开口孔隙的熔渗具有明显的促进作用。sn还能起润滑作用，改善熔渗填充效果，增加韧性，降低材料的磨损。本发明所述渗铜粉中的sn含量不宜过高，过高会加剧熔体挥发，导致熔渗效率降低。且本发明所述渗铜粉中，mn必须控制在合适的含量范围内，太低起不到作用，太高则影响零件烧结性能。