一种粉末冶金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种粉末冶金材料及其制备方法，属于粉末冶金技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，粉末冶金材料的生产工艺流程主要包括混料、成型（压坯）、烧结，根据具体 的情况，后续还可能需要进行整形、后续处理，具体工艺步骤如下：1、原料粉末的制备。现有 的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法； 物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法 以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。2、粉末成型为所需形状的 坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的 方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。此外还可使用 3D打印技术进行胚块的制作。3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型 后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系 烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元 系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧 结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。4、产品的后序处理。烧结后的处 理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外， 近年来一些新工艺如乳制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
[0003] 现有粉末冶金材料的配方里的铜含量成份是一种纯铜元素，它与铁和其它合金元 素一起混合，因为铜的密度比铁的密度高，铜的粒度与密度与铁粉相差较大，很难在混料 时分散均匀，容易产生偏析，导致产品成型时的粉重和尺寸会不稳定，烧结后产品尺寸变化 大，这样就需要增加整形工序，从而增加成产成本。另外偏析会导致烧结后产品的物理性能 不稳定，会使产品表面硬度偏差大，强度不稳定，使产品达不到使用性能要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对所述问题，提供一种粉末冶金材料及其制备方法，它解决了 成分偏析的问题，使得产品尺寸易控制，产品强度与表面硬度变量小，降低产品制造成本。
[0005] 为实现所述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种粉末冶金材料，其特征在于，由按质量百分比计的以下组分组成：铁粉 70. 1-93.9% ;铜合金粉5. 5-28% ;石墨粉0.6-0. 9 % ;余量为不可避免的微量杂质。
[0007] 优选的，铜合金粉由按质量百分比计的以下成分组成：铜18-20%，铁80-82%。
[0008] 优选的，铜合金粉的生产工艺如下：硫酸铜结晶体经溶解形成硫酸铜溶液，使其达 到饱和溶度；然后按照所需生产的铜合金粉中铜含量进行理论计算，将所需的铁粉加入到 硫酸铜溶液中，在搅拌过程中发生置换反应，铜离子将铁粉颗粒表面的铁置换出来，包覆于 铁粉颗粒的表面上；然后将包好的铁粉用水冲洗、烘干，最后在氨分解气体保护下进行退 化，所得的粉末为铜合金粉。
[0009] -种粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
[0010] 1)配料：将铁粉、铜合金粉及石墨粉按照如下质量百分比进行配料：铁粉 70. 1-93. 9%，铜合金粉5. 5-28 %，石墨粉0. 6-0. 9%，余量为不可避免的杂质；质量比为铁 粉、铜合金粉及石墨粉的总重量的〇. 5-0. 8%的成形剂；
[0011] 2)混合：将经过步骤1)配好的原料在混合器内以20-35r/min的转速混合 4〇-60min ；
[0012] 3)压坯：将经过步骤2)混合好的粉料，送至成型模具内压制成型，得到毛坯；
[0013] 4)烧结：将经过步骤3)压制成型的毛坯，送至烧结炉内进行烧结，具体过程为：首 先依次在400-500°C的温度条件下烧结0. 5-1小时、在650-750°C的温度条件下烧结20-30 分钟、在950-1000°C的温度条件下烧结20-30分钟；然后在1080-1150°C的高温条件下进行 烧结1-1. 5小时；最后再冷却1-1. 5小时。
[0014] 优选的，步骤1)中，铜合金粉由按质量百分比计的以下成分组成：铜18-20%，铁 80-82 %〇
[0015] 优选的，步骤1)中，铜合金粉的生产工艺如下：硫酸铜结晶体经溶解形成硫酸铜 溶液，使其达到饱和溶度；然后按照所需生产的铜合金粉中铜含量进行理论计算，将所需的 铁粉加入到硫酸铜溶液中，在搅拌过程中发生置换反应，铜离子将铁粉颗粒表面的铁置换 出来，包覆于铁粉颗粒的表面上；然后将包好的铁粉用水冲洗、烘干，最后在氨分解气体保 护下进行退化，所得的粉末为铜合金粉。
[0016] 优选的，步骤3)中，控制压制成型的压力为450-550MPa。
[0017] 本发明的有益效果在于：
[0018] 现有技术的配方是将质量百分比为1-5%铜粉与铁和其它原料一起混合，由于粉 末之间的密度差引起混合后产生偏析，而本发明通过铜合金粉代替铜粉，同时将铜合金粉 的用量调整为5. 5-28%，铜合金粉是用铜粉包含在铁粉表面形成，由于铜合金粉的铁含量 占比更大，其主体是铁，使得铜合金粉的密度与铁粉的密度接近，解决了在混合时出现成分 偏析的问题，使得产品尺寸易控制，产品强度与表面硬度变量小，降低产品制造成本。同时， 本发明的制备方法通过优化工艺参数，在烧结后不需要再进行后处理，减少了加工步骤，进 一步降低产品制造成本。
【具体实施方式】
[0019] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
[0020] 实施例1 :
[0021] -种粉末冶金材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0022] 1)配料：将铁粉、铜合金粉及石墨粉按照如下质量百分比进行配料：铁粉93. 3%， 铜合金粉5. 5%，石墨粉0. 6%，余量为不可避免的杂质；质量比为铁粉、铜合金粉及石墨粉 的总重量的〇. 5%的成形剂（烧结后会挥发掉）。
[0023] 2)混合：将经过步骤1)配好的原料在混合器内以20r/min的转速混合60min ;
[0024] 3)压坯：将经过步骤2)混合好的粉料，送至成型模具内压制成型，得到毛坯；控制 压制成型的压力为450MPa ;
[0025] 4)烧结：将经过步骤3)压制成型的毛坯，送至烧结炉内进行烧结，具体过程为：首 先依次在400-500°C的温度条件下烧结0. 5-1小时、在650-750°C的温度条件下烧结20-30 分钟、在950-1000°C的温度条件下烧结20-30分钟；然后在1080-1150°C的高温条件下进行 烧结1-1. 5小时；最后再冷却1-1. 5小时。
[0026] 步骤1)中，铜合金粉由按质量百分比计的以下成分组成：铜18%，铁82%。铜合 金粉的生产工艺如下：硫酸铜结晶体经溶解形成硫酸铜溶液，使其达到饱和溶度；然后按 照所需生产的铜合金粉中铜含量进行理论计算，将所需的铁粉加入到硫酸铜溶液中，在搅 拌过程中发生置换反应，铜离子将铁粉颗粒表面的铁置换出来，包覆于铁粉颗粒的表面上； 然后将包好的铁粉用水冲洗、烘干，最后在氨分解气体保护下进行退化，所得的粉末为铜合 金粉。
[0027] 实施例2 :
[0028] -种粉末冶金材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0029] 1)配料：将铁粉、铜合金粉及石墨粉按照如下质量百分比进行配料：铁粉70. 1%， 铜合金粉28 %，石墨粉0. 9 %，余量为不可避免的杂质；质量比为铁粉、铜合金粉及石墨粉 的总重量的〇. 8%的成形剂（烧结后会挥发掉）。
[0030] 2)混合：将经过步骤1)配好的原料在混合器内以35r/min的转速混合40min ;
[0031] 3)压坯：将经过步骤2)混合好的粉料，送至成型模具内压制成型，得到毛坯；控制 压制成型的压力为550MPa ;
[0032] 4)烧结：将经过步骤3)压制成型的毛坯，送至烧