一種高熔滲銅粉及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬合金領域，涉及一種高熔滲銅粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 現代粉末冶金技術正在飛速發展，粉末冶金零件在各種行業中的應用優勢越來越 明顯，正在廣泛的應用于運輸機械、工業機械、電子機械等行業中。我國的粉末冶金零件年 增長率超過10%，特別是在汽車零部件中，粉末冶金零部件年增長超過20%。當前北美市 場平均單車使用粉末冶金零件的重量已經達到了 19公斤，歐洲和日本也已經超過10公斤， 韓國8公斤，印度6公斤，而我國僅有4公斤。北美70%?75%的粉末冶金零件使用在汽 車工業中，在西歐為80 %，在日本接近90 %，我國生產的粉末冶金零件只有約30 %在汽車 工業中使用，這個比例遠遠落后于歐美和日本。
[0003] 我國的汽車行業，無論是市場銷售還是生產制造、零件加工，目前都處于旺盛的發 展、成長期。而汽車制造、零件加工中，粉末冶金作為一種通用的機械加工手段，從誕生到發 展，粉末冶金和汽車工業密切相關，兩個行業共生共榮。由于粉末冶金工藝具有節約原材 料、自身重量輕、性能優異、成本低等眾多優勢，除發動機、變速器和電動機軸承外，現在粉 末冶金零件在汽車上使用的范圍也越來越廣，更多的零件被用在底盤、車身、內飾等處，前 景十分廣闊。目前，在汽車上使用的粉末冶金件已經超過了 1000種，汽車中使用的粉末冶 金結構零件大部分集中在發動機與變速器，主要是形狀復雜、高密度、高強度、高使用性能 的零件，如發動機連桿、凸輪軸、襯套、齒輪、齒環等零件。粉末冶金結構零件在替代已有的 齒輪、凸輪、鏈輪、各種形狀的鑄件、鍛件、切削加工件和開發新型結構零件方面具有獨特的 優勢。
[0004] 目前，在汽車上使用的粉末冶金零件，在某些惡劣的環境下使用時，要求具有良好 的耐磨性、耐沖擊性，又要保持較高的強度和硬度，而且部分還要求有較好的氣密性。但是 采用常規的壓制一燒結工藝制造的粉末冶金零件，由于材料中含有孔隙，所以在壓制過程 中，材料不可能達到完全致密的狀態，導致有殘留的孔隙存在，而殘留的孔隙作為一種缺 陷，它影響了粉末冶金零件的抗拉強度、沖擊韌性、疲勞強度、硬度、以及零部件氣密性等， 致使粉末冶金零部件不能滿足使用要求，因為零件所有的力學性能都主要受控于材料的密 度。因此，消除或減少粉末冶金零部件的殘留孔隙是獲得高致密性、高強度、高沖擊韌性、高 硬度的有效途徑。
[0005] 滲銅法是提高鐵基粉末冶金零件密度、強度、表面封孔的有效方法。用銅或銅合金 粉末對燒結粉末冶金零件進行熔滲能明顯減少或消除零件中的孔隙、提高密度、改善其力 學性能和動力學性能（如沖擊韌性、抗疲勞）等。熔滲銅相比較傳統的復壓復燒、粉末鍛造、 溫壓等致密化工藝具有成本低、工序簡單、易調整等優點，因此這種熔滲銅的方法應用范圍 日益擴大，目前已成為生產高性能鐵基粉末冶金零部件不可或缺的致密化工藝，而熔滲銅 粉則是熔滲銅的關鍵、主要材料。目前，此種熔滲銅粉大多依賴進口，成本很高。而國內生 產此種熔滲銅粉的很少，而且存在滲銅效率低的缺陷。
[0006] 例如，CN101113511A公開了一種粉末冶金滲銅劑，所有滲銅劑主要由以下質量比 的原料組成：Fe粉1. 7?2. 1%，Mn粉3. 9?4. 3%，Cu粉93. 6?94. 4%，其生產方法是 將配好的材料在雙錐混合器內以19?21r/min的轉速混合30?35min。此發明僅采用簡 單的混合技術制備滲銅劑，其制備的滲銅劑的滲銅率為98%以上。
[0007] CN101736285A公開了一種滲銅劑及其制備方法，所述滲銅劑組分為Fe、Zn、Mn、 Sn、P和Cr元素中的一種或幾種和Cu，按重量百分比為Fe、Zn、Mn、Sn、P和Cr元素中的一 種或幾種：〇. 5?10%，Cu:90?99. 5%。制備方法為將原料按所述比例稱重，加入陶瓷球 或不銹鋼球、擴散促進劑，混合后，將粉末送入氫氣還原爐進行擴散，冷卻、出爐破碎、篩分 收集，然后加入潤滑劑制得滲銅劑。此發明制備的滲銅劑無侵蝕、低殘留、顯著提高材料的 密度和力學性能等特點，但并未指明其具體滲銅率。
[0008] 為了滿足技術上的更高要求，期望能夠開發一種能夠獲得滲銅率更高的銅粉的方 法。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于提供一種高熔滲銅粉及其制備方法。
[0010] 為達此目的，本發明采用以下技術方案：
[0011] 一方面，本發明提供一種高熔滲銅粉的制備方法，包括以下步驟：
[0012] (1)將銅粉、鐵粉和硅粉熔化成金屬液體，混合均勻，得到金屬合金熔液；
[0013] (2)利用高壓水沖擊步驟（1)得到的金屬合金熔液流體，使其冷卻為銅基合金粉 末；
[0014] (3)將步驟⑵得到的銅基合金粉末與錳粉、鋅粉以硬脂酸鋅粉末混合均勾，得到 高熔滲銅粉。
[0015] 在本發明所述高熔滲銅粉的制備方法中，以銅粉、鐵粉和硅粉的總質量為100% 計，步驟⑴所述銅粉、鐵粉和硅粉的質量百分比為：銅粉97?98. 5%，鐵粉1?2%， 硅粉 0? 5 ?1% ;其中銅粉可以為 97%、97. 1%、97. 2%、97. 3%、97. 4%、97. 5%、97. 6%、 97. 7%、97. 8%、97. 9%、98%、98. 1%、98. 2%、98. 3%、98. 4%或 98. 5%，鐵粉可以為 1%、 1. 1%、1. 2%、1. 3%、1. 4%、1. 5%、1. 6%、1. 7%、1. 8%、1. 9%或 2%，硅粉可以為 0? 5%、 0? 6%、0. 7%、0. 8%、0. 9%或 1%。
[0016] 在本發明所述高熔滲銅粉的制備方法中，步驟（2)所述高壓水自內徑為7mm的 圓柱形高壓噴嘴噴出；步驟⑵所述高壓水的壓力為10?15MPa，例如10MPa、10. 5MPa、 10. 8MPa、llMPa、ll. 4MPa、ll. 8MPa、12MPa、12. 3MPa、12. 6MPa、12. 8MPa、13MPa、13. 4MPa、 13. 8MPa、14MPa、14. 5MPa、14. 8MPa或 15MPa。
[0017] 在本發明所述高熔滲銅粉的制備方法中，以銅基合金粉末、錳粉、鋅粉和硬脂酸鋅 粉末的總質量為100%計，步驟（3)所述銅基合金粉末與錳粉、鋅粉以硬脂酸鋅粉末的質量 百分比為：銅基合金粉末97. 2?98. 8%，錳粉0.5?1%，鋅粉0.2?1%，硬脂酸鋅粉末 0? 5 ?0? 8% ;其中銅基合金粉末可以為 97. 2%、97. 4%、97. 5%、97. 7%、97. 8%、97. 9%、 98 %、98. 1 %、98. 2 %、98. 3 %、98. 4 %、98. 5 %、98. 6 %、98. 7 % 或 98. 8 %，錳粉可以為 0? 5%、0. 6%、0. 7%、0. 8%、0. 9%或 1%，鋅粉可以為 0? 2%、0. 3%、0. 4%、0. 5%、0. 6%、 0? 7%、0. 8%、0. 9%或 1 %，硬脂酸鋅粉末可以為 0? 5%、0. 55%、0. 6%、0. 65%、0. 7%、 0? 75%或 0? 8%。
[0018] 另一方面，本發明提供了根據本發明所述的制備方法制備得到的高熔滲銅粉， 所述高熔滲銅粉的滲銅率為99. 5?99. 8%，例如99. 5%、99. 54%、99. 58 %、99. 6%、 99. 62%、99. 64%、99. 66%、99. 68%、99. 7%、99. 73%、99. 75%、99. 78%或 99. 8%。
[0019] 本發明所述高溶滲銅粉是指具有99. 5?99. 8%的滲銅率的合金銅粉。
[0020] 在本發明的高熔滲銅粉的制備方法中，步驟（1)使用的是熔煉預合金技術，（可以 在中頻熔煉爐內實現此步驟），步驟（2)使用的是霧化制粉技術，步驟（3)使用的是混合技 術，本發明通過三種技術的結合制備得到本發明的高熔滲銅粉。在本發明的高熔滲銅粉的 制備過程中，通過合理控制預合金的金屬元素比例，使得得到的此種熔滲銅粉在粉末冶金 零件熔滲銅時，達到不同溫度熔化不同的合金元素，從而使熔滲能夠分層次、分階段進行， 最終使熔滲銅粉熔滲到粉末冶金鐵基零件中