專利名稱：一種粉末冶金零件的表面涂覆工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金材料表面的處理，尤其涉及一種粉末冶金零件表面的耐磨損、耐腐蝕、低摩擦系數(shù)的表面處理方法。
背景技術(shù)：
粉末冶金(P/M，Powder Metallurgy)是制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)，是一門重要的材料制備與成形技術(shù)，被稱為是解決高科技、新材料問(wèn)題的鑰匙。粉末冶金零件是指不經(jīng)熔煉和鑄造，直接用幾種金屬粉末或金屬粉末與非金屬粉末，通過(guò)配制、壓制成型，燒結(jié)等直接制成的金屬部件，粉末冶金是金屬冶金工藝與陶瓷燒結(jié)工藝的完美結(jié)合，用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有I 5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%，粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本、大規(guī)模生產(chǎn)的先進(jìn)工藝方法。 粉末冶金工藝目前已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械零件的加工和制造，例如齒輪、鏈輪等。粉末冶金磁性材料是用粉末冶金方法制造的磁性材料，是磁性材料領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，粉末冶金方法制成的軟磁材料和硬磁材料可用來(lái)制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲(chǔ)存能量和信息的磁性器件。粉末冶金工藝生產(chǎn)磁性材料有下列優(yōu)點(diǎn)①能制造各種磁性材料的單晶或單疇尺寸的微粒(幾個(gè)微米到數(shù)百埃)，通過(guò)在磁場(chǎng)下成形等工藝制成高磁性的磁體。如硬磁鐵氧體、稀土鈷硬磁和ESD硬磁(ElongatedSingle Domain)等。②能把磁性粉末與其他物質(zhì)復(fù)合而制成具有某些特定性能的材料。例如能把絕緣物質(zhì)覆在軟磁合金粉末表面，壓成顆粒間互相絕緣的磁粉芯，這種磁粉芯在中頻或高頻電磁場(chǎng)下產(chǎn)生的渦流很小，因而大大減少能源的損耗。又如能把磁性粉末與橡膠(或塑料)復(fù)合制成磁性橡膠、磁性塑料，或與有機(jī)液體混合制成磁性液體或涂層。以滿足一些專門的使用要求等。③能減少加工工序，節(jié)省原料，直接制出接近最終形狀的小型磁體，尤其是對(duì)于難加工的硬脆磁性材料。例如磁性能要求不高的Alnico異形小磁體，用粉末冶金方法生產(chǎn)，可以降低成本。有些粉末冶金磁性材料零件在特殊的工況下工作，因此，在利用粉末冶金工藝制造出的零件的表面上，需要進(jìn)行涂覆處理，以提高零件的耐腐蝕性。目前，業(yè)內(nèi)粉末冶金磁性材料零件普遍采用鍍鋅工藝。但是，鍍鋅業(yè)已被公認(rèn)為是一夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)槠鋵?duì)環(huán)境的污染極其嚴(yán)重，已被國(guó)內(nèi)的很多省市列為限制發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。CN1704174提供了一種在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝首先，將粉末冶金磁性材料置于300°C ±20°C的脫油溫度下，同時(shí)置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下，對(duì)粉末冶金磁性材料的表面進(jìn)行脫油；然后在經(jīng)過(guò)上述脫油的粉末冶金磁性材料表面，涂覆達(dá)克羅涂料。該方法有效解決了環(huán)境污染問(wèn)題，但是因燒結(jié)之后的鐵基粉末冶金制品表面比較粗糙，表面具有細(xì)微的凹凸特性，即不美觀又極易生銹，需要涂覆多達(dá)4層的達(dá)克羅涂料，造成浪費(fèi)。由于粉末冶金的多孔特性，大量的研究證實(shí)對(duì)粉末冶金進(jìn)行QPQ (Quench-ΡοIish-Quench)處理過(guò)程中，由于毛細(xì)管作用，大量的處理液態(tài)鹽殘留于基體中，不僅不能提高粉末冶金的表面耐磨性和抗蝕性，反而使產(chǎn)品有害。表面性能的優(yōu)劣直接影響著粉末冶金的使用性能及壽命。因此，改善粉末冶金的表面性能是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。而在現(xiàn)有技術(shù)中，幾乎沒(méi)有人對(duì)粉末冶金進(jìn)行表面處理以改善其表面性能達(dá)到傳統(tǒng)鋼鐵QPQ的效果。CN102115865公開(kāi)了一種粉末冶金零件的表面處理方法，即首先對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體氮、硫、鉻多元共滲，使粉末冶金零件表面形成15 45微米氮硫鉻鐵化合物的致密滲層組織；然后對(duì)其進(jìn)行表面拋光處理；最后對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行低溫氧化形成一層致密的氧化層。該專利雖然在粉末冶金零件的表面形成了致密的氧化膜，但是防腐性能不是很好。如何開(kāi)發(fā)一種成本低，工藝簡(jiǎn)單，且防腐性能優(yōu)良的的粉末冶金零件的表面涂覆工藝，是本領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在粉末冶金零件的表面涂覆工藝方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(I)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理；(2)對(duì)步驟(I)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光；(3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化；(4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆涂料。優(yōu)選地，所述的工藝方法中，步驟(I)- (3)重復(fù)1-5次，例如重復(fù)的次數(shù)為1、2、3、4、5，優(yōu)選重復(fù)2-4次，最優(yōu)選重復(fù)2次。優(yōu)選地，步驟(I)所述氣體滲氮硫鉻處理為在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進(jìn)行處理。典型但非限制性的操作為在鹽浴爐中采用氣態(tài)的硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內(nèi)。氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣之間的質(zhì)量比優(yōu)選70:30-30:70，更優(yōu)選60:40-40:60。在溫度為480 650°C，氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣均離子化，很容易與粉末冶金零件形成氮硫鉻鐵化合物，而傳統(tǒng)的“滲氮”、“滲硫”、“滲鉻”均只能單一進(jìn)行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時(shí)滿足高壽命粉末冶金零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦系數(shù)、提高疲勞強(qiáng)度的要求，而且滲鉻和液態(tài)滲氮屬于液態(tài)滲，不能用于帶盲孔和小孔的部件尤其是粉末冶金零件。采用氣態(tài)硫鉻絡(luò)合物與氨氣載體對(duì)粉末冶金零件一步氣體滲氮硫鉻處理是本發(fā)明區(qū)別于傳統(tǒng)滲氮滲硫等表面改性。優(yōu)選地，所述氣體滲氮硫鉻處理的溫度為480°C _650°C，例如482°C、490°C、505 °C >548 °C >595 °C >620 °C >645 °C 等，時(shí)間為 30min_80min,例如 33min、41min、55min、63min、70min、78min 等。優(yōu)選地，所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲酰胺溶液中的至少一種。優(yōu)選地，步驟(2)所述拋光為用安有銅絲的拋光輪拋光。
優(yōu)選地，所述銅絲優(yōu)選為黃銅絲，所述黃銅絲的絲徑為O. 05-0. 15mm,例如O. 06mm、0. 08mm、0. 10mm、0. 13mm、0. 14mm、0. 143mm 等，優(yōu)選 0· 08-0. 12mm。優(yōu)選地，步驟(3)中所述的氧化處理溫度為300°C 400°C，例如305°C、333°C、378 °C >385 °C >398 °C 等，時(shí)間為 IOmin 60min,例如 llmin、15min、18min、22min、30min、35min、48min、55min、58min 等。優(yōu)選地，步驟(4)所述涂覆涂料為將步驟(3)處理后的金屬粉末冶金零件涂覆達(dá)克羅涂料。達(dá)克羅是DACR0MET譯音和縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱達(dá)克羅、達(dá)克銹、迪克龍。國(guó)內(nèi)命名為鋅鉻涂層，是一種以鋅粉、鋁粉、鉻酸和去離子水為主要成分的新型的防腐涂料。“達(dá)克羅表面涂覆工藝”中的達(dá)克羅涂料是由微小鋅片及粘合鋅片的無(wú)機(jī)鉻聚合物組成。目前廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件、緊固件、外觀件等產(chǎn)品。具有較高的耐腐蝕性和滲透性， 能滲入細(xì)小孔隙。但是達(dá)克羅工藝無(wú)法直接應(yīng)用于粉末冶金產(chǎn)品，因?yàn)榉勰┮苯甬a(chǎn)品的微小孔隙中吸滿了油，而達(dá)克羅工藝無(wú)法對(duì)表面有油的產(chǎn)品進(jìn)行涂覆。針對(duì)這一問(wèn)題，我們通過(guò)首先對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行表面處理，使工件的表面形成致密均勻的氧化膜后，再進(jìn)行涂覆。經(jīng)過(guò)對(duì)表面的處理，達(dá)克羅的涂覆僅需I遍即可達(dá)到優(yōu)良的效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明通過(guò)首先對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行表面處理，形成致密的氧化膜，然后再進(jìn)行涂覆涂料的步驟，減少了達(dá)克羅涂料的涂覆次數(shù)，只需要涂覆I遍，即能達(dá)到防腐效果，降低了成本，同時(shí)粉末冶金零件還具有優(yōu)良的剛度。
具體實(shí)施例方式為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。實(shí)施例I一種在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝方法，所述方法包括如下步驟(I)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理；即在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進(jìn)行處理，處理溫度480°C，處理80min。(2)用安有絲徑為O. 15mm的黃銅絲的拋光輪，對(duì)步驟(I)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光；(3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化，氧化溫度為300°C，氧化60min ；重復(fù)步驟(I) - (3) 2次；(4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆達(dá)克羅涂料I遍。實(shí)施例2一種在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝方法，所述方法包括如下步驟(I)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理；即在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進(jìn)行處理，處理溫度650°C，處理30min。(2)用安有絲徑為O. 05mm的黃銅絲的拋光輪，對(duì)步驟(I)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光；
(3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化，氧化溫度為400°C，氧化IOmin ；重復(fù)步驟(I) - (3) 3次；(4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆達(dá)克羅涂料I遍。實(shí)施例3—種在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝方法，所述方法包括如下步驟(I)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理；即在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進(jìn)行處理，處理溫度480°C，處理80min。(2)用安有絲徑為O. Ilmm的黃銅絲的拋光輪，對(duì)步驟(I)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光；
(3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化，氧化溫度為330°C，氧化30min ；重復(fù)步驟(I)- (3)4次；(4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆達(dá)克羅涂料I遍。對(duì)比例I以CN1704174提供的粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝為對(duì)比例，具體操作步驟如下的在粉末冶金磁性材料表面的涂覆工藝，首先，對(duì)粉末冶金磁性材料的表面進(jìn)行脫油，即，將粉末冶金磁性材料置于300°C ±20°C的脫油溫度下，同時(shí)置于氮?dú)獗Ｗo(hù)下。這里的脫油溫度選擇是一個(gè)關(guān)鍵，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，粉末冶金磁性材料容易變形；溫度過(guò)低，則脫油不干凈。另外，脫油時(shí)須有氮?dú)獗Ｗo(hù)，這樣粉末冶金材料不會(huì)被氧化。然后在經(jīng)過(guò)上述脫油的粉末冶金磁性材料表面，涂覆達(dá)克羅涂料。常規(guī)零件進(jìn)行達(dá)克羅處理時(shí)只須處理2-3遍，脫油后的粉末冶金磁性材料進(jìn)行達(dá)克羅處理時(shí)，因粉末冶金的特性，表面有大量的細(xì)小孔隙，因此需涂覆4遍，才能充分涂覆零件表面，達(dá)到最佳涂覆效果。對(duì)比例2以CN102115865提供的粉末冶金零件的表面處理方法中的實(shí)施例I為對(duì)比例，具體操作步驟如下本例的粉末冶金材料組成及重量含量為0. 95 I. 05% C，I. 5 2% Cu，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其材料可采用現(xiàn)有粉末冶金技術(shù)制得，制品密度為6. 7g/cm 3，在該粉末冶金零件上進(jìn)行本發(fā)明的表面處理。脫脂去污處理采用RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗3 15min ;酸洗活化處理采用RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ;水洗均在常溫去離子水進(jìn)行；然后上紅外烘箱，溫度220 340°C，時(shí)間I小時(shí)。然后進(jìn)行氣體滲氮硫鉻，溫度為560°C，時(shí)間為50min ;出爐冷卻后進(jìn)行噴丸處理；最后進(jìn)行氧化處理溫度為350°C，處理時(shí)間為120min ;經(jīng)上述表面處理后在粉末冶金表面形成35 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，粉末冶金的表面硬度在Hv O. 1650 700。對(duì)比試驗(yàn)對(duì)實(shí)施例1-3和對(duì)比例1-2所提供的粉末冶金零件進(jìn)行測(cè)試，因涂層較薄，產(chǎn)品的物理性能、機(jī)械性能不受影響。測(cè)試結(jié)果如下耐腐蝕實(shí)驗(yàn)(鹽霧試驗(yàn))，其對(duì)比數(shù)據(jù)如下
對(duì)比例I工藝腐蝕I μ m需100小時(shí)；對(duì)比例2工藝腐蝕I μπι需60小時(shí)；傳統(tǒng)工藝腐蝕I μ m需10小時(shí)；實(shí)施例I :腐蝕I μ m需146小時(shí)； 實(shí)施例2 :腐蝕I μ m需140小時(shí)；實(shí)施例3 :腐蝕I μ m需145小時(shí)；Hv O. I表面硬度測(cè)試,對(duì)比數(shù)據(jù)如下對(duì)比例I工藝粉末冶金的表面硬度在HvO. 1180 230 ；對(duì)比例2工藝粉末冶金的表面硬度在HvO. 1650 700 ；實(shí)施例I :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1670 690 ；實(shí)施例2 :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1650 690 ；實(shí)施例3 :粉末冶金的表面硬度在HvO. 1660 6950 ；因此從上述數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明提供的粉末冶金零件的表面處理工藝方法克服了傳統(tǒng)鍍鋅工藝的污染問(wèn)題、提高了產(chǎn)品的耐腐蝕性、同時(shí)提交了產(chǎn)品的表面硬度。申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種在粉末冶金零件的表面涂覆エ藝方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理； (2)對(duì)步驟(I)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光； (3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化； (4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆涂料。
2.如權(quán)利要求I所述的エ藝方法，其特征在于，所述的エ藝方法中，步驟(I)- (3)重復(fù)1-5次，優(yōu)選重復(fù)2-4次，最優(yōu)選重復(fù)2次。
3.如權(quán)利要求I或2所述的エ藝方法，其特征在于，步驟(I)所述氣體滲氮硫鉻處理為在鹽浴爐中采用氣態(tài)的含硫鉻絡(luò)合物與氨氣的混合氣體進(jìn)行處理。
4.權(quán)利要求1-3之一所述的エ藝方法，其特征在于，所述氣體滲氮硫鉻處理的溫度為4800C _650°C，時(shí)間為 30min-80min。
5.權(quán)利要求1-4之一所述的エ藝方法，其特征在于，所述含硫鉻絡(luò)合物為硫酸鉻銨、鉻酰氯的ニ硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲酰胺溶液中的至少ー種。
6.權(quán)利要求1-5之一所述的エ藝方法，其特征在于，步驟(2)所述拋光為用安裝有銅絲的拋光輪拋光。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的エ藝方法，其特征在于，所述銅絲優(yōu)選為黃銅絲，所述黃銅絲的絲徑為O. 05-0. 15mm，優(yōu)選O. 08-0. 12mm。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的エ藝方法，其特征在于，步驟(3)中所述的氧化處理溫度為 300°C~ 400°C，時(shí)間為 IOmin 60min。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的エ藝方法，其特征在于，步驟(4)所述涂覆涂料為將步驟(3)處理后的金屬粉末冶金零件涂覆達(dá)克羅涂料。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的エ藝方法，其特征在于，所述涂覆涂料為對(duì)粉末冶金磁性材料表面涂覆1-2遍達(dá)克羅涂料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在粉末冶金零件的表面涂覆工藝方法，所述方法包括如下步驟(1)對(duì)粉末冶金零件進(jìn)行氣體滲氮硫鉻處理；(2)對(duì)步驟(1)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行拋光；(3)將步驟(2)處理后的粉末冶金零件進(jìn)行氧化；(4)將步驟(3)處理后的粉末冶金零件涂覆涂料。本發(fā)明減少了達(dá)克羅涂料的涂覆次數(shù)，只需要涂覆1遍，即能達(dá)到防腐效果，降低了成本，同時(shí)粉末冶金零件還具有優(yōu)良的剛度。
文檔編號(hào)B05D3/12GK102861915SQ20121034407
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者周葉 申請(qǐng)人:無(wú)錫華悅光學(xué)鏡盒有限公司