專利名稱：：用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末和燒結(jié)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末和一種燒結(jié)體。更具體的說，本發(fā)明涉及一種通過向硬質(zhì)顆粒粉末中加入REM以提高機動車引擎閥座的耐磨損性而基本上不損害粉末性能和燒結(jié)性能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，.TribaloyT-400是具有高耐磨損性的硬質(zhì)顆粒，該硬質(zhì)顆粒以形成了硬質(zhì)相的鈷為基質(zhì)，而該硬質(zhì)相主要由硅化鉬構(gòu)成。Co-2.5Si-28Mo-8.5Cr合金粉末是一種與TribaloyT-400相當(dāng)?shù)牟牧?，其作為硬質(zhì)顆粒而被大量應(yīng)用，非常有助于高負(fù)荷運轉(zhuǎn)下的機動車引擎中的機動車引擎闊座(以下簡稱為"閥座")的耐磨損性。因此，人們提議了很多技術(shù)方案。例如，為了能在基質(zhì)中分散大量的硬質(zhì)層而不損害耐磨損性、強度等，專利文獻(xiàn)1公開了一種耐磨損的燒結(jié)構(gòu)件的制造工藝，該工藝包括將原料粉末進(jìn)行壓制，其中該原料粉末中含有構(gòu)成基質(zhì)的粉末(鐵、SUS316、SUS304、SUS310或SUS430)以及構(gòu)成硬質(zhì)層的粉末(Co-28Mo-2.5Si-8Cr);然后將該壓粉體進(jìn)行燒結(jié)，其中，構(gòu)成基質(zhì)的粉末中至少有90質(zhì)量％是最大粒徑為46pm的微細(xì)粉末，并且構(gòu)成硬質(zhì)層的粉末在原料粉末中的比例為40質(zhì)量％-70質(zhì)量％。為了得到具有優(yōu)異的耐磨損性的鐵基燒結(jié)合金材料，專利文獻(xiàn)2公開了一種閥座用的耐磨損性鐵基合金材料的制造工藝，其中，將100重量份的鐵基合金粉末與0.2重量份-3.0重量份的固體潤滑劑粉末(硫化物或氟化物)和/或0.2重量份-5.0重量份的穩(wěn)定的氧化物粉末(￥203或Ce02(均為稀土元素的氧化物)，或者CaTi03)混合，其中所述鐵基合金粉末由純鐵粉末、鐵合金粉末、碳粉末、具有析出的微細(xì)碳化物的鋼粉末和硬質(zhì)顆粒粉末(如，Cr-Mo-Co體系或Ni-Cr-Mo-Co體系)組成；并將所得的鐵基合金粉末進(jìn)行壓制成型，然后將壓粉體進(jìn)行燒結(jié)，以得到燒結(jié)體。專利文獻(xiàn)l:JP-A-2007-107034專利文獻(xiàn)2:JP-A-2003-19317
發(fā)明內(nèi)容但是，隨著引擎性能要求更高負(fù)荷的趨勢，對閥座材料耐磨損性的要求也在提高。因此，存在這樣的問題，即，例如專利文獻(xiàn)1和2中公開的硬質(zhì)顆粒不能充分滿足對閥座材料耐磨損性的要求。而且，人們認(rèn)為當(dāng)試圖提高閥座材料的耐磨損性時，顆粒的粉末性能和燒結(jié)性能會受到損害。因此需要一種既能夠提高閥座材料的耐磨損性而又不損害粉末性能和燒結(jié)性能的技術(shù)?；谏鲜銮闆r完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末，其能夠使閥座具有更高的耐磨損性，而基本上不損害粉末性能和燒結(jié)性能。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有優(yōu)異耐磨損性的燒結(jié)體。為了解決上述問題，本發(fā)明人認(rèn)真研究了利用Co-2.5Si-28Mo-8.5Cr合金粉末來提高閥座耐磨損性的技術(shù)。在研究過程中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)向硬質(zhì)顆粒中加入REM可以提高閥座的耐磨損性。并且還發(fā)現(xiàn)，向硬質(zhì)顆粒中加入REM既不會損害粉末性能也不會損害燒結(jié)性能。基于這些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明提供一種用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末，其包含2質(zhì)量％-3.5質(zhì)量％的Si、6質(zhì)量％-10質(zhì)量0/o的Cr、20質(zhì)量％-35質(zhì)量％的Mo、0.01質(zhì)量％-0.5質(zhì)量％的REM，余量為Co和不可避免的雜質(zhì)。在這種情況中，本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末中還可以含有0.1質(zhì)量％或更低的C以及1質(zhì)量％或更低的Mn。為了解決這些問題，本發(fā)明還提供一種燒結(jié)體，其通過如下步驟獲得，所述步驟為混合步驟，將上述本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末與純鐵粉末和石墨粉末混合，以得到粉末混合物；成型步驟，將該粉末混合物進(jìn)行壓制，以獲得壓粉體；以及燒結(jié)步驟，將該壓粉體進(jìn)行燒結(jié)。本發(fā)明的硬質(zhì)顆粒粉末具有使燒結(jié)體的耐磨損性得到提高而不損害粉末性能和燒結(jié)性能的作用，這是因為該硬質(zhì)顆粒粉末中含有2質(zhì)量％-3.5質(zhì)量％的Si、6質(zhì)量％-10質(zhì)量％的Cr、20質(zhì)量°/。-35質(zhì)量0/。的Mo、以及0.01質(zhì)量％-0.5質(zhì)量％的REM。因此，該粉末特別適合用作閥座用材料。本發(fā)明的燒結(jié)體具有優(yōu)異的耐磨損性，這是因為它是采用本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末作為原材料而制得的。本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末和燒結(jié)體有效地提高了閥座的耐磨損性，而不會損害粉末性能和燒結(jié)性能。因此，本發(fā)明的硬質(zhì)顆粒粉末和燒結(jié)體在汽車工業(yè)和各種相關(guān)的工業(yè)中有很高的工業(yè)使用價值。圖1是示意性示出閥座測試用的耐磨測試器的剖面圖。圖2是對其磨損量進(jìn)行測量的磨損測試工件的一部分的示意圖。圖3是通過繪制磨損測試工件的磨損量與REM的含量之間的關(guān)系而得到的曲線圖。本發(fā)明的最佳實施方式下面將依據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。(用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末的組成)本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末除了含有鈷(Co)作為基質(zhì)之外，還含有硅(Si)、鉻(Cr)、鉬(Mo)和REM作為必要的組成元素。可對粉末中的作為不可避免的雜質(zhì)的碳(C)和錳(Mn)的含量進(jìn)行有效地控制。對這些元素的含量進(jìn)行限制的原因如下所述。此處，在本說明書中，所有由質(zhì)量限定的百分比均與由重量限定的百分比相同。(1)2質(zhì)量。/。SSi^3.5質(zhì)量％加入硅(Si)組分的目的是通過形成硅化物以提高硬度。將硅含量的下限限定為2質(zhì)量％的原因是硅含量低于該下限的粉末顆粒的硬度過低，不能起到硬質(zhì)顆粒的作用。將硅含量的上限限定為3.5質(zhì)量%的原因是硅含量高于該上限的粉末顆粒的硬度過高，由于燒結(jié)體(閥座)產(chǎn)生裂紋而造成粉末顆粒脫落，從而使燒結(jié)體(閥座)的磨損量增加。(2)6質(zhì)量°/^鉻^10質(zhì)量％加入鉻(Cr)組分的目的是保持抗氧化性。將鉻含量的下限限定為6質(zhì)量％的原因是鉻含量低于該下限的粉末顆粒不具有足夠的抗氧化性。另一方面，將鉻含量的上限限定為10質(zhì)量％的原因是鉻含量超過該上限的粉末顆粒的燒結(jié)性能受到損害。'(3)20質(zhì)量°/。^鉬￡35質(zhì)量％加入鉬(Mo)組分的目的是保持粉末顆粒的硬度。將鉬含量的下限限定為20質(zhì)量％的原因是鉬含量低于該下限的粉末顆粒將導(dǎo)致燒結(jié)體不具有足夠的耐磨損性。另一方面，將鉬含量的上限限定為35質(zhì)量％的原因是鉬含量高于該上限的粉末顆粒的硬度過高，由于燒結(jié)體(閥座)出現(xiàn)裂紋而造成粉末顆粒脫落，因此使燒結(jié)體(閥座)的磨損量增加。(4)0.01質(zhì)量。/(^REMS0.5質(zhì)量0/0本發(fā)明中，術(shù)語REM是指至少一種鑭系元素。加入REM組分的目的是提高燒結(jié)體的耐磨損性而不損害粉末性能和燒結(jié)性能。將REM含量的下限限定為0.01質(zhì)量％的原因是REM的加入量小于該下限時對提高燒結(jié)體的耐磨損性幾乎不起作用。另一方面，將REM含量的上限限定為0.5質(zhì)量％的原因是REM的加入量超過該上限時也對提高耐磨損性沒有作用，而且會引起大量粉末顆粒被氧化，從而導(dǎo)致燒結(jié)性能變差。REM含量優(yōu)選為0.2質(zhì)量％或者更低。本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末還可以含有0.1質(zhì)量％或更低的碳(C)以及1質(zhì)量。/?；蚋偷腻i(Mn)。將碳含量的上限限定為0.1質(zhì)量％的原因是為了避免由于形成碳6化物而引起韌性降低。將錳含量的上限限定為1質(zhì)量％的原因是錳的加入量超過該上限時會引起大量粉末顆粒被氧化，從而導(dǎo)致燒結(jié)性能變差。余量為鈷(CO)和不可避免的雜質(zhì)，這是因為鈷是本發(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末的基質(zhì)?？傊景l(fā)明的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末更優(yōu)選為這樣一種用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末，其含有2質(zhì)量％-3.5質(zhì)量°/。的Si、6質(zhì)量％-10質(zhì)量％的Cr、20質(zhì)量％-35質(zhì)量％的Mo、0.01質(zhì)量％-0.5質(zhì)量e/。的REM、0.1質(zhì)量Q/?；蚋偷腃、1。/。或更低的Mn，余量為Co和不可避免的雜質(zhì)。(燒結(jié)體的制造工藝)可通過如下歩驟獲得本發(fā)明的燒結(jié)體混合步驟，將具有上述組成的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末與純鐵粉末和石墨粉末混合，以得到粉末混合物；成型步驟，將該粉末混合物壓制，以得到壓粉體；以及燒結(jié)步驟，將該壓粉體進(jìn)行燒結(jié)。在混合步驟中，優(yōu)選加入壓制用的潤滑劑。此外，在燒結(jié)前進(jìn)行脫蠟是有利的。實施例下面將對本發(fā)明的實施例和對比例進(jìn)行詳細(xì)描述。(硬質(zhì)顆粒粉末的制備)對于實施例1至5和對比例1至6，將表1中所列的組成元素按照表中給出的比例進(jìn)行混合，以得到硬質(zhì)顆粒粉末。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(粉末性能的檢測)在所制得的硬質(zhì)顆粒粉末中，對實施例1和對比例1的硬質(zhì)顆粒粉末的粉末性能(粒徑分布、表觀密度、流動度和粉末硬度)進(jìn)行檢測。粒徑分布的測定依據(jù)日本粉末冶金協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(JapanPowderMetallurgyAssociationStandard)JPMAP02-1992，表觀密度的測定依據(jù)日本粉末冶金協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)JPMAP06-1992,流動度的測定依據(jù)日本粉末冶金協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)JPMAP07-1992。另外，粉末硬度使用微型硬度計進(jìn)行測定。表2粉末性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>(燒結(jié)體的制備)對于實施例1至5和對比例1至6，在表1所示的耐磨損測試工件的制備條件下，通過以下步驟來制得各燒結(jié)體。首先，將69.2質(zhì)量y。的純鐵粉末(ASC100.29)與30質(zhì)量％的硬質(zhì)顆粒粉末和0.8質(zhì)量％的石墨(CPB)混合。向100重量份的所得混合物中加入0.5重量份的Zn-St(壓制用的潤滑劑)。將這些組分混合，以得到燒結(jié)體用的原料粉末混合物。隨后，在8t/cii^的壓制壓力下，將實施例l至5和對比例l至6的各原料粉末混合物分別進(jìn)行壓制。從而，(l)對于實施例l至5和對比例1至6，制得直徑為35mm、厚度為14mm的盤狀壓粉體；并且(2)對于實施例1和對比例1，另外還制得外徑為28mm、內(nèi)徑為20mm、厚度為4mm的環(huán)狀壓粉體。最后，將實施例1至5和對比例1至6的盤狀和環(huán)狀壓粉體在40(TC的空氣中脫脂1小時，并隨后在溫度為116(TC的氨氣分解氣氛(N一3H2)中燒結(jié)1小時，以得到燒結(jié)體。(燒結(jié)性能的檢測)在所制得的壓粉體和燒結(jié)體中，對實施例1和對比例1的壓粉體和燒結(jié)體的燒結(jié)性能(壓制密度、燒結(jié)密度、化學(xué)組分、燒結(jié)體硬度、徑向壓潰強度、高溫硬度、熱擴散率、比熱容和導(dǎo)熱率)進(jìn)行檢壓制密度(燒結(jié)前壓粉體的密度)和燒結(jié)密度(燒結(jié)后燒結(jié)體的密度)是依據(jù)日本粉末冶金協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)JPMAP09-1992測定的?；瘜W(xué)組分由紅外光譜確定。徑向壓潰強度是采用阿姆斯勒(Amsler)檢測器對通過燒結(jié)而獲得的環(huán)形燒結(jié)體(外徑28mm;內(nèi)徑20mm;厚度4mm)進(jìn)行測量而得到的。高溫硬度采用高溫硬度計測定。熱擴散率、比熱容和導(dǎo)熱率采用激光閃光法測定。以上特性的檢測的結(jié)果見表3。表3燒結(jié)性能壓制密度g/cm3燒結(jié)密度g/cm3化學(xué)組分(質(zhì)量％)燒結(jié)體硬度(HRA)徑向壓潰強度C0Nkgf/mm2MPa實施例17.116.980.820.170.03537.751.4504對比例17.146.980.810.140.03133.957.7565表3(續(xù))燒結(jié)性能高溫硬度(HV5kg)熱擴散率(i(y3cmVs)比熱容(J/(g'k))導(dǎo)熱率(W/(nvk))魏300'C400。C600,C26'C300'C600'C26'C300'C600'C26'CJ300.C咖.C實施例1121102101945.163.680.440.520.6720.218.617.1對比例1121116108957.376.054.490,440.530.6821.921.920.7(燒結(jié)體的耐磨損性測試)圖1所示的用于檢測閥座本身的磨損測試器(以下簡稱為"磨損測試器")用來進(jìn)行燒結(jié)體(所制得的盤狀燒結(jié)體)的耐磨損性測試。首先，將實施例1至5和對比例1至6的盤狀燒結(jié)體(直徑35mm;厚度14mm)加工成閥座形狀，從而獲得磨損測試工件。通過將各磨損測試工件壓入到閥座托架(seatholder)，從而將測試工件固定在磨損測試器上。在表4所示測試條件下驅(qū)動磨損測試器。通過利用氣體火焰加熱閥體以間接對磨損測試工件進(jìn)行持續(xù)加熱，同時，通過轉(zhuǎn)動曲柄向磨損測試工件施加綞擊力，從而使其發(fā)生磨損。表4耐磨損性的測試條件測試時間10小時燃料LPG接觸次數(shù)每分鐘3,000次磨損測試工件的溫度300'C閥體的驅(qū)動方式曲柄軸閥體的旋轉(zhuǎn)速度10rpm閥體表面Fe-21Cr-9Mn-4Ni+Co合金焊接借助形狀測量裝置，在耐磨損性測試之前和之后分別對磨損測試工件的形狀進(jìn)行測量，并按照圖2(即圖1中箭頭A所指部分的放大圖)所示測定在與磨損測試工件表面垂直的方向上的差值D，即得到各磨損測試工件的磨損量。在圖3中按照磨損測試工件的磨損量與REM含量之間的關(guān)系將所得到的結(jié)果繪制出來(各繪制點旁所標(biāo)出的數(shù)值為磨損量()im))。(討論耐磨損性)首先討論耐磨損性。如表1和圖3所示，實施例1至5中的磨損量小于20pm，而對比例1至6中的磨損量均為20pm或更大。也就是說，實施例1至5中的磨損量小于對比例1至6的磨損量。首先，將實施例1至5與對比例1進(jìn)行比較。除了是否含有REM之外，各例子中的燒結(jié)體均滿足本發(fā)明的優(yōu)選的組分含量范圍。因此，可以發(fā)現(xiàn)在實施例1至5的組成(不包含REM)中加入REM具有提高燒結(jié)體(閥座)的耐磨損性的作用。其次，討論在實施例1至5的組成(不包含REM)中加入REM時的REM含量?？梢钥闯觯?dāng)對比例3和6中REM的含量過高時，未獲得使燒結(jié)體(l萄座)的耐磨損性提高的作用。這些結(jié)果表明REM的含量不超過0.6質(zhì)量％是合適的。因此發(fā)現(xiàn)REM的含量優(yōu)選為0.5質(zhì)量％或更低，更優(yōu)選為0.2質(zhì)量％或更低。11對比例2的磨損量變大的原因可能是硅含量過高造成硬度過大，進(jìn)而導(dǎo)致粉末顆粒脫落。對比例3的磨損量變大的原因考慮為如下原因。REM含量高導(dǎo)致粉末氧化量增大，即燒結(jié)性能變差，并且硅含量低導(dǎo)致硬度較小。另外，鉻含量低導(dǎo)致粉末顆粒的抗氧化性能不充分。對比例4的磨損量變大的原因可能是鉬含量過高造成硬度過大，進(jìn)而導(dǎo)致粉末顆粒脫落。對比例5的磨損量變大的原因考慮為如下原因。錳含量高導(dǎo)致粉末氧化量增大，即燒結(jié)性能受損，并且較高的鉻含量也對燒結(jié)性能造成不利影響。(討論除了耐磨損性以外的其它性能)接下來，討論除了耐磨損性以外的其它性能(粒徑分布、粉末性能和燒結(jié)性能)。表2中示出了實施例1和對比例1的粒徑分布和粉末特性。通過它們之間的對比可以判斷出，實施例1的粒徑分布和粉末性能與對比例1的粒徑分布和粉末性能相當(dāng)。在這一方面，盡管在-100至+145的范圍內(nèi)以及在-145至+200的范圍內(nèi)實施例1與對比例1的粒徑分布是不同的，但這些差異是由在制備粉末時的偏差造成的。這些差異并不損害實施例1的性能。關(guān)于粉末硬度，實施例1的硬度值較低。這是由于粉末中硅含量的不同造成的，這并不損害實施例1的性能。表3中示出了實施例1和對比例1的燒結(jié)性能。通過它們之間的對比可以判斷出，除了對比例1的徑向壓潰強度較好之外，實施例1的燒結(jié)性能與對比例1的燒結(jié)性能相當(dāng)。然而，需要說明的是，所要求的徑向壓潰強度的值為大約40kgf/mm2，實施例1和對比例1的徑向壓潰強度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該值。盡管實施例1的徑向壓漬強度比對比例1差，但這不影響實施例1的特性。從這些結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，通過向由預(yù)定組分構(gòu)成的硬質(zhì)顆粒粉末中加入REM，可以提高燒結(jié)體的耐磨損性而基本上不損害粉末性能和燒結(jié)性能。還發(fā)現(xiàn)，由此可獲得具有優(yōu)異的耐磨損性的燒結(jié)體。雖然參照本發(fā)明的實施方案描述了本發(fā)明，但不能認(rèn)為本發(fā)明局限于這些實施方案。盡管本發(fā)明尤其適用于閥座，但不能認(rèn)為本發(fā)明的用途局限于閥座，本發(fā)明還可應(yīng)用于閥導(dǎo)向器(valveguide)和其它機械/結(jié)構(gòu)部件中。本專利申請基于2007年12月26日提交的日本專利申請No.2007-333736，其內(nèi)容以引用的方式并入本文。權(quán)利要求1.一種用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末，其含有2質(zhì)量％-3.5質(zhì)量％的Si，6質(zhì)量％-10質(zhì)量％的Cr，20質(zhì)量％-35質(zhì)量％的Mo，0.01質(zhì)量％-0.5質(zhì)量％的REM，并且余量為Co和不可避免的雜質(zhì)。2.—種燒結(jié)體，其通過如下步驟獲得混合步驟，將權(quán)利要求1所述的用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末與純鐵粉末和石墨粉末混合，以得到粉末混合物；成型步驟，將所述粉末混合物進(jìn)行壓制，以得到壓粉體；以及燒結(jié)步驟，將所述壓粉體燒結(jié)。全文摘要本發(fā)明提供用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末，其含有2質(zhì)量％-3.5質(zhì)量％的Si，6質(zhì)量％-10質(zhì)量％的Cr，20質(zhì)量％-35質(zhì)量％的Mo，0.01質(zhì)量％-0.5質(zhì)量％的REM，余量為Co和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供了通過如下步驟獲得的燒結(jié)體，所述步驟為混合步驟，將上述用于燒結(jié)體的硬質(zhì)顆粒粉末與純鐵粉末和石墨粉末混合，以得到粉末混合物；成型步驟，將所述粉末混合物進(jìn)行壓制，以得到壓粉體；以及燒結(jié)步驟，將所述壓粉體燒結(jié)。本發(fā)明的硬質(zhì)顆粒粉末具有使燒結(jié)體的耐磨損性提高的作用，而基本上不損害粉末性能和燒結(jié)性能。另外，本發(fā)明的燒結(jié)體具有優(yōu)異的耐磨損性。文檔編號C22C33/02GK101469388SQ20081018921公開日2009年7月1日申請日期2008年12月26日優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日發(fā)明者倉田征兒,山本知己申請人:大同特殊鋼株式會社