一種滲銅膏、其制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種滲銅膏、其制備方法及應(yīng)用。它是主要由粉狀滲銅劑和成膏體組成的滲銅膏，其中，粉狀滲銅劑可由Cu粉、Cu合金粉、Fe粉、Mn粉、Ni粉及其他金屬或非金屬粉體組成，成膏體可由溶劑、增稠劑、流變劑與消泡劑和活化劑等組成。本發(fā)明的滲銅膏具有優(yōu)良的觸變性和流動性，在使用過程中無需壓制成生坯，可替代現(xiàn)有的粉狀滲銅劑，并能克服現(xiàn)有粉狀滲銅劑的不足。藉由本發(fā)明滲銅膏所生產(chǎn)的滲銅零件與常規(guī)滲銅劑生產(chǎn)的零件性能相當(dāng)，強(qiáng)度和密度高，滲銅后零件表面無腐蝕、殘?jiān)徽尺B。
【專利說明】一種滲銅膏、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滲銅膏，屬于粉末冶金領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近二十年來，隨著粉末冶金工業(yè)的快速發(fā)展，常規(guī)的冷壓制-燒結(jié)制造技術(shù)已不能滿足對于鐵基零件高耐磨、高強(qiáng)度和高密度的要求，而采用熱等靜壓、粉末鍛造和金屬注射成型技術(shù)雖可達(dá)到這些性能，但其加工成本過高且生產(chǎn)效率過低，不適宜大批量生產(chǎn)常規(guī)零件。滲銅技術(shù)作為一種高效、高性能和低成本的工藝被廣泛用于制造氣門座圈、閥座、凸輪等要求高密度和高強(qiáng)度的零件，從而解決了這一技術(shù)難題。
[0003]常規(guī)的滲銅工藝是將鐵粉和石墨粉的混合粉末壓成密度為6.0-7.0g/cm3的鐵基生坯，同時(shí)將一種銅含量高于80%的銅同或銅合金粉也壓制成生坯，置于鐵基生坯的上方，將上述兩種生坯放入還原性氣氛爐中，在1120°C條件下完成燒結(jié)和滲銅一體化作業(yè)，最后再去除零件表面材料的滲銅殘?jiān)?br> [0004]而如專利號為ZL201010594443.X、ZL200810226772.1 和 ZL200710026018.9 的發(fā)
明專利所記載的粉狀滲銅劑都需要經(jīng)過壓制成型后才能對鐵基零件進(jìn)行滲銅。但此類粉狀滲銅劑在壓制成型時(shí)或壓制成生坯后，由于生坯強(qiáng)度不高，容易出現(xiàn)破損，尤其是對一些小型微型零件滲銅，滲銅生坯變得極小極薄，對壓型的控制和模具設(shè)計(jì)提出了較高的要求，此外，這種生坯在生產(chǎn)線進(jìn)行物料轉(zhuǎn)移時(shí)也時(shí)常發(fā)生破損，這些都導(dǎo)致了原材料的浪費(fèi)并降低了成品率。
[0005]又如專利號為ZL200510036064.8的發(fā)明專利提出了一種錫焊膏用的成膏體(成膏體)，它由流變劑、穩(wěn)定劑、樹脂、活性劑和溶劑五部分組成，由于錫焊膏的釬焊溫度在150-300°C之間，此種成膏體必須在低于此釬焊溫度時(shí)完全分解。而對滲銅或滲銅焊接工藝而言，滲銅或釬焊溫度高于1100°C，成膏體完全分解的溫度應(yīng)在400-500°C，才能使?jié)B銅膏在成膏體揮發(fā)后形成具有一定強(qiáng)度的燒結(jié)體，因此，目前已有的錫焊膏用成膏體體系不適用于制作滲銅膏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個方面旨在提供一種滲銅膏，該滲銅膏具有優(yōu)良的觸變性和流動性，在使用過程中無需壓制成生坯，可替代現(xiàn)有的粉狀滲銅劑，并克服現(xiàn)有粉狀滲銅劑的不足。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]該滲銅膏包含78_95￥丨％滲銅劑和15_22wt%的成膏體。
[0009]所述滲銅劑包含金屬粉末混合物和/或一種以上的Cu合金，所述Cu合金中的合金元素至少選自Sn、Fe、Si和Zn中的任意一種；
[0010]所述成膏體包含如下組分:溶劑60_98wt %,增稠劑0.5-8wt %,流變劑
0.2-35wt%,消泡劑和活化劑0.l_5wt%。
`[0011]所述滲銅劑是如下組分中的任意一組[0012]第一組:83-94wt%Cu 粉、5_15wt% Cu余量 Sn(5_15)合金粉和 0.5-4.0wt% Fe 粉
[0013]第二組:90_97wt%Cu 粉、1.8-5.0wt% Fe 粉和 1.0-5.0wt% Μη 粉
[0014]第三組:88-96.5wt% Cu 粉、1.8-5.0wt% Fe 粉，0.l-2wt% Ni 粉和 1.0-5.0wt%Μη粉
[0015]弟四組:Cu余量Fe(2.0_5.0)Zn(0.H.5)Si(0.cu-0.3)合金粉
[0016]第五組:75-88wt %合金粉，10_25wt % Cu粉和0.3-2.0wt% Μη 粉
[0017]第六組:33-63wt%Cu 粉、35-65wt% Cu余量Zn(1_1(l)合金粉和 0.5-3.0wt% Fe 粉
[0018]作為優(yōu)選方案之一，第一組、第二組和第三組滲銅劑中還包含0.01-0.8wt%的Si02、Mg0、Al203、Ca0和Ti02中的任意一種或兩種以上的組合。
[0019]作為優(yōu)選方案之一，第四組、第五組和第六組滲銅劑中還包含0.01-1.0wt %的S1、A1203，MgO和Μη中的任意一種或兩種以上的組合。
[0020]所述Cu合金粉是由Cu與合金元素通過熔煉霧化或擴(kuò)散方法獲得的已合金化的金屬粉體。
[0021]所述溶劑至少可選自去離子水、二乙二醇單乙醚、二丙二醇單甲醚、1，2_丙二醇、乙基卡必醇、乙二醇中的任意一種，但不限于此。
[0022]所述增稠劑至少可選自羥乙基淀粉、羥丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)氧樹脂、甲殼質(zhì)、瓜爾膠、黃原膠、阿拉伯膠、槐豆膠中的任意一種，但不限于此。
[0023]所述流變劑至少可選自氫化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、水楊酸酰胺中的任意一種，但不限于此。
[0024]所述消泡劑和活化劑為炔二醇、N，N，N'，N'-四-(2羥基丙基)乙二胺、苯并三氮銼、硅油、礦物油、植物油中的任意一種或兩種以上的組合，但不限于此。
[0025]一種滲銅膏的制備方法，包括:按所滲銅膏的組成配制滲銅劑和成膏體，并將其均勻混合。
[0026]如所述方法制備的滲銅膏在粉末冶金滲銅或滲銅焊接工藝中的應(yīng)用。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)至少在于:
[0028](1)本發(fā)明提供的滲銅膏，為膏體狀，具有優(yōu)良的觸變性、流動性和一定粘度，在使用過程中無需壓制成型，可直接通過注射裝置(如點(diǎn)膠機(jī)或膏體分配器)將膏體注射于鐵基零件上方，再將含有此滲銅膏的鐵基零件送入爐中，用相同的工藝進(jìn)行燒結(jié)和滲銅，所生產(chǎn)的滲銅零件與常規(guī)滲銅劑生產(chǎn)的零件性能相當(dāng)，強(qiáng)度和密度高，滲銅后零件表面無腐蝕、殘?jiān)徽尺B。
[0029](2)本發(fā)明提供的滲銅膏還可用于粉末冶金零件間的焊接，可實(shí)現(xiàn)滲銅和焊接一次性操作。在滲銅生產(chǎn)過程中不需要制造模具和使用壓力機(jī)，也避免了材料浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【具體實(shí)施方式】
[0030]如前所述，本發(fā)明旨在提供一種滲銅膏，其可替代傳統(tǒng)的粉狀滲銅劑使用，且具有優(yōu)良的觸變性和流動性，在使用過程中無需壓制成生坯。[0031]作為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案之一，該滲銅膏，包含78-95% (以下若無特別說明，則百分比含量均指質(zhì)量百分比含量)粉狀滲銅劑，其余部分包含成膏體，其中，
[0032]所述滲銅劑可以包含以下任意一組粉體:
[0033](1)Cu 粉、Cu余量 Sn(5_15)(重量百分比)合金粉、Fe 粉和 SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2中的一種或多種粉末，四類物質(zhì)的質(zhì)量百分比依次分別為:83-94%,5-15%,0.5-4.0%,
0.01-0.8%，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2粉。
[0034]⑵Cu粉、Fe粉、Mn粉和SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2中的一種或多種粉末，四類物質(zhì)的質(zhì)量百分比依次分別為:90-97%，1.8-5.0%,1.0-5.0%,0.01-0.8%，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2粉。
[0035](3)Cu 粉、Fe 粉、Ni 粉、Mn 粉和 SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2 中的一種或多種粉末，五類物質(zhì)的質(zhì)量百分比依次分別為:88-96.5 %，L8-5.0%，0.1-2 %, 1.0-5.0 %,
0.01-0.8%，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加SiO2, MgO, Al2O3, CaO, TiO2粉。
[0036]⑷Cu余量Fe(2.Q_5.Q)Ζnk(重量百分比)合金粉和S1、Al2O3, MgO, Mn 中的一種或多種粉末，兩類物質(zhì)的質(zhì)量百分比依次分別是99.0-99.99%,0.01-1.0%，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加S1、Al2O3, MgO, Mn粉。
[0037](5)Cu余量Fe^uZnc.H.sSi(請_0.3)(重量百分比)合金粉、Cu粉、Mn粉和S1、Al2O3, MgO, Mn中的一種或多種粉末，四類粉的質(zhì)量百分比依次是:75-88 ^,10-25%,
0.3-2.0%,0.01-1.0，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加S1、Al2O3, MgO, Mn粉。
[0038](6) Cu粉、Cu余量Zn(1_1Q)(重量百分比)合金粉、Fe粉和S1、Al203，MgO，Mn中的一種或多種粉末，四種粉的質(zhì)量百分比依次是:33-63%，35-65%，0.5-3.0,0.01-1.0%，需要特別說明的是，可根據(jù)需要不添加S1、Al2O3, MgO, Mn粉。
[0039]以上提到的合金粉定義是指兩種以上的金屬或非金屬元素通過熔煉霧化或擴(kuò)散等手段獲得的已合金化的金屬粉體，而非幾種元素粉末的混合。
[0040]所述成膏體包含溶劑、增稠劑、流變劑、消泡劑和活化劑，其中溶劑占成膏體重量的60% -98%，增稠劑占成膏體重量的0.5% _8%，流變劑占成膏體重量的0.2-35%，消泡劑和活化劑占成膏體重量的0.1% -5%。
[0041]所述溶劑可選自去離子水、二乙二醇單乙醚、二丙二醇單甲醚、1，2-丙二醇、乙基卡必醇、乙二醇中的任意一種或多種，但不限于此。
[0042]所述增稠劑可選自羥乙基淀粉、羥丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)氧樹月旨、甲殼質(zhì)、瓜爾膠、黃原膠、阿拉伯膠、槐豆膠中的任意一種或多種，但不限于此。
[0043]所述流變劑可選自氫化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、水楊酸酰胺中的任意一種或多種，但不限于此。
[0044]所述消泡劑和活化劑可選自炔二醇、N，N，N'，N'-四-(2羥基丙基)乙二胺、苯并三氮銼、硅油、礦物油、植物油中的任意一種或兩種以上的組合。由于炔二醇具有活化和消泡的作用，可作為消泡劑兼活化劑使用，而N，N，N'，N'-四-(2羥基丙基)乙二胺和硅油分別具有活化和消泡的作用，兩者需同時(shí)使用。
[0045]作為本發(fā)明的另一個方面，根據(jù)上述滲銅膏的成分，前述滲銅膏的制備方法可以包括如下步驟:[0046](I)采用氣霧化或水霧化法制備Cu或Cu合金粉末；
[0047](2)將滲銅劑粉末混合均勻；
[0048](3)將增稠劑、流變劑、消泡劑和活化劑按一定比例和順序加入溶劑中，攪拌并形成均勻的溶液；
[0049](4)將滲銅劑加入溶液中攪拌均勻。
[0050]前述滲銅膏的電性應(yīng)用方法可以包括:將滲銅膏裝入注射裝置中，通過注射裝置將膏體注射于鐵基零件上方，再將含有此滲銅膏的鐵基零件送入爐中，用相同的工藝進(jìn)行燒結(jié)和滲銅，由于所采用的成膏體在接近工作溫度時(shí)已完全揮發(fā)，因此，滲銅后零件表面除有正常的滲銅殘?jiān)猓粫埩羝渌s質(zhì)。
[0051]以下結(jié)合若干較佳實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0052]實(shí)施例1
[0053]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0054]2.米用水務(wù)化法制備Cu粉和Cu余量Sn(5_15)合金粉；
[0055]3.將Cu粉、CU:^Sn(5_15)合金粉、Fe粉、MgO按表中比例在混料機(jī)中混合均勻；4.將羥乙基纖維素、黃原膠和羥丙基纖維素按比例加入去離子水中，攪拌120分鐘后再加入甘油、氫化蓖麻油、N，N，N’，N’ -四-(2羥基丙基)乙二胺、硅油，攪拌10分鐘，制成成膏體；
[0056]5.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌45分鐘
[0057]實(shí)施例2`[0058]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0059]2.采用水霧化法制備Cu粉；
[0060]3.將Cu粉、Fe粉、Mn粉、SiO2粉按比例在混料機(jī)中混合均勻；
[0061]4.將二丙二醇單甲醚和1，2-丙二醇在攪拌機(jī)中混合10分鐘；
[0062]5.將羥乙基纖維素、丙烯酸甲酯按比例加入以上溶液中，攪拌120分鐘后再加入改性蓖麻油、炔二醇，攪拌10分鐘，形成成膏體；
[0063]6.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌60分鐘。
[0064]實(shí)施例3
[0065]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0066]2.采用水霧化法制備Cu粉；
[0067]3.將Cu粉、Fe粉、Ni粉、Mn粉、CaO, TiO2按比例在混料機(jī)中混合均勻；
[0068]4.將二乙二醇單乙醚和乙基卡必醇在攪拌機(jī)中混合15分鐘；
[0069]5.將羥丙基淀粉、乙基羥乙基纖維素、槐豆膠按比例加入以上溶液中，攪拌120分鐘后再加入水楊酸酰胺，攪拌15分鐘,形成成膏體；
[0070]6.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌60分鐘。
[0071]實(shí)施例4
[0072]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0073]2.米用水霧化法制備Cu余量合金粉；
[0074]3.甲殼質(zhì)、羥丙基纖維素、羥乙基淀粉按比例加入以上溶液中，攪拌150分鐘后再加入硬脂酸、植物油和礦物油，攪拌15分鐘,形成成膏體；
[0075]4.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌60分鐘。[0076]實(shí)施例5
[0077]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0078]2.米用水霧化法制備Cu余量合金粉；
[0079]3.將Cu余量合金粉、Cu粉、Μη粉、Si粉按比例在混料機(jī)中混合均勻；
[0080]4.將二乙二醇單乙醚和乙基卡必醇在攪拌機(jī)中混合15分鐘；
[0081]5.將羥丙基淀粉、乙基羥乙基纖維素、槐豆膠按比例加入以上溶液中，攪拌120分鐘后再加入水楊酸酰胺，攪拌15分鐘，形成成膏體；
[0082]6.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌60分鐘。
[0083]實(shí)施例6
[0084]1.按照表中的組分準(zhǔn)備原料；
[0085]2.米用擴(kuò)散法制備(Χ--Ζη(1_1(ι)合金粉；
[0086]3.將Cu粉、CU:^Zn(1_1(l)合金粉、Fe粉、A1203粉按比例在混料機(jī)中混合均勻；
[0087]4.將二丙二醇單甲醚和1，2-丙二醇在攪拌機(jī)中混合15分鐘；
[0088]5.將鄰苯二甲酸二丁酯、丙烯酸甲酯按比例加入以上溶液中，攪拌150分鐘后再加入改性蓖麻油和炔二醇，攪拌15分鐘，形成成膏體；
[0089]6.將混合好的滲銅劑加入成膏體中，攪拌60分鐘。
[0090]
【權(quán)利要求】
1.一種滲銅膏，其特征在于，它包含78-95?〖％滲銅劑和15-22wt%的成膏體。所述滲銅劑包含金屬粉末混合物和/或一種以上的Cu合金，所述Cu合金中的合金元素至少選自Sn、Fe、Si和Zn中的任意一種；所述成膏體包含如下組分:溶劑60-98wt%，增稠劑0.5-8wt%,流變劑0.2-35wt%,消泡劑和活化劑0.l_5wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑是83-94wt%Cu粉、5-15wt% Cu余量Sn(5_15%)合金粉和 0.5-4.0wt% Fe 粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑是90-97wt%Cu粉、1.8-5.0wt% Fe 粉和 1.0-5.0wt% Μη 粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑是88-96.5wt % Cu粉、1.8-5.0wt% Fe 粉，0.l-2wt% Ni 粉和 1.0-5.0wt% Μη 粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑是Cu^FSi (0.01-0.3)合金粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑是75-88wt%所述Cu余μFe(2.0-5.0)Zn(0.n.sSit0.01-0.s)合金粉，10_25wt% Cu 粉和 0.3-2.0wt% Μη 粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑為33-63wt% Cu粉、35-65wt% Cu 余量 Zn(H0)合金粉和 0.5-3.0wt% Fe 粉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任 一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑還包含0.01-0.8?七％的Si02、Mg0、Al203、Ca0和Ti02中的任意一種或兩種以上的組合。
9.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1、5、6、7中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述滲銅劑還包含0.01-1.0被％的S1、Al203、Mg0和Μη中的任意一種或兩種以上的組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述Cu合金粉是由Cu與合金元素通過熔煉霧化或擴(kuò)散方法獲得的已合金化的金屬粉體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述溶劑是去離子水、二乙二醇單乙醚、二丙二醇單甲醚、1，2-丙二醇、乙基卡必醇、乙二醇中的任意一種或兩種以上的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述增稠劑是羥乙基淀粉、羥丙基淀粉、丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、羧甲基淀粉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、鄰苯二甲酸二丁酯、環(huán)氧樹脂、甲殼質(zhì)、瓜爾膠、黃原膠、阿拉伯膠、槐豆膠中的任意一種或兩種以上的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述流變劑是氫化蓖麻油、改性蓖麻油、甘油、硬脂酸、水楊酸酰胺中的任意一種或兩種以上的組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的滲銅膏，其特征在于，所述消泡劑和活化劑是炔二醇、N，N，N' , N/ -四-(2羥基丙基)乙二胺、苯并三氮銼、硅油、礦物油、植物油中的任意一種或兩種以上的組合。
15.一種滲銅膏的制備方法，其特征在于，它包括:(1)按權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述滲銅膏的組成(2)采用霧化法或擴(kuò)散法制備Cu或Cu合金粉末；(3)將滲銅劑粉末混合均勻；(4)將增稠劑、流變劑、消泡劑和活化劑按一定比例和順序加入溶劑中，攪拌并形成均勻的溶液，形成成膏體； (5)將滲銅劑加入成膏體中攪拌均勻，制得滲銅膏。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述滲銅膏或權(quán)利要求15所述方法制備的滲銅膏在粉末冶金滲銅或滲銅焊 接工藝中的應(yīng)用。
【文檔編號】C23C10/30GK103668044SQ201210337598
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月13日
【發(fā)明者】莫文劍 申請人:莫文劍