一種稀土合金復合材料及制備方法
【專利摘要】一種稀土合金復合材料及制備方法，主要步驟是將鐵、碳、銅、鉬、鉻、稀土元素等按照特定比例研磨混合，再通過壓力成型設備進行壓制，然后在高溫中進行燒結，在保護氣體中進行熱處理，制得稀土合金復合材料，本發(fā)明的優(yōu)點是采用合理的原料配比，通過稀土及氧化物在抗氧化性、晶粒細化方面的作用，同時結合固溶強化和彌散強化機理，獲得均勻且致密的復合材料，通過燒結淬火一體工藝，然后回火處理，保證產(chǎn)品的硬度和其他力學性能，與傳統(tǒng)配方及工藝比較，產(chǎn)品致密度高、強度硬度提升，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，性能有較大幅度提升。
【專利說明】
一種稀土合金復合材料及制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金領域，具體涉及一種稀土合金復合材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]粉末冶金制品是采用成形和燒結工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成材料和制品的工藝技術。它是冶金和材料科學的一個分支學科，高溫熔點金屬其熔煉溫度相當高，傳統(tǒng)鑄造有困難，而粉末冶金方法可以顯著的降低其燒結活化能(如鎢、鋯、鉻、鉬等金屬)，從而以較低的溫度燒結成型，此外，粉末冶金因為采用粉末燒結，其材料本身具備一定的孔徑，所以在制備多孔材料方面有著天然的優(yōu)勢，廣泛應用于農(nóng)業(yè)機械、汽車、機床、儀表、紡織、輕工等領域，鐵基粉末冶金材料強度大、硬度大，可承受較高的載荷，耐磨性好，但噪聲較大，耐蝕性較差，為使產(chǎn)品具有更高的強度、硬度和更好的耐磨、耐蝕，拓寬其使用范圍，所以鐵基粉末冶金材料改性及向多元合金強化發(fā)展，優(yōu)化燒結工藝，提升燒結質量和材料綜合性能就有很多報道，稀土元素加入合金能有效吸收球磨過程中和燒結時合金元素表面結合的氧，減少脫碳提高化合碳含量，稀土最后以氧化物形式存在，形成彌散強化效應，增加基體強度，但是碳含量的提高導致合金液相燒結形成的液膜對其它合金元素擴散有一定阻礙作用，使材料沖擊性能降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在鐵基粉末冶金的各項性能不能兼具的問題，本發(fā)明提供了一種稀土合金復合材料及制備方法，其中復合材料各組分質量百分比為:高純鐵粉:90_98%，石墨鱗片:0.5-0.8%，霧化銅粉:1.5-2.0%，金屬錫粉:0.01-0.05%,碳化硅粉:0.03-0.15%，電解錳粉:0.1 -0.3%，二硫化鉬:0.1 -0.5%，鉻鋯合金粉:0.3-2.5%，碳化硼:0.1 -0.3%，稀土粉末:0.5-3%，助劑:0.3-0.8% ο
[0004]—種稀土合金復合材料及制備方法的主要制備步驟如下:
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:90-98%，石墨鱗片:0.5-0.8%，霧化銅粉:1.5-2.0%，金屬錫粉:0.01-0.05%,碳化硅粉:0.03-0.15%，電解錳粉:0.1-0.3%,二硫化鉬:0.1-0.5%,鉻鋯合金粉:0.3-2.5%,碳化硼:0.1-0.3%,稀土粉末:0.5-3% ；
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為1-2小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為80-200攝氏度，烘干時間為2-5小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50-80攝氏度的烘箱中烘干15-30小時；
(3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2-6小時，然后加入0.3-0.8%的助劑，繼續(xù)進行攪拌混合2-5小時；
(4)預成型:將模具在120-200攝氏度下預熱1.5-2.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在500-650兆帕，壓制時間0.5-2小時； (5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到450-550攝氏度保溫1.5-2.5小時，溫度在650-750攝氏度保溫1.5-2.5小時，最后將溫度控制在1150-1280攝氏度，燒結2.5_4小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830-850攝氏度，在0.5%-0.8%的碳勢保護氛圍中加熱0.5-2小時，進行淬火，然后在180-260攝氏度回火0.5_2小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
[0005]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明主要在鐵基粉末冶金元素基礎上，增加了如鉻、鋯等耐磨性好的金屬元素，通過適當?shù)墓に?，同時添加適量的稀土元素，降低燒結阻力，改變孔隙形態(tài)與分布，促進燒結體內(nèi)孔球化，同時稀土元素集聚晶界和相界，還能產(chǎn)生固溶強化以及彌散強化效應，大大提升合金的性能，所制備的材料具有較強的耐磨、耐蝕性和硬度，同時還具高強度和耐沖擊等特性。
【具體實施方式】
[0006]實施例1
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:96.81%，石墨鱗片:0.5%，霧化銅粉:1.5%，金屬錫粉:0.01%，碳化硅粉:0.03%，電解錳粉:0.1%，二硫化鉬:0.1%，鉻鋯合金粉:0.3%，碳化硼:0.1%，稀土粉末:0.55%，其中稀土粉末為氧化鑭粉末，鉻鋯合金粉中鉻粉、鋯粉比例為1:9;
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為I小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為80攝氏度，烘干時間為2小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50攝氏度的烘箱中烘干15小時；
(3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.3%的助劑，所述助劑為硬脂酸鋅，繼續(xù)進行攪拌混合2小時；
(4)預成型:將模具在120攝氏度下預熱1.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在500兆帕，壓制時間0.5小時；
(5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到450攝氏度保溫1.5小時，溫度在650攝氏度保溫1.5小時，最后將溫度控制在1150攝氏度，燒結2.5小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830攝氏度，在0.5%的碳勢保護氛圍中加熱0.5小時，進行淬火，然后在180攝氏度回火0.5小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
[0007]實施例2
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:90.6%，石墨鱗片:0.8%，霧化銅粉:2.0%，金屬錫粉:0.05%，碳化硅粉:0.15%，電解錳粉:0.3%，二硫化鉬:0.5%，鉻鋯合金粉:2.5%，碳化硼:0.3%，稀土粉末:2.8%，其中稀土粉末為氧化鑭粉末，鉻鋯合金粉中鉻粉、鋯粉比例為1:9;
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為I小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為80攝氏度，烘干時間為2小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50攝氏度的烘箱中烘干15小時； (3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.8%的助劑，所述助劑為硬脂酸鋅，繼續(xù)進行攪拌混合2小時；
(4)預成型:將模具在200攝氏度下預熱1.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在500兆帕，壓制時間0.5小時；
(5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到450攝氏度保溫1.5小時，溫度在650攝氏度保溫1.5小時，最后將溫度控制在1150攝氏度，燒結2.5小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830攝氏度，在0.8%的碳勢保護氛圍中加熱0.5小時，進行淬火，然后在180攝氏度回火0.5小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
[0008]實施例3
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:95.39%，石墨鱗片:0.6%，霧化銅粉:1.6%，金屬錫粉:0.03%，碳化硅粉:0.08%，電解錳粉:0.2%，二硫化鉬:0.3%，鉻鋯合金粉:0.8%，碳化硼:0.2%，稀土粉末:0.8%，其中稀土粉末為氧化鑭粉末，鉻鋯合金粉中鉻粉、鋯粉比例為1:9;
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為2小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為120攝氏度，烘干時間為5小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50攝氏度的烘箱中烘干30小時；
(3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.3%的助劑，所述助劑為硬脂酸鋅，繼續(xù)進行攪拌混合5小時；
(4)預成型:將模具在180攝氏度下預熱1.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在550兆帕，壓制時間I小時；
(5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到550攝氏度保溫2小時，溫度在750攝氏度保溫1.5小時，最后將溫度控制在1180攝氏度，燒結2.5小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830攝氏度，在0.8%的碳勢保護氛圍中加熱I小時，進行淬火，然后在180攝氏度回火I小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
[0009]實施例4
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:93.76%，石墨鱗片:0.7%，霧化銅粉:1.8%，金屬錫粉:0.01%，碳化硅粉:0.03%，電解錳粉:0.1%,二硫化鉬:0.5%，鉻鋯合金粉:0.6%，碳化硼:0.3%，稀土粉末:2.2%，其中稀土粉末為氧化鑭粉末，鉻鋯合金粉中鉻粉、鋯粉比例為1:9;
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為I小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為120攝氏度，烘干時間為2小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50攝氏度的烘箱中烘干15小時；
(3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為5小時，然后加入0.7%的助劑，所述助劑為硬脂酸鋅，繼續(xù)進行攪拌混合2小時；
(4)預成型:將模具在120攝氏度下預熱1.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在500兆帕，壓制時間0.5小時；
(5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到500攝氏度保溫2小時，溫度在700攝氏度保溫2小時，最后將溫度控制在1150攝氏度，燒結2.5小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830攝氏度，在0.5%的碳勢保護氛圍中加熱
0.5小時，進行淬火，然后在180攝氏度回火0.5小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
[0010]實施例5
(1)原料準備:根據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料:
高純鐵粉:93.85%，石墨鱗片:0.5%，霧化銅粉:1.8%，金屬錫粉:0.05%，碳化硅粉:0.15%，電解錳粉:0.2%，二硫化鉬:0.35%,鉻鋯合金粉:I.5%，碳化硼:0.1%，稀土粉末:I.5%，其中稀土粉末為氧化鑭粉末，鉻鋯合金粉中鉻粉、鋯粉比例為1:9;
(2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為I小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為200攝氏度，烘干時間為5小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50攝氏度的烘箱中烘干30小時；
(3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2小時，然后加入0.8%的助劑，所述助劑為硬脂酸鋅，繼續(xù)進行攪拌混合2小時；
(4)預成型:將模具在120攝氏度下預熱1.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在580兆帕，壓制時間0.5小時；
(5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到450攝氏度保溫1.5小時，溫度在650攝氏度保溫1.5小時，最后將溫度控制在1150攝氏度，燒結3小時；
(6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830攝氏度，在0.8%的碳勢保護氛圍中加熱
0.5小時，進行淬火，然后在180攝氏度回火0.5小時；
(7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺，然后進行油浸處理。
【主權項】
1.一種稀土合金復合材料及制備方法，其特征在于，復合材料各組分質量百分比為:高純鐵粉:90-98%，石墨鱗片:0.5-0.8%，霧化銅粉:1.5-2.0%，金屬錫粉:0.01-0.05%,碳化硅粉:0.03-0.15%，電解錳粉:0.1-0.3%,二硫化鉬:0.1-0.5%,鉻鋯合金粉:0.3-2.5%，碳化硼:0.1-0.3%，稀土粉末:0.5-3%，助劑:0.3-0.8%。2.根據(jù)權利要求1所述的稀土合金復合材料及制備方法，其特征在于，主要制備步驟為:(I)原料準備:依據(jù)稀土合金復合材料性能要求，確定組成比例稱取如下組分材料: 高純鐵粉:90-98%，石墨鱗片:0.5-0.8%，霧化銅粉:1.5-2.0%，金屬錫粉:0.01-0.05%，碳化硅粉:0.03-0.15%，電解錳粉:0.1-0.3%,二硫化鉬:0.1-0.5%,鉻鋯合金粉:0.3-2.5%,碳化硼:0.1-0.3%,稀土粉末:0.5-3% ； (2)預處理:將高純鐵粉、霧化銅粉、金屬錫粉、電解錳粉、鉻鋯合金粉在還原氣氛中進行還原處理，時間為1-2小時，同時分別進行烘干處理，烘箱溫度為80-200攝氏度，烘干時間為2-5小時，將石墨鱗片、碳化硅粉、二硫化鉬、碳化硼、稀土粉末在50-80攝氏度的烘箱中烘干15-30小時； (3)組分混合:將上述烘干過的粉末依次加入粉料混合機，并進行充分攪拌混合，攪拌時間為2-6小時，然后加入0.3-0.8%的助劑，繼續(xù)進行攪拌混合2-5小時； (4)預成型:將模具在120-200攝氏度下預熱1.5-2.5小時，將混合均勻的粉末倒入預壓模具，然后在50噸成型機進行壓制，壓力控制在500-650兆帕，壓制時間0.5-2小時； (5)高溫成型:將預成型的壓制品從模具取出，將其置入帶氣體保護氛圍的鐵基燒結爐中進行燒結成型，同時在溫度達到450-550攝氏度時保溫1.5-2.5小時，溫度在650-750攝氏度時保溫1.5-2.5小時，最后將溫度控制在1150-1280攝氏度，燒結2.5_4小時； (6)熱處理:將燒結后的產(chǎn)品進行熱處理，在830-850攝氏度，在0.5%-0.8%的碳勢保護氛圍中加熱0.5-2小時，進行淬火，然后在180-260攝氏度回火0.5_2小時； (7)后處理:對上述已經(jīng)熱處理的產(chǎn)品去除毛刺處理，然后進行油浸處理。
【文檔編號】B22F1/00GK105903952SQ201610401270
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月9日
【發(fā)明人】程敘毅
【申請人】蕪湖三刀材料科技有限公司