一種粉末冶金製備方法與流程
2023-06-03 07:32:21
本發明涉及金屬材料的成型和燒結技術領域，更具體地說，它涉及一種粉末冶金製備方法。
背景技術：
粉末冶金是製取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過成型和燒結，製取金屬材料、複合材料以及各種類型製品的工業技術。目前，粉末冶金技術已被廣泛應用於交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業等領域，成為新材料科學中最具發展活力的分支之一。粉末冶金技術具備顯著節能、省材、性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點，同時也存在著較為明顯的缺點。
由於成型過程中粉末的流動性遠不如液態金屬，在壓制過程中粉末顆粒之間、粉末和模具之間都存在著較大的摩擦力，壓制脫模過程形成彈性後效，容易造成特殊形狀，特別是表面積/體積的比例大的產品，造成開裂甚至斷裂現象，因此現在的粉末冶金技術對產品結構形狀還有一定的限制；現有成型工藝，過程需要在壓機和模具的共同作用下進行壓制，壓機的規格大小限制了模具的規格大小，模具的規格大小直接限制了產品的規格尺寸，產品的規格、形狀無法突破模具和壓機本身的固有條件限制，開發特殊規格、特殊結構形狀的粉末冶金製品受到了較大的限制，壓機和模具都屬高成本消耗品，同時也限制的粉末冶金技術的推廣和應用。
開發一種突破粉末流動性差、突破壓機和模具制約的新型粉末冶金製備方法，將給粉末冶金製品行業帶來新的技術發展方向。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是針對現有技術的上述不足，提供一種能夠使產品規格突破壓機固有條件限制，在不改變現有生產設備情況下，可快速實現超大規格以及特殊形狀產品的批量化生產的方法。
本發明採用的技術方案是這樣的：一種粉末冶金製備方法，包含以下步驟：
一種粉末冶金製備方法，其特徵在於，包含以下步驟：
1)製作小塊生坯：按配方稱量原材料，並裝到真空熔煉鑄片爐中熔鍊形成釹鐵硼鑄片合金，對鑄片合金進行氫破碎並研磨粉末，將粉末壓製成型製作成小塊生坯；
2)表麵粉化修飾：在保護氣體中，將步驟1)中的小塊生坯的至少一個延伸面進行刮痕，表面保留刮痕產生的粉料，後將所述粉料平鋪在延伸面上；
3)組合拼接：組合拼接：將步驟2)中至少兩塊小塊生坯排列拼接，將經刮痕處理的至少一個延伸面作為拼接面進行貼合，得到拼接生坯；
4)等靜壓：將步驟3)中的拼接生坯放入組合模套中，將所述的模套真空封裝後在100～250MPa的等靜壓力下保壓1～14秒；
5)燒結熱處理：將經步驟4)處理的生坯在不高於熔點的溫度下進行燒結熱處理，冷卻後即可獲得燒結釹鐵硼毛坯。
步驟1)中熔鍊形成釹鐵硼鑄片合金的步驟為：原材料裝到真空熔煉鑄片爐中，對爐內系統進行抽真空，同時加熱物料至微紅，直至真空度降低到4Pa以下，停止抽真空，充氬氣保護，加大功率加熱使材料熔化，使鋼液溫度達到1400～1500℃，降低功率，保溫5～10分鐘後澆注。
步驟1)中粉末的粒度為0.1～10μm。
步驟2)中刮痕深度為0.01～10.0mm，刮痕之間的間隙寬度為0.01～10.0mm。
步驟2)中對小塊生坯的延伸面進行刮痕的工具材質是硬質片狀、和/或硬質線狀材質。所述刮痕的工具是鋼鋸片。
步驟4)中的組合模套是由橡膠製成。
步驟5)中生坯的燒結溫度為1050～1100℃，燒結時間為3～5小時，並且在900℃和500℃進行兩級回火處理，淬冷至常溫得到燒結釹鐵硼毛坯。
本發明粉末冶金製備方法還包括步驟6)：將步驟5)中的毛坯進行磨加工和/或切片，檢查接觸面是否存在裂紋。
所述小塊生坯的各個面均可作為延伸面做刮痕處理，不同小塊生坯上對應和/或不對應的面均可以拼接在一起。
本發明的原理在於：將不同的壓制生坯進行表麵粉化修飾，達到顆粒的充分接觸，以促進粉末顆粒間的物質傳遞；利用等靜壓將至少兩塊產品以粉化接觸面按照設計尺寸方向實現物理聯接；利用高溫下(不高於熔點)生坯固體顆粒的相互鍵聯產生顆粒黏結，通過發生燒結再結晶反應，將不同生坯燒結成為整體，實現以若干小規格生坯組合燒結成為特殊規格、尺寸和形貌的產品。
本發明與現有技術相比，具有以下技術效果：
1、本發明中，產品規格突破壓機固有條件限制，在不改變現有生產設備情況下，可快速實現超大規格以及特殊形狀產品的批量化生產。
2、壓制模具製造成本低，利用現有模具，本發明通過若干塊產品的組合排列，可快速實現超大規格以及特殊形狀產品的批量化生產，避免開發特殊模具的技術難題，節約模具製造費用。
3、壓制模具維護成本低，採用本發明方法，對壓坯表面光潔度的要求大幅度降低，因此對模具的表面光潔度的要求也降低，模具的維護周期變長，使用壽命增加。
4、採用本發明方法，無須使用脫模劑，節約生產成本，同時降低產品因使用脫模劑而殘留的碳含量，對產品質量更有保障。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明。
實施例1
按設計配方稱量原材料，將原材料裝到真空熔煉鑄片爐中，對系統進行抽真空，同時加熱物料至微紅，直至真空度降低到4Pa以下，停止抽真空，充氬保護，大功率加熱使材料熔化，使鋼液溫度達到1400～1500℃，降低功率，保溫5～10分鐘後澆注，得到釹鐵硼鑄片合金。對鑄片進行氫破碎，然後在氣流磨中研磨成粒度為3～5μm的粉末。在磁場成型壓機中取向、用壓製成型的方式將粉末製作成小塊生坯，生坯規格為62.8*59.5*47.8(mm)；如圖1所示，在保護氣體中，將小塊生坯按設計尺寸的延伸方向用300*12*0.65鋼鋸片將至少一個延伸面(59.5*47.8)進行刮痕，刮痕深度0.01～5.0mm，表面保留刮痕產生的粉料，刮痕完成後將所述粉料平鋪在延伸面上；將各個小塊生坯排列拼接，將經刮痕處理的延伸面作為拼接面進行貼合，得到長方體狀的拼接生坯(見圖2)。將拼接生坯放入橡膠製成的組合模套中，將所述的模套真空封裝後在100～250MPa的等靜壓力下保壓1～14秒；在1050～1100℃下燒結3～5小時，在900℃和500℃進行兩級回火處理，淬冷至常溫得到規格為51.5*103*32.5(mm)的燒結釹鐵硼毛坯；將毛坯進行磨加工和切片，檢驗接觸面是否存在裂紋。
實施例2
按設計配方稱量原材料，將原材料裝到真空熔煉鑄片爐中，對系統進行抽真空，同時加熱物料至微紅，直至真空度降低到4Pa以下，停止抽真空，充氬保護，大功率加熱使材料熔化，使鋼液溫度達到1400～1500℃，降低功率，保溫5～10分鐘後澆注，得到釹鐵硼鑄片合金。對鑄片進行氫破碎，然後在氣流磨中研磨成粒度為3～5μm的粉末。在磁場成型壓機中取向、用壓製成型的方式將粉末製作成小塊異形生坯，生坯規格為R*91*55*55.6(mm)；如圖3所示，將8塊小塊生坯按設計尺寸的延伸方向，在保護氣氛中，用300*12*0.65鋼鋸片將至少兩個延伸面進行刮痕(如圖3所示陰影部分)，刮痕深度0.01～5.0mm，表面保留刮痕產生的粉料，刮痕完成後將所述粉料平鋪在延伸面上；將各個小塊生坯按設計尺寸方向排列，以N、S、N、S……取向方向依次將延伸面與相鄰的小塊生坯的延伸面貼合在Φ120*46.5(mm)的鐵芯上進行貼合，得到中空圓柱體狀的拼接生坯(如圖4所示)；將拼接生坯放入橡膠製成的組合模套中，將所述的模套真空封裝後在100～250MPa的等靜壓力下保壓1～14秒；在1050～1100℃下燒結3～5小時，在900℃和500℃進行兩級回火處理，淬冷至常溫得到規格為Φ200*Φ120*40(mm)的燒結釹鐵硼輻射環毛坯；將毛坯進行磨加工和切片，檢查接觸面是否存在裂紋。
以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性，要求保護的範圍也不局限於所作的描述。