專利名稱：冶金粉末組合物及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鐵基粉末。本發(fā)明尤其涉及適合制造耐磨產(chǎn)品的粉末。
背景技術：
具有高耐磨性的產(chǎn)品被廣泛應用，人們一直在尋求與現(xiàn)有的耐磨產(chǎn)品 相比具有相同或更好的性能但更廉價的耐磨產(chǎn)品。
具有高耐磨性的產(chǎn)品的制備可以以例如粉末為基礎，例如鐵或鐵基粉 末，包括碳化物形式的碳。
一般來說，碳化物非常硬并具有高熔點，這些特點使它們在很多應用 領域具有高的耐磨性。這種耐磨性通常使碳化物適于作為需要高耐磨性的
鋼(例如用于鉆頭、才幾床、閥座等的鋼，例如高速鋼HSS)中的組分。Mo、 W、 V是形成高強度碳化物的元素，因此這些元素特別有利于制造耐磨產(chǎn) 品。Cr是另一種形成碳化物的元素。
E. Pagounis等人在Materials science and engineering A246, 1998， 221-234中公開了耐磨材料的制備，該耐磨材料由鋼粉制備，其中鋼粉與陶
瓷粉末(例如03<:3)干混合。
盡管從該文獻獲知的材料具有良好的耐磨性，但仍然需要具有相同或 更好的性能但更廉價的材料。還需要不存在該文獻中提到的分離問題的粉 末。
因此，如果能夠不使用例如W、 V和Nb的貴重金屬則是有利的。如 果這些材料能夠以簡單且成本有效的方式制造，則也是有益的。
發(fā)明概要現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由4失基粉末可以獲得特征在于良好耐磨性的廉價材料。更 具體地，該鐵l粉末應包括10至20重量％的Cr、 0.5至5重量％的Mo、 以及1至2重量。/。的C,因此，該4失基粉末的特征在于包括預合金的水霧 化鐵基粉末顆粒、以及擴散結合于所述預合金粉末顆粒上的碳化鉻顆粒。
與具有高耐磨性的常規(guī)粉末和硬化相中所使用的其它同類金屬相比， 鉻是一種便宜得多而且更容易得到的形成碳化物的金屬，因此，在用* 為主要的形成碳化物的金屬時，可以更廉價地制造粉末，并因此可以更廉 價地制造壓實的產(chǎn)物。還出人意料地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明用鉻作為主要的形 成碳化物的金屬，可以獲得耐磨性足以用于例如閥座應用的粉末。
此外，通過使用該粉末，還避免了在使用由不同粒度和不同密度的不 同合金元素和其它添加劑的粉末構成的組合物時出現(xiàn)的的分離問題。還減 少或消除了起塵問題。
這種新型鐵基粉末的特征還在于良好的可壓縮性。
根據(jù)本發(fā)明，通過將預合金的水霧化鐵基粉末與碳化鉻顆粒混合，并 將該混合退火，由此使碳化鉻顆粒擴散結合于預合金粉末上，可以獲得這 種新型粉末。
此外，常規(guī)高速鋼的碳化物一般都非常小，但根據(jù)本發(fā)明，以較大的 鉻碳化物可以得到同樣有利的耐磨性。
為了使壓實的產(chǎn)物在整個體積內(nèi)具有均勻的性質(zhì)，重要的是將粉末的 所有不同成分緊密混合。由于不同合金元素和其它添加劑通常具有不同的 粒度和不同的密度，因此如果不采用措施避免，將出現(xiàn)分離現(xiàn)象。根據(jù)本 發(fā)明，通過提供預合金的鐵基粉末，并通過擴散粘合將碳化物粘合在該鐵 基粉末上，克服了分離問題。因此，粉末的所有不同成分彼此物理連接， 這是所獲粉末是均勻的并且無論如何加工也沒有分離危險的原因。這種粉 末的制備還防止了各成分(例如石墨)的小顆粒的起塵，而這是其它粉末 組合物常見的。
通過將碳化物擴散結合于預合金粉末的外部，獲得了與具有相應組成 但碳化物在預合金粉末顆粒內(nèi)的粉末相比具有較好可壓縮性的粉末。將預合金粉末水霧化而不是氣霧化或研磨，也提高了可壓縮性，因為 這產(chǎn)生了相對不規(guī)則形態(tài)的顆粒。
優(yōu)選實施方式的詳細描述
預合金水霧化鐵基粉末可以是購得的或者可以其它方式獲得的鐵基粉
末，例如工具鋼粉末，例如本身具有良好耐磨性的H13 (Powdrex)。 預合金粉末優(yōu)選具有40至100 jim、更優(yōu)選約80 nm的平均粒度。 預合金粉末包括2至10重量％的鉻、0.5至5重量％的鉬、0.1至1
重量％的碳，其余為鐵、其它任選的合金元素和不可避免的雜質(zhì)。預合金
粉末可任選地包含其它合金元素，例如最高達3重量％的鎢，最高達3重
量o/。的釩，最高達2重量％的硅。還可任選地包含其它合金元素或添加劑。 在優(yōu)選實施方案中，預合金粉末由3至7重量。/。的Cr、 1至2重量％
的Mo、 0.2至0.5重量％的C和余量的Fe構成。
盡管本發(fā)明粉末的大部分碳化物是擴散結合的碳化鉻，但是通過預合
金粉末中的形成碳化物的成分，例如上述鉻、鉬、鎢和釩，也可形成一些
碳化物。
本發(fā)明鐵基粉末的碳化鉻可通過碾磨Cr3C2至所需粒度而獲得。通常 將碳化物顆粒制為小于45 pm的粒度，并有利地制為至少8 nm的平均粒 度，優(yōu)選制為10至30 nm的平均粒度。
擴散結合的碳化物宜構成本發(fā)明粉末顆粒的5至30體積％，優(yōu)選5 至15體積％。
在優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明的擴散結合的粉末由10至15重量％的Cr、 1至1.5重量％的Mo、 0.5至1.5重量％的V、 0.5至1,5重量％的Si、 1 至2重量％的C和余量的Fe構成。
在壓實和燒結以制造具有高耐磨性的產(chǎn)品之前，可將本發(fā)明的擴散結 合的粉末與其它粉末混合，例如其它鐵基粉末、石墨、蒸發(fā)式潤滑劑、固 體潤滑劑、機械加工性增強劑等等。例如，可將本發(fā)明粉末與純鐵粉和石 墨粉混合，或與不銹鋼粉末混合。可以添加有利于壓實并然后在在燒結過程中蒸發(fā)的潤滑劑，例如蠟、硬脂酸酯/鹽、金屬皂等，以及減小在使用燒
結產(chǎn)物時的摩擦力并還增強其機械加工性的固體潤滑劑，例如MnS、 CaF2、 MoS2等。還可以添加其它機械加工性增強劑和粉末冶金領域的其它常規(guī)添 力口劑。
實施例1
將從Powdrex購得的水霧化的工具鋼H13 (5%Cr， 1.5%Mo， 1%V, l%Si， 0.35%C)與研磨過的碳化物粉末(Cr3C2， 〈45nm)混合。然后 在1000。C將該混合物真空退火2天，由此將碳化物顆粒擴散粘結于預合金 的H13顆粒上。所獲擴散結合的粉末由13重量％的Cr、 1.35重量％的 Mo、 0.9重量。/。的V、 0.9重量。/。的Si、 1.7重量％的C和余量的Fe構成。
權利要求
1.一種鐵基粉末，包含10至20重量％的Cr；0.5至5重量％的Mo；和1至2重量％的C；特征在于所述粉末包括預合金的水霧化鐵基粉末顆粒和擴散結合在所述預合金粉末顆粒上的碳化鉻顆粒。
2. 根據(jù)權利要求1所述的鐵基粉末，其中所述碳化鉻顆粒具有8至45 Hm的平均粒度。
3. 根據(jù)權利要求1所述的鐵基粉末，其中所述碳化鉻顆粒具有10至 30 |Lim的平均豐立度。
4. 根據(jù)權利要求1至3任一項所述的鐵基粉末，所述粉末包含5至30 體積％的碳化鉻。
5. 根據(jù)權利要求1至4任一項所述的鐵基粉末，由10至15重量％的 Cr、 1至1.5重量％的Mo、 0.5至1.5重量％的V、 0.5至1.5重量％的Si、 1至2重量％的C和余量的Fe構成。
6. 制造4i^粉末的方法，包括將預合金的水霧化鐵基粉末顆粒與碳化鉻顆粒混合；和 將該混合物退火，從而使碳化鉻顆粒擴散結合于預合金粉末顆粒上。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述碳化鉻顆粒具有8至45nm 的平均粒度。
8. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述碳化鉻顆粒具有10至30 nm 的平均粒度。
9. 根據(jù)權利要求6至8任一項所述的方法，其中所述預合金粉末包含 2至10重量％的Cr、 0.5至5重量％的Mo和0.1至1重量％的C。
10. 根據(jù)權利要求6至8任一項所述的方法，其中所述預合金粉末由3 至7重量。/。的Cr、 l至2重量。/。的Mo、 0.2至0.5重量％的C和余量的Fe構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及適于制造壓制和燒結部件的耐磨鐵基粉末，其包含10至20重量％的Cr、0.5至5重量％的Mo、和1至2重量％的C。該粉末的特征在于包括預合金水霧化鐵基粉末顆粒和擴散結合于預合金粉末顆粒上的碳化鉻顆粒。本發(fā)明還涉及制備該粉末的方法。
文檔編號B22F1/00GK101517111SQ200780035087
公開日2009年8月26日 申請日期2007年9月20日 優(yōu)先權日2006年9月22日
發(fā)明者O·貝格曼, P·努爾森 申請人:霍加納斯股份有限公司