權(quán)利要求

1.銅基粉末冶金材料，其特征在于：所述銅基粉末冶金材料按質(zhì)量份由以下組分制備所得：Sn 3％-8％、Al 0.5-2％、Cu 2O 2％-5％、硬脂酸鋅0.3-0.7％、余量為Cu。2.如權(quán)利要求1所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： S1、分別稱取Sn、Al、Cu 2O、硬脂酸鋅和Cu后，將其混合均勻得到混合料； S2、將混合料加入模具中并鋪平，經(jīng)壓制成型后得到壓坯； S3、將壓坯放置在加熱設(shè)備中在還原性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)處理，得到銅基粉末冶金材料。 3.如權(quán)利要求2所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中，所述壓制成型的壓力為400-600MPa。 4.如權(quán)利要求2所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述加熱設(shè)備為燒結(jié)爐。 5.如權(quán)利要求2所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述還原性氣氛為氮氣和氫氣混合氣氛。 6.如權(quán)利要求2所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述燒結(jié)處理的溫度為800℃～950℃，時間為40～80min。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粉末冶金燒結(jié)材料領(lǐng)域，具體涉及銅基粉末冶金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

粉末冶金是一種制取金屬粉末，以及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末制成材料或制品的工藝技術(shù)。它包括原料粉末的制取和物料準(zhǔn)備，以及成形、燒結(jié)、后處理等工序。粉末冶金能夠生產(chǎn)具有特殊性能的結(jié)構(gòu)材料、功能材料和復(fù)合材料，是一種少切削甚至無切削的制造機械零件的新工藝，可以大大節(jié)約金屬材料，提高勞動生產(chǎn)率。它是一種既能生產(chǎn)具有特殊性能材料的技術(shù)，又是一種制造廉價優(yōu)質(zhì)機械零件的工藝。從五金零件到大型機械，從民用工業(yè)到軍事工業(yè)，從一般技術(shù)到尖端技術(shù)都能見到粉末冶金工藝的應(yīng)用。

銅基粉末冶金材料具有導(dǎo)電導(dǎo)熱好、磨合快等優(yōu)勢，在交通運輸、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，常作為剎車片等關(guān)鍵摩擦副材料。但銅基粉末冶金材料添加錫、鐵等硬質(zhì)組元時，容易產(chǎn)生成分偏析，造成燒結(jié)樣品組織不均勻，韌性差。常見的銅基粉末冶金增韌是通過纖維增韌、加壓燒結(jié)等方式進(jìn)行的，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種銅基粉末冶金材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種銅基粉末冶金材料，所述銅基粉末冶金材料按質(zhì)量份由以下組分制備所得：Sn 3％-8％、Al 0.5-2％、Cu 2O 2％-5％、硬脂酸鋅0.3-0.7％、余量為Cu。

本發(fā)明還提供了上述所述的銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、分別稱取Sn、Al、Cu 2O、硬脂酸鋅和Cu后，將其混合均勻得到混合料；

S2、將混合料加入模具中并鋪平，經(jīng)壓制成型后得到壓坯；優(yōu)選的，所述壓制成型的壓力為400-600MPa。

S3、將壓坯放置在加熱設(shè)備中在還原性氣氛下進(jìn)行燒結(jié)處理，得到銅基粉末冶金材料。優(yōu)選的，所述加熱設(shè)備為燒結(jié)爐；所述還原性氣氛為氮氣和氫氣混合氣氛，優(yōu)選的，所述氮氣和氫氣的體積比為9:1，氫氣的作用是還原燒結(jié)過程中的雜質(zhì)；所述燒結(jié)處理的溫度為800℃～950℃，時間為40～80min。

與現(xiàn)有銅基粉末冶金材料相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明中硬脂酸鋅的作用如下：一方面，其作為一種常見的粉末冶金潤滑劑使用；另一方面，硬脂酸鋅在燒結(jié)處理過程中在高溫條件下可分解成氧化鋅，隨后在高溫條件下原料組分中的鋁通過鋁熱反應(yīng)將氧化鋅還原成鋅，鋅在銅中的固溶度較大，能夠起到較好的固溶強化作用，改善銅基粉末冶金材料的韌性。

(2)錫是一種常見強化銅基元素，但制備過程中常有雜質(zhì)，其主要雜質(zhì)成分為氧化錫，本發(fā)明在原料中使用具有較強還原性的Cu 2O，通過Cu 2O還原氧化錫，達(dá)到提純的作用，從而保持產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明通過材料配方設(shè)計實現(xiàn)銅基粉末冶金材料的增韌，相比其他熱加工工藝，具有成本低、安全性高等特點。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。需要說明的是，下列實施例中使用的原料均為市售產(chǎn)品，市購可得。

實施例1

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉、Al粉、Cu 2O粉、以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：3％，Al：0.5％，Cu 2O：2％，硬脂酸鋅：0.3％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在400MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800℃，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

實施例2

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉、Al粉、Cu 2O粉、以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：4％，Al：1％，Cu 2O：3.8％，硬脂酸鋅：0.5％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在500MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度900℃，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

實施例3

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉、Al粉、Cu 2O粉、以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：8％，Al：2％，Cu 2O：5％，硬脂酸鋅：0.7％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在600MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度950℃，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對比例1

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：3％，硬脂酸鋅：0.3％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在400MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度800℃，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對比例2

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：4％，硬脂酸鋅：0.5％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在500MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對比例3

一種銅基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將Cu粉、Sn粉以及硬脂酸鋅粉末按照Sn：8％，硬脂酸鋅：0.7％，余量為Cu的比例混合均勻；

S2、將混合均勻的原材料粉末裝入模具中并鋪平，在600MPa壓力下壓制成壓坯；

S3、將壓制后的壓坯放置在燒結(jié)爐中，在氮氣和氫氣體積比為9：1的混合氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度950℃，燒結(jié)時間80min；冷卻后即得目標(biāo)產(chǎn)物。

對上述各實施例和對比例制得的產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測，其中沖擊韌性的測試方法采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9096-2002《燒結(jié)金屬材料(不包括硬質(zhì)合金)沖擊試驗方法》；測試結(jié)果如下表1所示：

表1各實施例和對比例制得的產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果

從表1中數(shù)據(jù)可看出各實施例制備的材料的密度稍低于對比例中的材料，但沖擊韌性獲得了顯著提高；并且各實施例制備的材料的摩擦磨損性能與對比例沒有明顯變化。采用實施例可以在保證材料摩擦磨損性能的同時，顯著提高材料的沖擊韌性。

顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

銅基粉末冶金材料及其制備方法.pdf