1、第29卷第11期 2008年 11月 煤矿机械 Coal Mine Maehinel Vo129No11 Nov2008 铜铁复合粉烧结材料工业制备技木研究* 黄春英，王晓军 (广东技术师范学院机电学院，广州510635) 摘要：提出的工业化制备铜铁复合粉烧结材料工艺技术，用烧结法(氧化还原法)制备的合 金粉末，在铁粉颗粒表面均匀地包覆一层cu膜，使CuFe复合粉兼容铜基导热能力高、耐腐蚀和铁 基承载能力强等2方面优点，通过SEM电镜观测及RXD能谱分析，铜粉在铁粉表面覆盖均匀。 关键词：铜铁复合粉；扩散；包覆；制备工艺 中图分类号：TF1245文献标志码：A文章编号：10030794(200
2、8)l1-008902 Research on Indicated Processing Of CuFe Composite Power Agglutinati0n Material HUANG Chunying。WANG Xiaojun (Mechanical and Electronic CoHege of Guangdong Technology Normal Cortege，Guangzhon 510635，China Abstract：Proposed industrialization preparation processing technology，the alloy powd
3、er which(oxidationre- duction method)prepares with the sintering process，available in production oilretaining bearing，structural element，friction components，when makes does not have pollutes，does not produce any deleterious sub stance，does not bring the acidic impurityThrough the SEM electron micros
4、cope observation and the RXD power spectrum analysis，the copper powder is even in the powdered iron surface cover Key words：copper steel compound powder；proliferation；gable；preparation craft 0引言 以机械强度较好的金属作为基材、采用粉末冶 金工艺制备的金属基冶型复合材料，具有较好的机 械性能和摩擦学性能。本课题对制得的包覆粉末进 行了工业生产扩大试验，得到的CuFe复合粉技术 指标为：FeCu20粉中Cu
5、含量1921，FeCu30 粉中Cu含量2931，其泊松比为2430 g cm3，流动性35 s50 g，粒度154 pan，烧结收缩率 032100。采用本课题所提出的工艺技术， 以武汉钢铁集团铁(Fe)粉10025表面包覆铜，不但 可以解决环境保护问题，而且还可以产生较大的经 济效益。随着现代科学技术的进步，为解决高负荷、 高真空、超低温、强腐蚀等特殊工况下机械的润滑问 题，固体润滑材料已从单一的微粉发展成为由多种 成分组成的复合材料。 制取CuFe复合粉的主要原料为QWH10030 牌号优质铁粉及铜料，还包括少量添加剂，表面处理 剂等。 1铜铁复合粉工业制备工艺 11试验制取纯铜粉 氧化
6、铜块在粉碎时会产生3种料：65 氧化铜 *江西省科技厅2005年工业重大关键技术专项攻关项目， 赣科发计字20o697号(20051A0200304)；广东技术师范学院 教授博士科研启动资金资助 底料、氧化铜粉、超细氧化铜粉。还原铜块在粉碎时 会产生3种料：100目粗纯铜粉、200目细纯铜粉、还 原铜粉废料。采用高压水雾化制取铜粉，粉末氧化 实验在流动空气中进行，氧化过程始终保持粉末运 动状态，以防止严重烧结结团，采用氢气作为还原气 体，其露点为一30 cI=，氧化温度在360 c【=时，氧化程 度适当，呈深棕色，烧结轻微。氧化后的粉末在 340380 oC进行还原比较适宜，同时，考虑到整个
7、工艺简化；选择了360 oC10 min的还原工艺，这样 可使粉末氧化和还原能在相同的工艺和炉子中进 行，只需改变处理气氛。 12混合烧结生产工艺(流程图略) 氧化还原铜粉经超细球磨后，与铁粉、蜡脂或脂 酸添加剂混合成混合氧化铜铁粉，在720 oC左右经 扩散工艺处理，形成合金铜铁块。再粉碎、添加硬脂 酸锌混合形成铜铁复合粉。 具体操作步骤如下： (1)将Fe粉与CuO粉按80：21加入到混料罐内 (混料罐内有加热装置)。 (2)在150 o【=加热状态下，边搅拌边添加5的 硬脂酸锌。 (3)添加完硬脂酸锌后搅拌2030 min，使得混 料罐内的粉看上去是CuO粉末的颜色。 (4)取出混合料后
8、放人还原炉内氨分解气氛下， 温度720时间30 min的合金扩散。 一89 v0129No1 1 铜铁复合粉烧结材料工业制备技术研究黄春英，等 第29卷第11期 (5)合金扩散后在粉碎机内粉碎筛分，加人 5。的硬脂酸锌、苯丙三氮唑进行抗氧化处理，然 后合批，即为成品。 2生产结果及讨论 (1)cu含量对CuFe复合粉性能的影响 从FeCu二元素相图可知，铜在铁中的溶解度 随温度变化较大。在aFe中的溶解度在共析温度 (835 oC)时最大约为14，并随温度的下降而剧减 至700时的03和室温时的02。Cu在了一Fe 中的溶解度在1 094 oC时为7585，仍随温 度的下降而剧减。因此当在铁中
9、加入的cu含量较 高时，由于Fe、Cu的互不溶解特性，只能形成部分的 假合金(pseudo2alloy)，这种弱的交互作用使得Cu 复合粉可呈现出2种元素本征性能的特定组合，进 而获得优异的复合材料性能而得到广泛应用。 (2)cu含量对CuFe复合粉物理性能的影响 在同样的CuFe复合粉制备工艺条件下获得 FeCu20、FeCu30粉末，按金属粉末松装比重的涣0定 方法，检测了粉末样品的松装比重，从结果可见，在 同样制造工艺条件下，随Cu含量增加复合粉的松装 比重略有增加(FeCu20为24 gcm3，FeCu30为252 gcn)。筛分析结果还表明粉末的粒度分布往偏细 的方向移动，富余的铜粉
10、相含量增多。 (3)Cu含量对CuFe复合粉烧结性能的影响 选取FeCu20、FeCu30粉末，配加硬脂酸锌 01，压制成20 FIUTI10 n1n1圆柱样，在同等烧结 工艺制度下(Hi保护，85006 h)，检测试样的 烧结体积收缩率，从结果可见Cu含量不同，其生坯 烧结收缩率(FeCu20为065，FeCu30为081)不 一样，直接影响铁铜基制品的终端尺寸。研究还表 明：当cu的含量大于35时，会改变Fecu基烧 结体的金相组织，形成大量的能填孔隙的轻质金属 一富铜e相，在负载作用下，材料基体发生流动，摩 擦表面的空隙又显著消失，将会恶化材料的减摩性 能。因此制品厂家必须根据铁铜基制品
11、的化学成分 及物理机械性能要求，在配方中选取不同Cu含量牌 号的CuFe复合粉。 将制得的2种粉末分别进行压制，并且每种粉 末各压制3个样品。每个样品的粉末称重10 g，在 液压机下进行压制，模具孔径为16 mill，压制压力 T=40 kN，故压坯压强为20096 MPa。将压制并烧 结后的样品进行金相观察和硬度的检测，包括对腐 蚀前的样品进行照相，观察其表面的孑L洞和形态，并 对腐蚀后的样品进行照相，识别其经热处理后的组 织。烧结后的成分仍为铜，且烧结后的样品外观上 仍呈铜红色，故在磨制金相镜面时只能干磨，而不能 置于水中进行磨制。因为铜的电位比铁的电位高， 故在水中形成原电池，而使烧结后
12、的样品表面因电 化学腐蚀而变得灰暗。同时，因为烧结后样品中还 有部分孔隙，也易吸收水分，不易烘干。具体方法如 下：用600 、800 、1 000 砂纸由粗到细依次进行 研磨；用2硝酸酒精+苦味酸溶液浸蚀2025 s；用Axiovert 200 MAT金相数码照相机进行照相， 用HV一1000型显微硬度计进行测量，每个样品测2 个点。 由照片可以发现，各种原始粉末都呈颗粒状，其 表面形貌可由SEM电镜观测。 3结语 CuFe复合粉是制造含油轴承及铁基、铜基粉 末冶金零件的理想原料，可取代同类进口产品，可替 代663青铜粉使用。制得的制品具有更好的力 学性能、耐磨性、导电性和润滑性能。 参考文献
13、： 1王晓军铜铁复合粉烧结制备工艺技术研究J机械设计与制 造，2oo6(1)：127128 2王晓军铜铁复合粉工艺流程及性能试验分析J热加工工艺， 2007，36(2)：2122 3李华彬，何安西，曹雷，等CuFe复合粉的性能及应用研究J四 Jil有色金属，2005(1)：1821， 4费多尔钦科NM，普金娜粉末冶金复合减摩材料M李孔洪， 译北京：北京市粉末冶金研究所出版，1985 5盛洪超，熊翔，姚萍屏烧结温度对铜基粉末冶金航空刹车材料摩 擦磨损行为的影响J非金属矿。20o6(1)， 作者简介：黄春英(1965一)，女，江西吉水人，现为广东技术师 范学院教授，硕导，长期从事机电专业的教学与科
14、研工作，发表论文 3o多篇，电子信箱：j65881010sohuCOIn (4)包覆粉末的使用性能测定 收稿日期：20080702 、I二 、 、 _l、 、 l、 啊、 !矗_、! 、 、吩嵋、 纷 、 、 石 茄、 e 、 蛉 、给 e， 、 塑衬滚NI：,tv在矿井提升机上的应用 兖州矿业(集团)公司扬村煤矿与科研单位研制出以高分子为主材的改性塑料，具有滚筒木长期在恶劣条件下所需质地 硬、变形小、耐腐蚀等特性，完全符合滚筒木要求。 由于矿井深度和钢丝绳型号不同，即使是同一型号提升机滚筒木的绳槽深浅和绳距也不一致，滚筒木加工模具设计便成 为该项目核心问题。经过反复试验，更换模具上体而不改变模具箱体，这样可减少模具的投入。1台提升机滚筒木用1个模 具上体。滚筒木绳槽逐个错开，内衬铺满滚筒一周后，最后一块滚筒木出绳口和第1块滚筒木第2个绳槽入绳口相衔接，绳槽 成螺旋式从滚筒塑衬一头旋转到另一头，便完成了排绳任务。原用水曲柳材质密度为850 kgm3，现用塑衬材质密度为980 ，密度的变化对整个提升机系统的变化质量有一定的影响，从而影响到提升过程中的加速度和减速度。通过对提升系统惯 量计算，杨村矿2JK一35115提升机变位质量增加了O46，对滚筒的加速度和减速度影响极小，完全符合提升机安全运行 的要求 、 李剑峰供稿 一90
