机械化学法制备铜铁复合粉末性能研究

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早期含油轴承在制备过程中常将铁粉、铜粉机械混合使用,由于铁、铜混合粉末有偏聚倾向,导致粉末成分分布不均匀,影响零件的质量。因此,开发高性能铁铜基含油轴承原料具有重要的现实意义及工业应用价值。铜铁包覆型复合粉末可有效解决铜铁混合粉末成分分布不均的问题。但现有的铜铁复合粉末制备方法存在一些问题,如混合扩散法包覆不均、化学置换法环境不友好等,限制了其进一步的发展。本文开发一种简单、环保的含油轴承用铜铁复合粉末机械化学法制备技术,研究了原料性能、混料工艺、还原工艺对复合粉末性能的影响,并与化学置换法、球磨法制备的复合粉末进行了性能对比,同时研究了在粉末界面处引入不同金属元素对粉末性能的影响规律,研究结果表明:采用机械化学法,以还原铁粉、氧化亚铜粉为原料,成功制备了铜铁复合粉末,其保持了原料铁粉不规则海绵状的形态,细小Cu颗粒密集分布在Fe颗粒表面,微观结构为核壳结构。随着混料转速的提高、混料时间的增加,复合粉末的松装密度升高,流动性改善,当混料转速为1200 r/min、混料时间为4 min时,铜铁复合粉末性能最优。随着还原温度的升高,复合粉末的松装密度提高,流动性改善,当还原温度为700℃时,复合粉末烧结体的径向压溃强度最大;当还原时间超过2h后,复合粉末烧结体的径向压溃强度变化不明显。采用机械化学法制备的铜铁复合粉末具有较优的压制性。与化学置换法制备的复合粉末相比,在相同的压制力(200~400MPa)下,压坯密度高0.14~0.22 g/cm3;在相同的压坯密度(5.40~6.20g/cm3)下,压坯强度高近50%。与球磨法制备的复合粉末相比,在相同的压制力(200~400 MPa)下,压坯密度低0.24~0.36 g/cm3;在相同的压坯密度(5.80~6.20 g/cm3)下,压坯强度略高。在烧结密度相近的情况下,与球磨法制备的粉末相比,机械化学法制备的复合粉末烧结性能好,粉末烧结体的开孔率远大于球磨法制备的粉末;与化学置换法制备的复合粉末相比,两者的烧结性能接近,烧结体的径向压溃强度分别为308 MPa、306 MPa,开孔率分别为19.8%、19.6%。在铜铁复合粉末界面处引入微量金属元素,发现Ni、Cr、Ti元素对复合粉末性能影响较小,而随着Sn元素含量的增加,复合粉末的包覆效果得到改善,复合粉末烧结体的径向压溃强度明显增加,当Sn元素含量为2.0%时,烧结体的径向压溃强度为402 MPa,与未引入金属元素的烧结体的径向压溃强度(308 MPa)相比提高了30.52%。
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