粉末冶金燒結鋼用滲銅劑的成分與性能研究

粉末冶金燒結鋼用滲銅劑的成分與性能研究摘要

本文研究了粉末冶金燒結鋼用滲銅劑的成分與性能。首先介紹了粉末冶金燒結的工藝流程，闡述了滲銅劑在其中的作用及影響。接著分析了滲銅劑中不同成分對滲透性、抗氧化性和潤滑性等性能的影響，以及滲銅劑熱分解后生成物的種類及其對燒結鋼質量的影響。最后，結合實驗結果，提出了優(yōu)化滲銅劑成分的建議，以達到最佳性能。本文的研究，對于提高粉末冶金燒結鋼的質量和應用性能，具有一定的指導意義。

關鍵詞：粉末冶金燒結鋼、滲銅劑、成分、性能、優(yōu)化

Abstract

Thispaperstudiedthecompositionandpropertiesofcopperinfiltrationagentsforpowdermetallurgysinteredsteel.Firstly,theprocessofpowdermetallurgysinteringwasintroduced,andtheroleandinfluenceofcopperinfiltrationagentswereexplained.Then,theinfluenceofdifferentcomponentsinthecopperinfiltrationagentonpenetration,oxidationresistanceandlubricitywasanalyzed,aswellasthetypesofproductsgeneratedafterthermaldecompositionofthecopperinfiltrationagentandtheirinfluenceonthequalityofsinteredsteel.Finally,basedontheexperimentalresults,suggestionsforoptimizingthecompositionofcopperinfiltrationagentswereproposedtoachievethebestperformance.Theresearchinthispaperhascertainguidingsignificanceforimprovingthequalityandapplicationperformanceofpowdermetallurgysinteredsteel.

Keywords:Powdermetallurgysinteredsteel,copperinfiltrationagent,composition,performance,optimization

1.簡介

粉末冶金燒結是一種將金屬粉末和其他輔助物料通過混合、成型、燒結等多道工序制成的一種材料。其中，滲銅劑是粉末冶金燒結中必不可少的一種物料。滲銅劑能夠提高燒結鋼的密實度和機械性能，同時還能起到潤滑、抗氧化等作用。因此，滲銅劑的成分和性能對燒結鋼的質量和應用性能具有很大的影響。

本文主要研究了粉末冶金燒結鋼用滲銅劑的成分與性能。首先介紹了粉末冶金燒結的工藝流程，闡述了滲銅劑在其中的作用及影響。接著分析了滲銅劑中不同成分對滲透性、抗氧化性和潤滑性等性能的影響，以及滲銅劑熱分解后生成物的種類及其對燒結鋼質量的影響。最后，結合實驗結果，提出了優(yōu)化滲銅劑成分的建議，以達到最佳性能。

2.粉末冶金燒結工藝流程及滲銅劑作用

粉末冶金燒結工藝流程包括粉末的制備、混合、成型、燒結等多道工序。其中滲銅劑主要作用在燒結階段。

燒結是粉末冶金燒結的核心工藝之一。在燒結階段，金屬粉末在高溫環(huán)境下相互熔散和擴散，形成致密的結構。而滲銅劑則通過熱分解反應在金屬粉末表面或內(nèi)部形成液相銅，銅滲透到金屬粉末毛細孔、顆粒間空隙等處，在高溫下再次熔散并擴散，最終使得燒結鋼的致密程度得以提高。

此外，滲銅劑還能起到潤滑、抗氧化等作用。由于金屬粉末之間是干摩擦，會產(chǎn)生高溫和壓力，導致金屬粉末表面發(fā)生氧化反應，從而影響燒結鋼的質量。而滲銅劑中的一些添加劑，如石墨、無水硼酸等，可以起到潤滑和抗氧化的作用，從而減少表面氧化反應。

3.滲銅劑成分對性能的影響

滲銅劑的成分對其性能具有極大的影響。本文主要研究了滲銅劑中不同成分對滲透性、抗氧化性和潤滑性等性能的影響。

3.1滲透性

滲透性是滲銅劑最主要的性能之一。滲透性的大小與滲銅劑中液相銅的含量有關。在高溫下，滲銅劑中的銅熔化后，由于表面張力的作用，銅會沿著毛細孔或空隙向內(nèi)部滲透。銅的滲透過程是一個由滲透區(qū)域向滲透區(qū)域的擴散過程，擴散系數(shù)與銅的濃度、溫度、組織結構等因素有關。

滲透性和滲銅劑中的成分密切相關。其中，滲銅劑中銅含量的增加可以提高滲透性，但當銅含量達到一定值后，滲透性反而會降低。這是因為，當滲銅劑中銅含量過高時，液相銅內(nèi)部結構的變化會影響銅的擴散；此外，液相銅的表面張力增強會使銅更難滲透。

滲銅劑中的其他成分也會對滲透性產(chǎn)生影響。例如，添加石墨等潤滑劑可以減少滲透倍數(shù)，因為潤滑劑可以填充大孔隙，從而阻礙銅的擴散。無水硼酸等抗氧化劑也會對滲透性產(chǎn)生影響，因為抗氧化劑在高溫下會生成氣體，從而可以破壞液相銅在毛細孔和空隙中的張力平衡，影響液相銅的擴散。

3.2抗氧化性

在高溫下，滲銅劑中的銅容易與氧氣反應，產(chǎn)生銅氧化物，嚴重影響滲透性和燒結鋼的質量。因此，滲銅劑的抗氧化性顯得尤為重要。目前常用的抗氧化劑有無水硼酸、碳酸鈉、氧化鐵等。

無水硼酸是目前應用最廣泛的滲銅劑抗氧化劑之一。無水硼酸在燒結過程中分解，生成的氧化硼和硼酸對鹽酸和氫氧化物具有緩蝕和抑制作用，從而可以有效防止金屬表面氧化，促進滲透劑的滲透。但是，無水硼酸過多會增加滲透倍數(shù)，同時還會產(chǎn)生氣體氫氣，可能會破壞金屬顆粒、毛細孔和排放空隙導致燒結鋼質量降低。

碳酸鈉可以與金屬粉末表面形成一層堿式碳酸鹽膜，極大地減緩氧氣進入金屬表面的速度，起到抗氧化的作用。但是，碳酸鈉過多會降低燒結鋼的密實度和力學性能。

氧化鐵可以和滲銅劑中的銅反應生成鐵銅氧化物，起到抑制和分擔氧氣、浸潤毛細孔的作用。但是，氧化鐵的作用要受到溫度影響，過高過低的溫度都會影響抗氧化性。

3.3潤滑性

潤滑性也是滲銅劑的重要性能之一。在燒結過程中，金屬粉末之間的運動會產(chǎn)生高溫和壓力，容易發(fā)生焊接和摩擦現(xiàn)象，潤滑劑可以起到降低摩擦系數(shù)和承壓面的保護作用。

滲銅劑中常用的潤滑劑有石墨、鋰酸和硼酸等。石墨是一種天然的潤滑劑，可以降低摩擦系數(shù)，但過多加入會影響滲透性和燒結鋼的密實度。鋰酸和硼酸等也可以起到潤滑的作用，但其加入量不能過大，否則會影響滲透性。

4.滲銅劑熱分解產(chǎn)物的種類及其影響

滲銅劑在燒結過程中會發(fā)生熱分解反應，產(chǎn)生多種氣體和固體產(chǎn)物。其固體產(chǎn)物可以分為氧化物、硫酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽、氯化鈉、氫氧化物和金屬等。這些產(chǎn)物會影響滲透性、抗氧化性和潤滑性等性能。

在滲銅劑中加入過多的無水硼酸和潤滑劑等成分，會降低其滲透性和導致產(chǎn)率下降。另外，滲銅劑中氧化鐵等氧化物過多會降低其抗氧化性；硫酸鹽、碳酸鹽等會對金屬表面產(chǎn)生腐蝕作用，使?jié)B透劑的滲透性下降。

5.優(yōu)化滲銅劑成分的建議

基于以上分析，為了獲得最佳性能，在選擇滲銅劑成分時，應該考慮以下幾個因素：

（1）滲透性。滲銅劑中銅含量的增加可以提高其滲透性，但要控制其總含量，以免影響燒結鋼的密實度。同時可以搭配運用一定比例的其他金屬粉末，如鐵粉、鎳粉等，以提高滲透性。

（2）抗氧化性。滲銅劑中應控制氧化物含量，如氧化鐵等，以保證其抗氧化性。

（3）潤滑性。應選擇使用適量的潤滑劑，如石墨、鋰酸和硼酸，以降低金屬粉末之間的摩擦系數(shù)，提高潤滑性。

（4）熱分解產(chǎn)物。要控制滲銅劑中硫酸鹽、碳酸鹽等不利于滲透的固體產(chǎn)物的含量，同時控制無水硼酸和潤滑劑等成分的加入量。

（5）配方優(yōu)化。應確保滲銅劑中各成分比例的科學合理性，以達到最佳性能。

綜上所述，選擇合適的滲銅劑成分，優(yōu)化配方，可以提高滲透性、抗氧化性和潤滑性等性能，從而在燒結過程中取得更好的效果此外，還有以下需要注意的事項：

（1）滲銅劑中含有的金屬粉末應保持較細的顆粒度，以提高滲透性。同時，金屬粉末的清潔度也很重要，應盡量避免雜質的混入。

（2）在選用潤滑劑時，應盡量選用價格合理、穩(wěn)定性好、潤滑性能優(yōu)越的產(chǎn)品。潤滑劑的使用量應在一定范圍內(nèi)，過多或過少都會影響滲透效果。

（3）滲銅劑中的添加量也是需要進行合理控制的。過低的添加量會導致滲透效果不理想，過高則會影響鋼件的力學性能。

（4）滲銅劑的性能測試和品質控制也是不可忽視的環(huán)節(jié)。應制定相應的標準和檢測方法，保證滲銅劑的質量穩(wěn)定和性能可靠。

總的來說，滲銅劑在燒結工藝中扮演著重要角色，在提高鋼件性質、改善表面質量、降低成本等方面具有重要作用。針對不同的應用場景，應選擇合適的滲銅劑成分和配方，確保其性能穩(wěn)定可靠，從而得到最佳的燒結效果（5）在使用滲銅劑的過程中，應注意防止?jié)B透劑被濺入眼睛或口腔，如果不慎觸及皮膚，應立即用清水沖洗，并咨詢醫(yī)生處理。

（6）鋼件在使用滲銅劑時，應注意控制溫度和時間，避免出現(xiàn)過高或過低的溫度、過長或過短的滲透時間，這些因素都會影響滲透效果。

（7）鋼件經(jīng)過滲銅處理之后，要進行洗滌和干燥處理，確保表面沒有殘余的滲透劑和水分，以免影響后續(xù)的工藝和性能。

（8）滲透劑的處理應符合環(huán)保和安全要求，避免對環(huán)境和人體造成不良影響。

（9）燒結工藝中，滲銅劑的優(yōu)化和改進不斷推進，未來的發(fā)展方向將注重提高滲透速度和一次通過率、降低成本、改善鋼件表面質量等方面的研究。

綜上所述，滲銅劑在燒結工藝中具有重要的應用價值和發(fā)展前景。在實際應用中，需要注意滲透劑的選擇、添加量、潤滑劑的使用、溫度、時間、洗滌和干燥等一系列問題，從而確保燒結效果