粉末冶金烧结钢用渗铜剂的成分与性能研究

粉末冶金烧结钢用渗铜剂的成分与性能研究摘要

本文研究了粉末冶金烧结钢用渗铜剂的成分与性能。首先介绍了粉末冶金烧结的工艺流程，阐述了渗铜剂在其中的作用及影响。接着分析了渗铜剂中不同成分对渗透性、抗氧化性和润滑性等性能的影响，以及渗铜剂热分解后生成物的种类及其对烧结钢质量的影响。最后，结合实验结果，提出了优化渗铜剂成分的建议，以达到最佳性能。本文的研究，对于提高粉末冶金烧结钢的质量和应用性能，具有一定的指导意义。

关键词：粉末冶金烧结钢、渗铜剂、成分、性能、优化

Abstract

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

Keywords:Powdermetallurgysinteredsteel,copperinfiltrationagent,composition,performance,optimization

1.简介

粉末冶金烧结是一种将金属粉末和其他辅助物料通过混合、成型、烧结等多道工序制成的一种材料。其中，渗铜剂是粉末冶金烧结中必不可少的一种物料。渗铜剂能够提高烧结钢的密实度和机械性能，同时还能起到润滑、抗氧化等作用。因此，渗铜剂的成分和性能对烧结钢的质量和应用性能具有很大的影响。

本文主要研究了粉末冶金烧结钢用渗铜剂的成分与性能。首先介绍了粉末冶金烧结的工艺流程，阐述了渗铜剂在其中的作用及影响。接着分析了渗铜剂中不同成分对渗透性、抗氧化性和润滑性等性能的影响，以及渗铜剂热分解后生成物的种类及其对烧结钢质量的影响。最后，结合实验结果，提出了优化渗铜剂成分的建议，以达到最佳性能。

2.粉末冶金烧结工艺流程及渗铜剂作用

粉末冶金烧结工艺流程包括粉末的制备、混合、成型、烧结等多道工序。其中渗铜剂主要作用在烧结阶段。

烧结是粉末冶金烧结的核心工艺之一。在烧结阶段，金属粉末在高温环境下相互熔散和扩散，形成致密的结构。而渗铜剂则通过热分解反应在金属粉末表面或内部形成液相铜，铜渗透到金属粉末毛细孔、颗粒间空隙等处，在高温下再次熔散并扩散，最终使得烧结钢的致密程度得以提高。

此外，渗铜剂还能起到润滑、抗氧化等作用。由于金属粉末之间是干摩擦，会产生高温和压力，导致金属粉末表面发生氧化反应，从而影响烧结钢的质量。而渗铜剂中的一些添加剂，如石墨、无水硼酸等，可以起到润滑和抗氧化的作用，从而减少表面氧化反应。

3.渗铜剂成分对性能的影响

渗铜剂的成分对其性能具有极大的影响。本文主要研究了渗铜剂中不同成分对渗透性、抗氧化性和润滑性等性能的影响。

3.1渗透性

渗透性是渗铜剂最主要的性能之一。渗透性的大小与渗铜剂中液相铜的含量有关。在高温下，渗铜剂中的铜熔化后，由于表面张力的作用，铜会沿着毛细孔或空隙向内部渗透。铜的渗透过程是一个由渗透区域向渗透区域的扩散过程，扩散系数与铜的浓度、温度、组织结构等因素有关。

渗透性和渗铜剂中的成分密切相关。其中，渗铜剂中铜含量的增加可以提高渗透性，但当铜含量达到一定值后，渗透性反而会降低。这是因为，当渗铜剂中铜含量过高时，液相铜内部结构的变化会影响铜的扩散；此外，液相铜的表面张力增强会使铜更难渗透。

渗铜剂中的其他成分也会对渗透性产生影响。例如，添加石墨等润滑剂可以减少渗透倍数，因为润滑剂可以填充大孔隙，从而阻碍铜的扩散。无水硼酸等抗氧化剂也会对渗透性产生影响，因为抗氧化剂在高温下会生成气体，从而可以破坏液相铜在毛细孔和空隙中的张力平衡，影响液相铜的扩散。

3.2抗氧化性

在高温下，渗铜剂中的铜容易与氧气反应，产生铜氧化物，严重影响渗透性和烧结钢的质量。因此，渗铜剂的抗氧化性显得尤为重要。目前常用的抗氧化剂有无水硼酸、碳酸钠、氧化铁等。

无水硼酸是目前应用最广泛的渗铜剂抗氧化剂之一。无水硼酸在烧结过程中分解，生成的氧化硼和硼酸对盐酸和氢氧化物具有缓蚀和抑制作用，从而可以有效防止金属表面氧化，促进渗透剂的渗透。但是，无水硼酸过多会增加渗透倍数，同时还会产生气体氢气，可能会破坏金属颗粒、毛细孔和排放空隙导致烧结钢质量降低。

碳酸钠可以与金属粉末表面形成一层碱式碳酸盐膜，极大地减缓氧气进入金属表面的速度，起到抗氧化的作用。但是，碳酸钠过多会降低烧结钢的密实度和力学性能。

氧化铁可以和渗铜剂中的铜反应生成铁铜氧化物，起到抑制和分担氧气、浸润毛细孔的作用。但是，氧化铁的作用要受到温度影响，过高过低的温度都会影响抗氧化性。

3.3润滑性

润滑性也是渗铜剂的重要性能之一。在烧结过程中，金属粉末之间的运动会产生高温和压力，容易发生焊接和摩擦现象，润滑剂可以起到降低摩擦系数和承压面的保护作用。

渗铜剂中常用的润滑剂有石墨、锂酸和硼酸等。石墨是一种天然的润滑剂，可以降低摩擦系数，但过多加入会影响渗透性和烧结钢的密实度。锂酸和硼酸等也可以起到润滑的作用，但其加入量不能过大，否则会影响渗透性。

4.渗铜剂热分解产物的种类及其影响

渗铜剂在烧结过程中会发生热分解反应，产生多种气体和固体产物。其固体产物可以分为氧化物、硫酸盐、硼酸盐、碳酸盐、氯化钠、氢氧化物和金属等。这些产物会影响渗透性、抗氧化性和润滑性等性能。

在渗铜剂中加入过多的无水硼酸和润滑剂等成分，会降低其渗透性和导致产率下降。另外，渗铜剂中氧化铁等氧化物过多会降低其抗氧化性；硫酸盐、碳酸盐等会对金属表面产生腐蚀作用，使渗透剂的渗透性下降。

5.优化渗铜剂成分的建议

基于以上分析，为了获得最佳性能，在选择渗铜剂成分时，应该考虑以下几个因素：

（1）渗透性。渗铜剂中铜含量的增加可以提高其渗透性，但要控制其总含量，以免影响烧结钢的密实度。同时可以搭配运用一定比例的其他金属粉末，如铁粉、镍粉等，以提高渗透性。

（2）抗氧化性。渗铜剂中应控制氧化物含量，如氧化铁等，以保证其抗氧化性。

（3）润滑性。应选择使用适量的润滑剂，如石墨、锂酸和硼酸，以降低金属粉末之间的摩擦系数，提高润滑性。

（4）热分解产物。要控制渗铜剂中硫酸盐、碳酸盐等不利于渗透的固体产物的含量，同时控制无水硼酸和润滑剂等成分的加入量。

（5）配方优化。应确保渗铜剂中各成分比例的科学合理性，以达到最佳性能。

综上所述，选择合适的渗铜剂成分，优化配方，可以提高渗透性、抗氧化性和润滑性等性能，从而在烧结过程中取得更好的效果此外，还有以下需要注意的事项：

（1）渗铜剂中含有的金属粉末应保持较细的颗粒度，以提高渗透性。同时，金属粉末的清洁度也很重要，应尽量避免杂质的混入。

（2）在选用润滑剂时，应尽量选用价格合理、稳定性好、润滑性能优越的产品。润滑剂的使用量应在一定范围内，过多或过少都会影响渗透效果。

（3）渗铜剂中的添加量也是需要进行合理控制的。过低的添加量会导致渗透效果不理想，过高则会影响钢件的力学性能。

（4）渗铜剂的性能测试和品质控制也是不可忽视的环节。应制定相应的标准和检测方法，保证渗铜剂的质量稳定和性能可靠。

总的来说，渗铜剂在烧结工艺中扮演着重要角色，在提高钢件性质、改善表面质量、降低成本等方面具有重要作用。针对不同的应用场景，应选择合适的渗铜剂成分和配方，确保其性能稳定可靠，从而得到最佳的烧结效果（5）在使用渗铜剂的过程中，应注意防止渗透剂被溅入眼睛或口腔，如果不慎触及皮肤，应立即用清水冲洗，并咨询医生处理。

（6）钢件在使用渗铜剂时，应注意控制温度和时间，避免出现过高或过低的温度、过长或过短的渗透时间，这些因素都会影响渗透效果。

（7）钢件经过渗铜处理之后，要进行洗涤和干燥处理，确保表面没有残余的渗透剂和水分，以免影响后续的工艺和性能。

（8）渗透剂的处理应符合环保和安全要求，避免对环境和人体造成不良影响。

（9）烧结工艺中，渗铜剂的优化和改进不断推进，未来的发展方向将注重提高渗透速度和一次通过率、降低成本、改善钢件表面质量等方面的研究。

综上所述，渗铜剂在烧结工艺中具有重要的应用价值和发展前景。在实际应用中，需要注意渗透剂的选择、添加量、润滑剂的使用、温度、时间、洗涤和干燥等一系列问题，从而确保烧结效果