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添加微量纳米铜粉对铁基粉末烧结件组织性能的影响

李光远

  粉末冶金材料和制品的烧结是当前新材料制备及加工的重要手段,是决定粉末冶金制品质量的关键技术环节之一。由于新材料制备及加工对烧结方法及工艺的要求日益严酷,相应的新技术也就不断出现。材料纳米技术在近十几年快速发展以来,纳米技术应用领域正在不断拓展和深化。基于纳米微粒子的小尺寸效应,和具有极高的表面活性和较低的熔点,将纳米材料引入粉末冶金技术中,已经成为一个重要的研究方向。 本文正是基于上述考虑,重点研究了在铁基粉末中添加少量纳米铜粉体对其制品烧结和力学性能的影响,系统地研究了少量纳米铜粉体材料在铁基粉末冶金中的作用。首先对粒径为50nm的纳米铜粉体材料压坯,在烧结过程中纳米微粒子的热稳定性进行了试验研究,结果是尽管单个纳米微粒子具有较低起始熔点477℃~490℃,但在烧结过程中随温度的提高和保温时间的延长,并随纳米粒子的长大,其熔点也不断提高。此过程的持续动力是表面自由能的降低。试验表明在900℃~960℃之间纳米铜微粒几乎全部熔解,烧结为大块的粗晶体材料。该结果首次为在铁基粉末中加入少量纳米铜粉体实现低温烧结(900℃-960℃之间)提供了可靠的试验数据。 在进一步试验研究中,将少量纳米铜粉体与铁基粉末共混,依赖纳米铜微粒子的表面活性,在烧结过程中铁颗粒边界上的纳米铜微粒子随温度的提高和保温时间的延长不断发生长大,其长大机制受控于熔解扩散机制。分布在铁基颗粒周围的纳米铜微粒子因长大形成润湿铁颗粒表面的“胞状”界面,有效地连接了铁基颗粒,加速了烧结过程中铁基颗粒之间的扩散传质过程。 试验表明添加1.5wt%纳米铜粉体的铁基粉末压坯可在960℃、1h条件下实现渗碳烧结,这比传统粉末冶金工艺首先在1120℃~1180℃之间高温烧结,然后再进行渗碳处理,可以直接免去高温烧结,利用渗碳烧结一次性完成烧结和渗碳,节省了大量的能耗,意义重大。……   
[关键词]:纳米铜粉体;铁基粉末;渗碳烧结;热稳定性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:长春工业大学2010年