无铜冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、平衡块和压缩机
阅读：693发布：2023-03-09
专利汇可以提供无铜冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、平衡块和压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及粉末 冶金 技术领域，公开了一种无 铜 冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、 平衡 块 和 压缩机 ，该方法包括以下步骤：(Ⅰ)将含有Fe、Mn和Cr的预 合金 粉末进行球磨，得到球磨粉末；(Ⅱ)将球磨粉末与活化剂和 润滑剂 混合，将得到的混合物成型，得到无铜冶金材料半成品；(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)中得到无铜冶金材料半成品进行 烧结 ，得到无铜冶金材料成品。该方法得到的无铜冶金材料具有生产成本低和 密度 高的特点，得到的无铜冶金材料可以作为平衡块，尤其适用于压缩机用平衡块。，下面是无铜冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、平衡块和压缩机专利的具体信息内容。
1.一种无铜冶金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(Ⅰ)将含有Fe、Mn和Cr的预合金粉末进行球磨，得到球磨粉末；
(Ⅱ)将球磨粉末与活化剂和润滑剂混合，将得到的混合物成型，得到无铜冶金材料半成品；
(Ⅲ)将步骤(Ⅱ)中得到无铜冶金材料半成品进行烧结，得到无铜冶金材料成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以预合金粉末的总重量为基准，所述预合金粉末含有以下成分：
Mn：12-25重量％；
Cr：0.5-3重量％；
C：0.5-1.2重量％；
Fe为余量；
其他杂质≤0.8重量％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预合金粉末的平均粒径为80-250μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述球磨的条件使所得球磨粉末的平均粒径为
30-65μm。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述球磨的条件包括：球料质量比为1:0.2-3，优选为1:0.2-1；球磨时间为0.5-4h，优选为0.5-2h。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述球磨的条件还包括：球的粒径为5-20mm，球的材质为钢球和/或鹅卵石。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100重量份的预合金粉末，所述活化剂的用量为0.5-5重量份，优选为1-3重量份，所述润滑剂的用量为0.2-3重量份，优选为0.8-1.8重量份。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成型的方式为压制成型，优选地，压制成型的压力为500-1500MPa，更优选为600-1200MPa。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述烧结的条件包括：烧结温度为1050-1300℃，优选为1100-1250℃；烧结时间为30-180min，优选为60-120min。
10.一种由权利要求1-9中任意一项所述的方法制备得到的无铜冶金材料。
11.一种平衡块，其特征在于，所述平衡块的材质为权利要求10所述的无铜冶金材料。
12.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包含权利要求11所述的平衡块。
无铜冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、平衡块和压缩机
技术领域
背景技术
[0002] 旋转式压缩机工作过程中，偏心曲轴绕电机主轴做高速偏心运动，因而需要在电机转子两端安装平衡块，来维持压缩机运转的动平衡。一般而言，平衡块最关注的是其重量、顺磁性及结构特点，平衡块的重量和质心位置通过设计计算用于均衡曲轴的偏心力矩，结构上则要求平衡块在高速旋转中风阻小。此外，平衡块要求无磁性或者具有弱磁性，如果带有磁性，转子在高速旋转中受磁力影响，会造成转动不平衡，从而影响电机效率，并且造成压缩机部品异常磨损，减短压缩机寿命。
[0003] 目前压缩机用平衡块制备方法主要有铸造和粉末冶金工艺，粉末冶金工艺相对于传统铸造方法具有材料利用率高、制造工艺简单和环境友好等诸多优点，因而已经广泛地应用在压缩机各零部件中。然而，粉末冶金平衡块要替换高锰钢平衡块，致密度是其最大的短板，密度低则意味着相同质量情况下需要增大体积，然而增大体积与小型化压缩机的发展背道而驰。因此，为了提高粉末冶金制品密度，一般需要加入10％或更高比例的铜来提高烧结的致密度。一方面，大量加入铜元素会导致材料成本升高，使得粉末冶金平衡块对于高锰钢铸铁平衡块整体价格优势减少甚至成本更贵。另一方面，由于加入了大量铜元素，而铁基粉末冶金材料烧结温度一般在1200℃左右，高于铜的熔点，所以烧结过程存在部分液相烧结，烧结后产品的尺寸稳定性较难控制，产品不良率也较高。
[0004] 从整体制造工艺方面来讲，现有粉末冶金平衡块的量产工艺主要包括混粉、压制和烧结几个步骤，传统的压制和烧结方法的改善已经难以较大幅度地提升烧结铁基材料的密度。
[0005] CN103834847A公开了一种高密度无磁平衡块的粉末冶金制备方法，其特征在于通过将Fe-Mn-C预合金与WC经高速压制、高温烧结实现；所述Fe-Mn-C预合金中，Mn的含量为12-16wt％、C的含量为0.1-0.5wt％，余量为Fe；所用Fe-Mn-C预合金与WC的质量比为92:8-
97:3。密度虽然可以达到与铸造高锰钢平衡块相当，然而其WC材料成本太高，相比于铸造高锰钢材料毫无优势。
97:3。密度虽然可以达到与铸造高锰钢平衡块相当，然而其WC材料成本太高，相比于铸造高锰钢材料毫无优势。
[0006] CN107034420A公开了一种无磁钢制品的制造方法，该方法包括如下步骤：生坯制备：采用Fe-Mn预合金粉为基粉，加入Fe-Mn预合金粉重量百分比的2-4％活化剂和0.3-0.6％石墨，再加入所述Fe-Mn预合金粉、活化剂、石墨总重量0.5-1.2％的粘结剂，混合后压制成型，得生坯；所述活化剂包括FeB中间合金粉，所述FeB中间合金粉中B的重量百分比为
15-25％；所述Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn15-19％、C0.6-1.2％、Si0.7-
1.0％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.2％、Sn≤0.2％，余量为Fe；烧结：将所述生坯进行烧
3
结，得所述无磁钢制品。得到的无磁钢密度达到6.9-7.1g/cm ，但是其密度还达不到压缩机用平衡块的要求。
15-25％；所述Fe-Mn预合金粉包括如下重量百分比的成分：Mn15-19％、C0.6-1.2％、Si0.7-
1.0％、S≤0.05％、P≤0.09％、Pb≤0.2％、Sn≤0.2％，余量为Fe；烧结：将所述生坯进行烧
3
结，得所述无磁钢制品。得到的无磁钢密度达到6.9-7.1g/cm ，但是其密度还达不到压缩机用平衡块的要求。
[0007] 因此，本领域亟需解决在降低冶金材料生产成本情况下，提高冶金材料密度的问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的冶金材料的制备成本高和密度低无法达到压缩机用平衡块的要求的问题，提供了一种无铜冶金材料的制备方法及无铜冶金材料、平衡块和压缩机，该方法得到的无铜冶金材料具有生产成本低和密度高的特点，得到的无铜冶金材料可以作为平衡块，尤其适用于压缩机用平衡块。
[0009] 为了实现上述目的，本发明一方面提供一种无铜冶金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0010] (Ⅰ)将含有Fe、Mn和Cr的预合金粉末进行球磨，得到球磨粉末；
[0011] (Ⅱ)将球磨粉末与活化剂和润滑剂混合，将得到的混合物成型，得到无铜冶金材料半成品；
[0012] (Ⅲ)将步骤(Ⅱ)中得到无铜冶金材料半成品进行烧结，得到无铜冶金材料成品。
[0013] 本发明第二方面提供一种由上述方法制备得到的无铜冶金材料。
[0014] 本发明的第三方面提供一种平衡块，所述平衡块的材质为上述的无铜冶金材料。
[0015] 本发明的第四方面提供一种压缩机，所述压缩机包括上述平衡块。
[0016] 通过上述技术方案，本发明得到的无铜冶金材料具有低成本、无磁性或弱磁性、高强度和高密度的特点，可作为平衡块使用，尤其可适用于压缩机用平衡块，在降低成本的情况下满足压缩机用平衡块的性能要求。
具体实施方式
[0017] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0018] 本发明第一方面提供一种无铜冶金材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0019] (Ⅰ)将含有Fe、Mn和Cr的预合金粉末进行球磨，得到球磨粉末；
[0020] (Ⅱ)将球磨粉末与活化剂和润滑剂混合，将得到的混合物成型，得到无铜冶金材料半成品；
[0021] (Ⅲ)将步骤(Ⅱ)中得到无铜冶金材料半成品进行烧结，得到无铜冶金材料成品。
[0022] 本发明中，对所述预合金粉末的来源没有具体限定，可以通过商购获得，也可以由含有Fe、Mn和Cr的原料经熔炼、水雾化制备而成，优选地情况下，所述预合金粉末可以由锰铁矿、铬铁矿及A3钢经熔炼、水雾化制备而成。
[0023] 本发明中，对所述熔炼的条件没有具体限定，例如：所述锰铁矿、铬铁矿及A3钢的熔炼投料比可以为1：(0.5-2)：(0.8-1.5)，熔炼温度可以为1400-1700℃。
[0024] 本发明中，在对所述锰铁矿、铬铁矿及A3钢熔炼后得到的金液进行水雾化之前，金液还需经过50-80℃的过热处理，对所述水雾化的条件也没有具体限定，例如，可以在高压水雾化装置中进行，在高压水(压力为50-70MPa)的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入装置中的冷却液中，迅速凝固成预合金粉末。
[0025] 本发明中，以预合金粉末的总重量为基准，所述预合金粉末可以含有以下成分：
[0026] Mn：12-25重量％；
[0027] Cr：0.5-3重量％；
[0028] C：0.5-1.2重量％；
[0029] Fe：为余量；
[0030] 所述预合金粉末中，不可避免的杂质≤0.8重量％。
[0031] 本发明中，如上所述，预合金粉末的原料来源可以为锰铁矿、铬铁矿及A3钢经熔炼、水雾化制备而成，锰铁矿、铬铁矿及A3钢中通常具有不可避免的杂质，例如，S、P、Si。根据本发明的优选地实施方式，预合金粉末中S的含量可以为≤0.05重量％(通常≥0.05重量％)，P的含量可以为≤0.05重量％(通常≥0.05重量％)，Si的含量可以为≤0.5重量％(通常≥0.5重量％)，在本发明中，所述Mn、Cr、C、Fe、S、P、Si的含量通过光谱仪/碳硫分析仪方法测定。
[0032] 本发明中，所述A3钢可以为GB/T 700-2006中的A、B、C和D四种等级中的至少一种。
[0033] 本发明中，所述预合金粉末的平均粒径可以为80-250μm，优选为80-150μm。
[0034] 本发明中，将得到的预合金粉末先进行球磨处理，使得预合金粉末的粒径变得更小，有助于提高单位体积内的质量即密度，并改善其力学性能。只要对预合金粉末进行球磨即可实现本发明的目的，但优选情况下，所述球磨的条件使所得球磨粉末的平均粒径为30-65μm。
[0035] 本发明中，所述球磨的条件可以包括：球料质量比为1:0.2-3，优选为1:0.2-1；球磨时间为0.5-4h，优选为0.5-2h。
[0036] 本发明中，所述球磨的条件还可以包括：球的平均粒径为：5-20mm，球的材质为钢球和/或鹅卵石。
[0038] 本发明中，对活化剂和润滑剂的用量没有特别的要求，相对于100重量份的预合金粉末，所述活化剂的用量可以为0.5-5重量份，优选为1-3重量份，所述润滑剂的用量可以为0.2-3重量份，优选为0.8-1.8重量份。
[0039] 本发明中，对所述活化剂的种类没有具体限定，例如，所述活化剂可以为FeB。
[0040] 本发明中，对所述润滑剂的种类没有具体限定，例如，所述润滑剂可以为烃类、脂肪酸类、脂肪酸酰胺类、酯类、醇类和金属皂类中的至少一种，优选为烃类、金属皂类和烃类与金属皂类中的至少一种，更优选为液体石蜡、石蜡基蜡粉和硬脂酸锌中的至少一种。
[0041] 本发明中，将所述活化剂和润滑剂与预合金粉末混合后，进行成型，所述成型的方式可以为压制成型，优选地，压制成型的压力为500-1500MPa，更优选为600-1200MPa。
[0042] 本发明中，对所述烧结的条件没有具体限定，例如，所述烧结的条件可以包括：烧结温度为1050-1300℃，优选为1100-1250℃；烧结时间为30-180min，优选为60-120min。
[0043] 本发明第二方面提供一种由上述方法制备得到的无铜冶金材料。
[0044] 本发明中，所述无铜冶金材料的密度≥7.2g/cm3；所述无铜冶金材料的抗拉强度≥400MPa；所述无铜冶金材料的磁感应强度≤0.15mT，为无磁或弱磁性；所述无铜冶金材料的伸长率≥5％。
[0045] 本发明第三方面提供一种平衡块，所述平衡块的材质为上述无铜冶金材料。
[0046] 本发明第四方面提供一种压缩机，所述压缩机包含如上所述的平衡块。
[0047] 本发明中，所述无铜冶金材料可作为平衡块使用，尤其可适用于压缩机用平衡块，能够满足压缩机用平衡块的性能要求。
[0048] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0049] 以下实施例中，抗拉强度参数通过《GB/T 10423-2002烧结金属摩擦材料抗拉强度的测定》方法测得；
[0050] 密度参数通过阿基米德排水法测得；
[0051] 伸长率参数通过《GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法》测得；
[0052] 磁感应强度参数通过高斯计测得；
[0053] 预合金粉末购自梅州梅新粉末冶金有限公司的市售品。
[0054] 实施例1
[0055] 1)将1000g，平均粒径为150μm的预合金粉末(成分如表1所示)在钢球(平均粒径为10mm)中进行球磨，球料质量比为1:1，得到球磨粉末(平均粒径为50μm)，球磨时间为1h；
[0056] 2)将步骤1)中得到的球磨粉末与10g活化剂FeB和16g的润滑剂硬脂酸锌混合，再将得到的混合物在900MPa的压力下进行压制成型，得到无铜冶金材料半成品；
[0057] 3)将步骤2)中得到的无铜冶金材料半成品在1200℃进行烧结70min，得到无铜冶金材料成品；
[0058] 4)对所得无铜冶金材料成品的各项性能进行测定，结果如表1所示。
[0059] 实施例2
[0060] 1)将1000g，平均粒径为80μm的预合金粉末(成分如表1所示)在钢球(平均粒径为8mm)中进行球磨，球料质量比为1:0.2，得到球磨粉末(平均粒径为35μm)，球磨时间为0.5h；
[0061] 2)将步骤1)中得到的球磨粉末与30g活化剂FeB和10g的润滑剂硬脂酸锌混合，再将得到的混合物在1200MPa的压力下进行压制成型，得到无铜冶金材料半成品；
[0062] 3)将步骤2)中得到的无铜冶金材料半成品在1150℃进行烧结110min，得到无铜冶金材料成品；
[0063] 4)对所得无铜冶金材料成品的各项性能进行测定，结果如表1所示。
[0064] 实施例3
[0065] 1)将1000g，平均粒径为120μm的预合金粉末(成分如表1所示)在鹅卵石球(平均粒径为18mm)中进行球磨，球料质量比为1:0.5，得到球磨粉末(平均粒径为45μm)，球磨时间为2h；
[0066] 2)将步骤1)中得到的球磨粉末与20g活化剂FeB和13g的润滑剂硬脂酸锌混合，再将得到的混合物在600MPa的压力下进行压制成型，得到无铜冶金材料半成品；
[0067] 3)将步骤2)中得到的无铜冶金材料半成品在1250℃进行烧结90min，得到无铜冶金材料成品；
[0068] 4)对所得无铜冶金材料成品的各项性能进行测定，结果如表1所示。
[0069] 实施例4
[0070] 按照实施例1的方法制备无铜冶金材料，不同的是，球料质量比为1:3，所得球磨粉末的平均粒径为60μm。结果如表1所示。
[0071] 实施例5
[0072] 按照实施例1的方法制备无铜冶金材料，不同的是，球磨时间为10min，所得球磨粉末的平均粒径为80μm。结果如表1所示。
[0073] 对比例1
[0074] 按照实施例1的方法制备冶金材料，不同的是，预合金粉末中含有14重量％的铜粉，不含有Cr，预合金的成分和测定的性能结果如表1所示。
[0075] 对比例2
[0076] 按照实施例1的方法制备无铜冶金材料，不同的是，预合金粉末不进行球磨处理。结果如表1所示。
[0077] 表1
[0078]
[0079] 通过表1的结果可以看出，采用本发明制备无铜冶金材料的制备方法，得到的无铜冶金材料具有良好的力学性能，不含铜成本低，且密度可以达到7.2g/cm3以上，磁性表现为弱磁或无磁，能够满足压缩机用平衡块的性能需求。
[0080] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
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