[go: up one dir, main page]

TWI394851B - 以銅為基的合金及其滲透粉末金屬部件的用途 - Google Patents

以銅為基的合金及其滲透粉末金屬部件的用途 Download PDF

Info

Publication number
TWI394851B
TWI394851B TW095104320A TW95104320A TWI394851B TW I394851 B TWI394851 B TW I394851B TW 095104320 A TW095104320 A TW 095104320A TW 95104320 A TW95104320 A TW 95104320A TW I394851 B TWI394851 B TW I394851B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
powder metal
alloy
copper
weight
metal part
Prior art date
Application number
TW095104320A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200700568A (en
Inventor
雷維斯特 保羅Ａ.
Original Assignee
Llc2控股有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Llc2控股有限公司 filed Critical Llc2控股有限公司
Publication of TW200700568A publication Critical patent/TW200700568A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI394851B publication Critical patent/TWI394851B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26—Impregnating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0475—Impregnated alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0242—Making ferrous alloys by powder metallurgy using the impregnating technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

以銅為基的合金及其滲透粉末金屬部件的用途 相關申請案的對照參考
本申請案對2005年2月11日提出申請之美國臨時專利申請案第60/652,333號主張優先權，且該臨時專利申請案在此係以引用的方式納入本文中。
所揭示者為用於滲透粉末金屬部件的鍛造型式銅合金，用於製備銅合金的方法與其鍛造型式，將其滲入粉末金屬部件的方法，以及使用具有均勻銅分佈並具有高橫向破裂強度、拉伸強度與降伏強度的新穎合金滲透該滲透金屬部件。
 背景
本揭示係有關金屬合金的製造與使用，並且特指將金屬合金使用於滲透粉末金屬部件。藉由壓合與燒結製程便可以經濟的方式而使用金屬粉末形成各種複雜形狀的金屬元件或壓坯。使用本方法便可以最低或無須機械加工的方式提供幾近網狀的粉末金屬部件(亦即，最終希冀尺寸及形狀)。然而，所形成的粉末金屬部件係鬆弛地固著在一起，而具有相當低的衝擊與疲勞強度。這些性質可使用滲透劑滲透部件而獲得改善，其中該滲透劑通常為可含有諸如潤滑劑與石墨之視需要而選用的成分的銅基粉末。在燒結製程期間，滲透劑粉末會滲入粉末金屬部件的多孔性結構。該滲透劑粉末通常為銅與一種或多種其他金屬的混合物。
銅基滲透劑的滲透製程通常始於將該銅基粉末滲透劑接觸於經壓合和/或經燒結的粉末金屬部件，並將其進行使銅基粉末熔解的加熱製程。當滲透劑粉末熔解時，熔融材料會流入壓坯的孔隙中。滲透劑成分可熔解，並以不同速率擴散進入壓坯。因此，整個滲透粉末金屬部件的銅分佈可能有所差異。具有不均勻銅分佈的滲透物件在受力時較易於斷裂。
滲透劑的供應商或使用者通常會將滲透劑粉末壓合成諸如中空圓柱、磚狀或丸狀的特定形狀，以使其易於處理、運送和/或儲存，以及使接觸滲透物件的表面積最大化。在這些不同的形式中，經壓合的滲透劑壓坯可輸送並使用於各種滲透製程中。然而，這些經壓合的滲透劑壓坯在運送與處理期間易於碎裂與破裂。該破裂會增加廢料及處理成本，以及處理所形成之滲透劑微粒或灰塵而導致的環境成本(這些微粒或灰塵可能懸浮於空氣中或最後落於工件表面)。工作人員必須避免吸入該灰塵，所以將其移離工作場所為必要的。因此，鑑於此，經改質的滲透劑及將其摻入粉末金屬部件的方法為必要的。該經改質的滲透劑及其使用方法應避免具有前揭滲透粉末的缺點。特別地是，該經改質的滲透劑不應易於破裂及粉化，在滲透於粉末金屬壓坯中時應於窄小的溫度範圍內熔解，提供均勻的銅含量，以及提供足夠的強度於經滲透的物件。本揭示提供這些需求。
 概要
本揭示的一觀點在於提供一種用於以鍛造型式金屬合金滲透粉末金屬部件的方法。該方法包含選擇粉末金屬部件，選擇適用於接觸粉末金屬部件表面部位之鍛造型式的金屬合金，以該合金接觸金屬部件表面，以及加熱該合金至足以使合金熔解並滲透粉末金屬部件的溫度。
諸多粉末金屬部件皆適用於以新穎合金進行滲透(假設粉末金屬部件之成分的熔解溫度高於合金)。除習用的鐵基粉末金屬部件外，粉末金屬部件亦可以包含不銹鋼、鎳基合金、鈷基合金及耐火金屬系統的諸多其他材料為基底(但並非僅限於此)。術語“粉末金屬部件”希冀廣泛涵蓋可以銅基合金滲透而形成更緻密之金屬部件的任一粉末金屬部件。
在一具體實例中，金屬合金包含銅、鐵及視需要而選用的錳與鋅，其中銅為主成分。在一較佳的具體實例中，銅基合金包含至少約85重量%的銅、約0.5至約3.5重量%的鐵、約0.5至約5.5重量%的錳及約0.5至約5.5重量%的鋅。銅基合金可包含未影響加工參數和/或最終滲透製品性質之少量的各種雜質或夾雜元素。
本揭示的滲透製程可包含：以鍛造型式的合金滲透劑接觸於粉末金屬部件；將組合元件進行熱處理，其係使用單一步驟或雙階段製程；以及將熱滲透部件進行冷卻循環而固化滲透劑。在熱處理期間，合金加熱至足夠高的溫度，以形成流入粉末金屬部件孔隙的熔融合金。相較於以其他熟知製程及其他熟知滲透劑所滲透的部件，該製程提供在較低滲透水平下具有較大耐磨性與高強度的滲透粉末金屬部件。該製程可於諸多大氣條件下進行，諸如真空或部分真空，或可含有氮氣和/或氫氣的高還原性氣氛，或吸熱氣氛。
在本揭示的另一個觀點中，相較於使用熟知滲透方法所滲透的金屬部件，根據本揭示之方法所製備的滲透金屬部件具有均勻的銅分佈及較佳的機械性質，諸如較高的橫向破裂強度、較高的拉伸強度及較高的降伏強度(但非僅限於此)。應特別強調地是，該較高強度在較低滲透水平下完成。
本揭示的又另一個觀點包含用於製備具有三維型式之滲透合金的方法。該方法包含：形成含有至少約85重量%銅、約0.5至約3.5重量%鐵、約0.5至約5.5重量%錳及約0.5至約5.5重量%鋅的混合物；將該混合物加熱至足以形成均質熔融物質的溫度；將該熔融物質轉化成三維型式並藉由冷卻而固化該所形成的熔融物質。本揭示之進一步的目的、具體實例、型式、利益、觀點、特徵及優點可由在此提供的說明、圖式及申請專利範圍而獲得。
 詳細說明
本揭示係有關鍛造型金屬合金、製備該合金的方法、以該金屬合金滲透粉末金屬部件的方法，以及以新穎製程製作的滲透金屬部件。該新穎金屬合金為銅基；而除了銅以外，通常包含鐵、鋅與錳，且該合金係以銅為主體。為滲透粉末金屬部件或壓坯，該銅基合金係接觸於部件，且部件與合金的組合係進行熱處理而使合金熔解，以便所有熔融合金皆流入部件孔隙中。在冷卻時，滲透部件中的合金會固化，而於整個粉末金屬部件提供均勻的銅分佈。
在一特定的具體實例中，銅基合金的名目組成物為約0.5%至約3.5%的鐵、約0.5%至約5.5%的錳及約0.5%至約5.5%的鋅，其餘(除夾雜元素外)為銅。較佳的銅基合金通常包含至少85%的銅。適當的合金可容忍包含(但並非僅限於此)鎳、錫、矽、磷、鉛及鋁的多種夾雜元素，各夾雜元素通常具有小於約0.01重量%的數量，其對於滲透製程或所形成的滲透部件並無劣化效果。改變合金元素的相對數量便可使所製備的合金具有適用於滲透製程的熔點(通常為950至1150℃)，因而使其適用於多種滲透製程。
具有適用於本揭示之型式的滲透劑可以多種方法製備。在一具體實例中，合金元素係經組合並加熱至足以形成均質熔融物質的溫度，其次再鑄造或成形該均質熔融物質而形成坯料。可擠製或滾軋所形成的坯料，以提供包含棒材、管材、片材或類似物的鍛造型式。擠製合金亦可切割成片段，或藉由標準抽拉法進一步加工成可撓性線材。鍛造型式的新穎合金具有均勻組成物，並可以有助於滲透製程使用的多種型式和/或形狀提供或保形。在一具體實例中，為有效率地進行處理，銅基滲透劑係以可盤捲在線軸上的抽拉線材型式提供。可移除適量的線材片段，並符合適用於特定滲透製程的形狀。第1圖表示適於在滲透前符合粉末金屬部件1表面形狀的線材20片段。在包含大量具有已知尺寸與形狀之部件的滲透的滲透製程中，可以包含碟狀、墊圈狀、圓片狀、片材、環狀及適用於特定應用之其他形狀的型式提供該合金。第2,3,4圖分別表示環狀或墊圈狀21、碟狀22及圓片狀23，其分別適用於符合粉末金屬部件2,3,4的形狀。如所示，各該鍛造型式的墊圈或碟狀可訂製成適用於滲透部件的尺寸，而線材或圓片型式的合金材料可於滲透製程前的任一時間製成希冀尺寸並符合希冀形狀。
雖然適用於滲透的粉末金屬部件可由多種金屬粉末製備，但是其通常使用鐵基金屬部件。該粉末金屬部件(稱為生坯部件)通常以熟知的壓合或成形技術進行製備，並可進行燒結或未燒結。其次，該合金滲透劑通常會接觸於粉末金屬部件。其次，將該結合元件進行熱處理。雖然粉末金屬部件通常係與固態滲透劑接觸，但是其亦可與熔融滲透劑接觸。例如，在加熱製程期間將滲透劑保持在粉末金屬部件上方便可延遲滲透劑接觸，並使滲透劑接觸侷限於與加熱製程期間所形成的熔融滲透劑接觸。依據滲透劑的尺寸與形狀而定，有多種方式可將滲透劑合金保持在粉末金屬部件上方。該熱處理可隨視需要而選用之冷卻循環而具有一個或多個步驟。較佳方式係該熱處理在還原氣氛和/或部分真空下完成。
在一形式中，該製程包含將粉末金屬部件與合金滲透劑接觸。其次，將組合部件進行單步驟熱處理，該熱處理包含在溫度約950℃(1750℉)至約1150℃(2100℉)之還原性氣氛的爐體中逐漸加熱組合部件與合金滲透劑。在足以使熔融合金滲入生坯粉末金屬部件孔隙的時間內進行組合部件的熱處理。在某些具體實例中，該時間可為約2分鐘至約90分鐘。可以希冀的方式調整滲透劑數量、製程溫度和/或時間，以提供整個粉末金屬部件皆有均勻滲透劑密度的部件。
對於雙步驟熱處理而言，粉末金屬部件首先進行高溫燒結製程處理。該高溫製程係於約950℃(1750℉)至約1150℃(2100℉)的溫度範圍下，將粉末金屬部件進行約5分鐘至約40分鐘的處理。其次，可在不同條件下藉由相同的爐體回收粉末金屬部件與滲透劑合金，或直接輸送至第二個爐體。第二道熱處理可包含燒結該組合部件。該製程可於約950℃(1750℉)至約1150℃(2100℉)的溫度下，進行約5分鐘至約90分鐘。在一特定的具體實例中，第一與第二步驟的熱處理係於還原氣氛和/或部分真空下進行。在部件進行該滲透處理後，接著在冷卻循環中將經滲透的金屬部件冷卻。
本揭示的滲透劑和滲透製程提供特殊的優點。例如，由成分混合物所組成的銅基粉末滲透劑易於發生微粒偏析，此將造成試樣間的組成物差異。此外，不同的粉末成分可能以不同速率和/或在不同溫度下熔解及滲透。不像銅基粉末滲透劑，鍛造滲透劑具有均勻組成物，而使試樣間的組成物保持固定。此外，鍛造合金會均勻地熔解與滲透。此外，較佳製程可於無須滲透劑潤滑劑(諸如，金屬硬脂酸或合成蠟)的情況下進行，更得以在必要時將粉末金屬部件的滲透劑緻密化(亦即，接近100%的滲透密度)。熟諳本技藝者應瞭解地是可改良該製程而製造具有希冀滲透劑密度範圍(諸如85%至99%間的密度)的滲透粉末金屬部件或壓坯。
本滲透製程可提供因該滲透製程所造成之形狀改變極為微小的滲透物件，惟其基本上係經100%的滲透，亦即大於98%的滲透密度。或者，藉由改變條件(諸如，溫度範圍、熱處理時間和/或滲透劑中的銅量)便可提供不同程度的滲透密度於粉末金屬部件中。因此，在明智地選擇製程條件及銅基合金滲透劑數量下，可提供具有約85%至約98%滲透密度且緻密的最終滲透金屬部件。依據粉末金屬部件的孔隙率而定，使用本揭示的銅基合金滲透劑可使粉末金屬物件的重量增加約8重量%至約20重量%的數量。因為合金的鋅成分較其他成分更具揮發性，所以依滲透條件而定，經本揭示銅合金滲透的經滲透粉末金屬部件可於未影響金屬部件性質的情況下而包含低水平的鋅。
本揭示的製程可提供具有極高滲透效率及產能的滲透材料，以免除有關滲透製程的二次作業。高滲透效率可降低滲透劑材料的損失量，降低加工成本及將EPA/OSHA相關的清潔成本降至最低。再者，本申請人的方法係使用無須修整壓坯且易於處理的滲透劑，生產具有高密度的滲透物件，通常無由滲透劑所產生的腐蝕與殘留物，並通常具有極佳性質。該極佳性質通常包含諸如：(1)通常為均勻的銅分佈，(2)高橫向破裂強度，(3)高拉伸強度，(4)高降伏強度，以及(5)高強度係數。
該強度係數係由特定強度除以滲透物件密度而得。例如，橫向破裂強度(TRS)係數的公式為：TRS係數＝〔TRS(psi)/密度(g/cm3 )×104 (轉換係數)〕(方程式1)
拉伸強度(TS)係數與降伏強度(YS)係數可藉由以拉伸強度及降伏強度取代橫向破裂係數而由該公式進行計算。強度係數提供有關以金屬單位質量所獲得的強度水平訊息，且不相依於標準物件。在燃料效率馬達車輛的狀況中，於未增加重量的情況下使物件強度最大化為設計質輕且易於操控之設備的重要目標。經改良的強度係數(SI＊ )更可同時反映出滲透物件密度與滲透%。該經改良的強度係數可由下列公式進行計算：經改良的TRS係數(SI＊ )＝〔TRS(psi)/密度(g/cm3 )×(滲透%)4 〕 (方程式2)
經改良的拉伸強度係數(TS SI＊ )與降伏強度係數(YS SI＊ )可藉由以拉伸強度及降伏強度取代橫向破裂係數而由該公式進行計算。
本揭示希冀隨熟諳本技藝者所遇到的狀況進行改良。其亦希冀在未背離本發明精神的狀況下，隨熟諳本技藝者所遇到的狀況而將執行於本揭示中之該製程的各步驟進行更換、刪除、複製或加入其他製程。此外，這些製程中的各階段、技術及作業可隨熟諳本技藝者所遇到的狀況而進行更換。再者，在此所述的任一作業理論、實證或發現旨在進一步瞭解本揭示，而非希冀作為本揭示之該理論、實證或發現的範疇。
下列實施例係說明根據本揭示特定具體實例之一些經改良的性質。
實例1－滲透用之生壓坯的製備
藉由壓合Atomet 28鐵粉、0.9重量%石墨及0.75重量%Acrawax C潤滑劑的粉末混合物便可製備試件的未燒結壓坯。Atomet粉末可購自Quebec Metal Powder公司(1655 Route Marie－Victorin Tracy,Quebec Canada J3r 4R4)，而Acrawax C潤滑劑可購自Lonza公司(3500 Trenton Ave.Williamsport,PA 17701)。Acrawax為Chas.L.Huisking & Co公司的註冊商標(417 5t h Ave.New York,New York)。製備滲透用的多孔性壓坯6－1至6－5及7－1至7－5，其中該壓坯具有長方形、1.25吋的名目長度、0.50吋寬、0.25吋厚及約6.7與7.0 g/cm3 的密度。如表I所述，生壓坯係於滲透前進行量測。
實施例2－壓坯的滲透
選擇含有約93%銅、約3%錳、約3%鋅及約1%鐵的線材合金部位，並備用於滲透。重約2.4g的線材合金各置於試樣6－1至6－5及試樣7－1至7－5的頂端，並於約1125℃的90/10氮氣/氫氣氣氛下將試樣燒結約30分鐘，再冷卻至室溫。再次量測所形成的滲透壓坯，如表Ⅱ所示。由具有低達約85%銅的線材合金部位可獲得類似的結果。
實施例3－橫向破裂強度與硬度的判斷
部分滲透壓坯試樣的橫向破裂強度與硬度(HRB與HRC)係以下列方法判斷：MPIF標準測試法# 41及MPIF標準測試法# 43。所獲結果列於表Ⅲ中。
實施例4－拉伸強度、降伏強度及伸長率%的判斷
試樣6－6至6－10及7－6至7－10係以前揭方式製備，並分別與12.1%及11.4%的線材滲透劑進行燒結。該試樣係以平板拉伸試片的形狀形成。各試樣的拉伸強度、降伏強度及伸長率%係以MPIF標準方法# 10進行判斷。試樣6－6至6－10及7－6至7－10的結果表示於表Ⅳ中。
實施例5－衝擊能的判斷
試樣6－11至6－15及7－11至7－15係以前揭方式製備，並分別與13.4%及12.9%的線材滲透劑進行燒結。該試樣係以Izod衝擊能測試片的形狀形成(亦即，75mm長度、10mm寬度與厚度)。滲透試樣的衝擊能係以MPIF標準方法# 40進行判斷。試樣6－11至6－15及7－11至7－15的結果表示於表V中。
實施例6－使用不同滲透劑之滲透物件性質的比較
以本揭示合金(線材形式)及粉末型式銅合金滲透之壓坯的機械強度比較係整理於以下的表Ⅳ中。以前揭經改良滲透製程所達成之橫向破裂強度、拉伸強度及降伏強度的增加率(%)係整理於表Ⅶ與表Ⅷ中。
整理於下列表Ⅶ中者為以本揭示合金(線材型式)及熟知粉末金屬滲透鋼材MPIF FX－1008(粉末型式滲透劑)所滲透之粉末金屬壓坯的橫向破裂強度、拉伸強度及降伏強度的增加率(%)比較，以及該試樣的各種強度係數(S.I.)。
實施例7－滲透金屬部件中的銅分佈
在距離上、下表面0.025吋的深度分析實施例2中稱為6－4與7－4之滲透試樣的銅含量。試樣6－4的上、下銅水平分別為13.2重量%及12.8重量%。試樣7－4的上、下銅水平分別為11.0重量%及11.0重量%。因此，整個滲透粉末金屬部件可獲得均勻的銅分佈。
實施例8－滲透至中等與最大水平
除使用較高水平的滲透劑來判斷使用該新穎線材合金所可能產生的滲透上限外，以含有91.6%銅、1.9%鐵、2.6%錳及3.9%鋅的線材合金重複實施例1至5的步驟。14.1%的合金滲透可正常進行，而高達14.3%的滲透會在部分試片表面形成一些少量的銅池(copper pooling)。材料名稱MPIF FX－1008所形成之滲透壓坯的性質詳如下表Ⅷ、Ⅸ及X。
實施例9－使用粉末合金壓坯的滲透
以含有94.1%銅、1.7%鐵、2.8%錳及1.4%鋅的粉末合金XF－5(購自U.S.Bronze,18649 Brake Shoe Road,Meadville,PA)重複實施例8的步驟，以形成相當於MPIF FX－1008之材料的滲透壓坯。所獲結果詳如下表XII、XIII及XIV。
下列表XV整理出表Ⅲ至表XIV的資料平均值。以10－11 %線材滲透劑進行滲透之物件的橫向破裂強度、拉伸強度及降伏強度實質地大於以高達13.5%之粉末滲透劑進行滲透的物件。縱使在完全或接近完全滲透下完成強度量測，線材滲透劑的量測強度通常仍高於粉末滲透劑。
下列表XVI整理出由表Ⅷ至表XIV所選出的資料。所整理出的資料說明較低水平線材合金滲透劑的下列能力：(a)提供相同或極佳的機械性質，(b)更有效率地進行滲透，以獲得更高密度的滲透壓坯，以及(c)藉由減少所需的滲透劑數量而降低滲透壓坯的成本。使用較少量鍛造合金滲透劑(少24－26%)滲透較高密度生坯而獲得極佳機械性質的能力可大幅節省成本。
實施例10－新穎銅滲透合金的製備
含有92單位重量銅、3單位重量錳、3單位重量鋅及2單位重量鐵的混合物係加熱至約2100℃，以形成均質熔融物。熔融物輸送至模具，移除熱，以及由該模具取出所形成的坯料。將坯料過加熱並擠製，以形成具有約1/4吋橫剖面直徑的棒材。以類似方式將坯料擠製而形成管體，並滾軋而形成片材。將所形成的棒材抽拉成約0.093吋直徑的線材。相似地，可將所形成的棒材滾軋而形成合金片材。可藉由在縱軸上切割棒材與管體，而由具有某範圍直徑的棒材與管體形成具有碟狀與墊圈形狀的滲透劑。可由片材型式的合金或藉由切割具有正方形、長方形或其他橫剖面形狀的棒材而形成圓片狀的滲透劑。環狀或輪環狀的滲透劑可由線材型式的合金形成。線材型式的合金可盤捲於線軸或類似物上，以簡化輸送、儲存與處理。因為線材具有均勻密度，所以滲透劑重量係與線材或帶材的長度相關。
具有低達約85重量%銅、約0.5至約5.5重量%錳、約0.5至約5.5重量%鋅及約0.5至約3.5重量%鐵的銅合金可以本方法進行製備，並形成各種型式的前揭鍛造滲透劑物件。該物件特別適用於提供具有極佳物理性質的滲透粉末金屬部件。
實例11－XF－5粉末滲透劑及線材合金滲透劑的化學分析
購自U.S.Bronze之XF－5粉末滲透劑及本揭示之線材合金滲透劑(實施例8中所述)的試樣進行塊體分析。其並未偵測出微量元素與次要雜質。結果示於表XVII中。
實施例12－XF－5粉末與線材合金中的金屬分佈
部分的XF－5粉末係分散於環氧樹脂中，並鑄造成試樣模具而形成複合物試樣。拋光複合物的橫剖面，以暴露出個別粉末微粒的橫剖面。將線材合金橫剖面切開並固定，以檢視其縱向(線材抽拉方向)。粉末複合物及線材的橫剖面係以SEM－EDS分析進行檢驗。
第5圖表示粉末微粒複合物的橫剖面及元素Mn,Fe與Zn的點示圖。點的數目及分佈代表所存在的金屬元素量及整個微粒中的分佈。第6圖表示線材合金橫剖面及點示圖。存在的點數較多則代表較高的金屬含量，且均勻的點分佈代表整個線材合金中具有均勻的金屬元素分佈。第5及6圖指出粉末含有較少量之均勻分佈於整個粉末中的金屬，而線材含有均勻分佈於整個線材橫剖面的大金屬含量。
實例13－非均質XF－5粉末中之非合金鐵的證據
將小磁鐵置於XF－5粉末滲透劑的試樣中。當移除磁鐵時，端部可觀察到覆有沿著磁鐵端部磁場排列之微細的灰色微粒，其代表非合金鐵微粒存在於XF－5粉末中。
實例14－XF－5粉末與線材合金的元素分析光譜
量測塊材XF－5粉末之試樣的元素分析光譜，並將結果示於第7圖中。可觀察到微量鋁與鈦的存在。如所預期，銅為主要成分。然而，鐵水平些微高於錳水平，其係與實施例11的塊材分析不一致。雖然與該塊材分析不一致，惟該結果係與可偏析粉末微粒之混合物的粉末滲透劑一致，且依取樣與微粒分佈而定，該試樣間呈現不同的組成物。
線材合金的元素分析光譜係以類似方式量測，且結果示於第8圖中。第8圖左邊之未標示的大波峰為金，其中金係濺鍍塗佈於線材合金試樣上而具有適當的導電率。同粉末，銅波峰為最大，銅組成超過90%以上的合金。不同於粉末，錳波峰高於鐵波峰，並與塊材分析一致。該線材合金的元素分析與具有均勻組成物的線材合金一致。
實施例15－個別XF－5粉末微粒的元素分析
第9圖表示在250放大倍率下的XF－5粉末微粒分佈。應注意以數字1,2與3標示之經個別選擇的微粒。量測微粒1,2與3的元素光譜，並分別表示於第10,11與12圖。由第10圖得知，微粒1為實質的純錳微粒。小的銅波峰為來自附近較大銅微粒的背景。由第11圖得知，微粒2為具有約10%鋅含量與少量鈦與鐵雜質的黃銅微粒。第12圖所示的微粒3光譜指出微粒3為接近純的銅微粒。根據磁性研究(實施例13)、元素分析(實施例14)及個別微粒XF－5的分析(本實施例)，XF－5粉末為銅、銅/鋅黃銅合金、鐵及錳的非均質混合物。相對地，所有的光譜證據皆指出線材合金為包含銅、鐵、鋅與錳的實質均質合金。
雖然本揭示已詳細舉例並說明於前揭說明與實施例中，惟其僅視為舉例說明而非對於本揭示的限制，應瞭解地是其僅表示與說明較佳具體實例，而落於本揭示精神中的所有改變與修改皆希冀受到保護。
1．．．粉末金屬部件
2．．．粉末金屬部件
3．．．粉末金屬部件
4．．．粉末金屬部件
20．．．線材片段
21．．．環狀或墊圈狀
22．．．碟狀
23．．．圓片狀
第1圖為表示根據本揭示觀點之合金滲透劑的典型粉末金屬部件的斜視圖，所示為可撓性線材的形狀。
第2圖為表示根據本揭示觀點之合金滲透劑的典型粉末金屬部件的斜視圖，所示為環狀或墊圈狀的型式。
第3圖為表示根據本揭示觀點之合金滲透劑的典型粉末金屬部件的斜視圖，所示為碟狀的型式。
第4圖為表示根據本揭示觀點之合金滲透劑的典型粉末金屬部件的斜視圖，所示為圓片的型式。
第5圖為XF－5粉末微粒的剖面影像及由SEM－EDS分析所產生的錳、鐵與鋅的光點圖案。
第6圖為線材合金的剖面影像及由SEM－EDS分析所產生的錳、鐵與鋅的光點圖案。
第7圖提供XF－5粉末的SEM－EDS元素分析。
第8圖提供線材合金的SEM－EDS元素分析。
第9圖提供XF－5粉末的疏鬆微粒在250X倍率下的SEM照片，且編號1,2及3的微粒係進行進一步的分析。
第10圖提供第9圖之編號1微粒的SEM－EDS元素分析。
第11圖提供第9圖之編號2微粒的SEM－EDS元素分析。
第12圖提供第9圖之編號3微粒的SEM－EDS元素分析。
1．．．粉末金屬部件
20．．．線材片段

Claims (34)

  1. 一種用於滲透粉末金屬部件的方法，該方法包含：(a)選擇該粉末金屬部件；(b)選擇適用於接觸粉末金屬部件表面之鍛造型式的銅合金，其中該合金包含：(i)至少約85重量%的銅，(ii)約0.5至約3.5重量%的鐵，(iii)約0.5至約5.5重量%的錳，及(iv)約0.5至約5.5重量%的鋅；(c)以該粉末金屬部件接觸該合金；以及(d)加熱該合金及該粉末金屬部件至足以使該合金熔解並滲透粉末金屬部件的溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該合金包含至少約90重量%的銅。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該粉末金屬部件為鐵基粉末金屬部件。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該粉末金屬部件為燒結金屬部件。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該粉末金屬部件的表面為上表面。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該溫度至少為約800℃。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鍛造型式為線材片段。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鍛造型式為圓片狀。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鍛造型式為碟狀。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鍛造型式為墊圈。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱係於低於大氣壓力下進行。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱係於高減壓氣氛下進行。
  13. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該線材片段具有輪環狀。
  14. 一種用於滲透粉末金屬部件之材料，該材料包含均質鍛造型式且符合粉末金屬部件表面形狀的銅合金，其中該合金包含有：(a)至少約85重量%的銅，(b)約0.5至約3.5重量%的鐵，(c)約0.5至約5.5重量%的錳，以及(d)約0.5至約5.5重量%的鋅。
  15. 如申請專利範圍第14項之材料，其中該銅合金包含有至少約90重量%的銅。
  16. 如申請專利範圍第14項之材料，其中該鍛造型式係選自由碟狀、環狀、片材、圓片、線材片段及墊圈所組成的族群。
  17. 如申請專利範圍第16項之材料，其中該型式為線材片段。
  18. 一種滲透粉末金屬部件，其係以如申請專利範圍第1項的方法進行製備，其中該粉末金屬部件為鐵基合金，且該滲透部件具有均勻分佈的銅。
  19. 如申請專利範圍第18項之滲透粉末金屬部件，其具有至少約0.8的經改良橫向破裂強度係數。
  20. 如申請專利範圍第18項之滲透粉末金屬部件，其具有至少約0.7的經改良拉伸強度係數。
  21. 如申請專利範圍第18項之滲透粉末金屬部件，其具有至少約0.5的經改良降伏強度係數。
  22. 一種用於製備滲透合金的方法，包含有：(a)形成含有至少約85重量%銅、約0.5至約3.5重量%鐵、約0.5至約5.5重量%錳及約0.5至約5.5重量%鋅的混合物；(b)將該混合物加熱至足以形成均質熔融物質的溫度；以及(c)將該熔融物質轉化成可適於接觸粉末金屬部件表面的均質鍛造型式，以用於滲透該金屬部件。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中轉化該熔融物質包含有：(a)將該熔融物質輸送至模具中；(b)將該熔融物質固化成坯料；以及(c)擠製該坯料，以提供實質均質鍛造型式的合金。
  24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該坯料在擠製前係加熱至低於其熔點的高溫。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該混合物係加熱到至少約1150℃的溫度。
  26. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該鍛造型式為棒材。
  27. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該鍛造型式為管體。
  28. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該鍛造型式為片材。
  29. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該棒材係切穿其縱軸，以形成適於接觸粉末金屬部件表面的碟狀。
  30. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該管體係切穿其縱軸，以形成適於接觸粉末金屬部件表面的墊圈。
  31. 如申請專利範圍第28項之方法，其中該片材係轉化成具有適於接觸粉末金屬部件表面之型式的圓片。
  32. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該棒材係抽拉成線材。
  33. 如申請專利範圍第32項之方法，其中該線材係切割成片段，且該片段係符合該粉末金屬部件的表面形狀。
  34. 如申請專利範圍第33項之方法，其中該片段係符合輪環狀。
TW095104320A 2005-02-11 2006-02-09 以銅為基的合金及其滲透粉末金屬部件的用途 TWI394851B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US65233305P 2005-02-11 2005-02-11
US11/348,975 US7341093B2 (en) 2005-02-11 2006-02-07 Copper-based alloys and their use for infiltration of powder metal parts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200700568A TW200700568A (en) 2007-01-01
TWI394851B true TWI394851B (zh) 2013-05-01

Family

ID=36793646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW095104320A TWI394851B (zh) 2005-02-11 2006-02-09 以銅為基的合金及其滲透粉末金屬部件的用途

Country Status (11)

Country Link
US (4) US7341093B2 (zh)
EP (1) EP1850990B1 (zh)
JP (1) JP2008533295A (zh)
KR (1) KR20070108542A (zh)
CN (1) CN1942601B (zh)
AU (1) AU2006212804A1 (zh)
BR (1) BRPI0606966B1 (zh)
CA (1) CA2597064A1 (zh)
MX (1) MX2007009452A (zh)
TW (1) TWI394851B (zh)
WO (1) WO2006086393A2 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008086088A2 (en) * 2007-01-03 2008-07-17 United States Bronze Powders, Incorporated Enhancement of material properties by infiltration of powder metal part: formulation and method of application thereof
CN103014610A (zh) * 2012-11-22 2013-04-03 宁波市群星粉末冶金有限公司 一种粉末冶金用渗铜剂
CN104439251B (zh) * 2014-10-24 2016-09-28 青岛金智高新技术有限公司 一种粉末冶金用渗铜剂
RU2629403C1 (ru) * 2016-12-06 2017-08-29 Юлия Алексеевна Щепочкина Спеченный сплав на основе меди
RU2629402C1 (ru) * 2016-12-06 2017-08-29 Юлия Алексеевна Щепочкина Спеченный сплав на основе меди
US11014032B2 (en) * 2017-01-19 2021-05-25 Scavenger Manufacturing LLC Anti-corrosion fluid filter system
CN111527221A (zh) * 2017-11-30 2020-08-11 Gkn烧结金属有限公司 用于铝铸件的烧结粉末金属嵌件的粉末金属合金组合物
JP6467535B1 (ja) * 2018-02-13 2019-02-13 福田金属箔粉工業株式会社 溶浸用Ｃｕ系粉末

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619170A (en) * 1969-07-24 1971-11-09 Scm Corp Copper infiltrating composition for porous ferruginous parts
US4822560A (en) * 1985-10-10 1989-04-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Copper alloy and method of manufacturing the same
US5672435A (en) * 1994-12-12 1997-09-30 The Dow Chemical Company Hard disk drive components and methods of making same
US5937268A (en) * 1996-02-29 1999-08-10 Daido Metal Company Ltd. Sintered sliding member and production method thereof

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2817601A (en) * 1953-05-25 1957-12-24 Gen Motors Corp Method of impregnating a porous metal article
US3429696A (en) * 1966-08-05 1969-02-25 New Jersey Zinc Co Iron powder infiltrant
GB1399812A (en) 1971-10-23 1975-07-02 Brico Eng Sintered metal articles
US4003715A (en) * 1973-12-21 1977-01-18 A. Johnson & Co. Inc. Copper-manganese-zinc brazing alloy
US3960554A (en) * 1974-06-03 1976-06-01 Westinghouse Electric Corporation Powdered metallurgical process for forming vacuum interrupter contacts
GB1519589A (en) 1974-09-11 1978-08-02 Brico Eng Metal articles of aluminium having load-bearing inserts
US3956027A (en) * 1975-04-09 1976-05-11 Olin Corporation Processing copper base alloys
US4168162A (en) 1978-09-22 1979-09-18 Scm Corporation Infiltrating powder composition
GB2087929B (en) 1980-11-19 1985-01-09 Brico Eng Sintered metal articles and their manufacture
JPS58152982A (ja) 1982-03-09 1983-09-10 Honda Motor Co Ltd 高剛性を有する二層焼結合金製バルブシ−トリング
KR890004522B1 (ko) 1982-09-06 1989-11-10 미쯔비시긴조구 가부시기가이샤 동용침 철계소결합금 부재의 제조방법과 그 방법에 의하여 제조된 2층 밸브 시이트
DE3564980D1 (en) 1984-06-12 1988-10-20 Sumitomo Electric Industries Valve-seat insert for internal combustion engines and its production
US4731118A (en) 1986-06-25 1988-03-15 Scm Metal Products, Inc. High impact strength power metal part and method for making same
US4606768A (en) 1985-07-15 1986-08-19 Scm Corporation High impact strength powder metal part and method for making same
US4861373A (en) 1985-07-15 1989-08-29 Scm Metal Products, Inc. Infiltrated powder metal part having improved impact strength tensile strength and dimensional control and method for making same
JPS63183105A (ja) * 1987-01-26 1988-07-28 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電極材料の製造方法
JPS63313442A (ja) * 1987-06-16 1988-12-21 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電極材料の製造方法
US4769071A (en) 1987-08-21 1988-09-06 Scm Metal Products, Inc Two-step infiltration in a single furnace run
US4976778A (en) 1988-03-08 1990-12-11 Scm Metal Products, Inc. Infiltrated powder metal part and method for making same
GB8921826D0 (en) 1989-09-27 1989-11-08 Brico Eng Valve guide
JPH03158445A (ja) 1989-11-16 1991-07-08 Mitsubishi Materials Corp 耐摩耗性に優れたＦｅ基焼結合金製バルブシート
JPH04198407A (ja) * 1990-11-29 1992-07-17 Kawasaki Steel Corp 焼結金型及びその製造方法
US5370840A (en) * 1992-11-04 1994-12-06 Olin Corporation Copper alloy having high strength and high electrical conductivity
US5574959A (en) 1993-09-16 1996-11-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal casing for semiconductor device having high thermal conductivity and thermal expansion coefficient
DE19507179C1 (de) * 1995-03-02 1996-03-28 Krupp Vdm Gmbh Katalysator für die Oxidation von gasförmigen Schwefelverbindungen
JPH08291035A (ja) * 1995-04-24 1996-11-05 Kao Corp 整髪剤組成物
DE69727331T2 (de) * 1996-03-14 2004-10-21 Taiho Kogyo Co Ltd Kupferlegierung und Gleitlager mit verbessertem Festlaufwiderstand
US5925836A (en) 1997-11-04 1999-07-20 Magnetics International Inc. Soft magnetic metal components manufactured by powder metallurgy and infiltration
JP3312585B2 (ja) * 1997-11-14 2002-08-12 三菱マテリアル株式会社 耐摩耗性のすぐれたＦｅ基焼結合金製バルブシート
DE19900388A1 (de) 1999-01-08 2000-07-13 Gkn Sinter Metals Holding Gmbh Verfahren zur Verbindung eines Sinterkörpers mit einem metallischen Trägerelement
US6551373B2 (en) 2000-05-11 2003-04-22 Ntn Corporation Copper infiltrated ferro-phosphorous powder metal
US20030131476A1 (en) * 2001-09-28 2003-07-17 Vlad Ocher Heat conduits and terminal radiator for microcircuit packaging and manufacturing process
US6676894B2 (en) 2002-05-29 2004-01-13 Ntn Corporation Copper-infiltrated iron powder article and method of forming same
US20080107558A1 (en) 2004-02-04 2008-05-08 Gkn Sinter Metals, Inc. Sheet Material Infiltration of Powder Metal Parts

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3619170A (en) * 1969-07-24 1971-11-09 Scm Corp Copper infiltrating composition for porous ferruginous parts
US4822560A (en) * 1985-10-10 1989-04-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Copper alloy and method of manufacturing the same
US5672435A (en) * 1994-12-12 1997-09-30 The Dow Chemical Company Hard disk drive components and methods of making same
US5937268A (en) * 1996-02-29 1999-08-10 Daido Metal Company Ltd. Sintered sliding member and production method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20170021421A1 (en) 2017-01-26
US7341093B2 (en) 2008-03-11
BRPI0606966A2 (pt) 2009-07-28
EP1850990A4 (en) 2011-05-25
US20060180251A1 (en) 2006-08-17
WO2006086393A8 (en) 2006-10-26
CN1942601B (zh) 2010-05-26
WO2006086393A2 (en) 2006-08-17
AU2006212804A1 (en) 2006-08-17
US20080138237A1 (en) 2008-06-12
TW200700568A (en) 2007-01-01
CN1942601A (zh) 2007-04-04
KR20070108542A (ko) 2007-11-12
WO2006086393A3 (en) 2007-02-01
EP1850990A2 (en) 2007-11-07
JP2008533295A (ja) 2008-08-21
EP1850990B1 (en) 2013-06-19
CA2597064A1 (en) 2006-08-17
MX2007009452A (es) 2008-03-06
BRPI0606966B1 (pt) 2015-09-29
US20100206509A1 (en) 2010-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170021421A1 (en) Copper-based alloys and their use for infiltration of powder metal parts
JP5504278B2 (ja) 拡散合金化された鉄又は鉄基粉末を製造する方法、拡散合金化粉末、該拡散合金化粉末を含む組成物、及び該組成物から製造した成形され、焼結された部品
US20180304373A1 (en) Method for molding aluminum and aluminum alloy powder
JPWO2019239655A1 (ja) 銅合金粉末、積層造形物および積層造形物の製造方法ならびに各種金属部品
WO2018079304A1 (ja) 銅合金粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物
KR900006613B1 (ko) 구리-기본 스피노달 합금 제품을 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 시효 경화된 제품
EP2979780A1 (en) Copper alloy powder, sintered copper alloy body and brake lining for use in high-speed railway
EP3950177B1 (en) NI-BASED ALLOY, NI-BASED ALLOY POWDER, NI-BASED ALLOY ELEMENT AND PRODUCT COMPRISING NI-BASED ALLOY ELEMENT
JP2018197389A (ja) 銅合金粉末、積層造形物の製造方法および積層造形物
TW201736618A (zh) 新穎粉末
US2001134A (en) Metal powder
JPWO2017171056A1 (ja) チタン複合材およびその製造方法、ならびに、梱包体
JP4177534B2 (ja) 銅系高強度焼結部品用合金粉末
Gu et al. Microstructures and properties of direct laser sintered tungsten carbide (WC) particle reinforced Cu matrix composites with RE–Si–Fe addition: A comparative study
JP4870116B2 (ja) Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ系合金材料の製造方法
CN115125418A (zh) 铝合金、层叠造型物的制造方法及层叠造型物
JP2022122462A (ja) カーボン固着炭素鋼粉末
CA1055732A (en) Sintered blanks for rolling and forging and method of producing same
JP2605866B2 (ja) 耐摩耗性のすぐれた複合化合物分散型Ｃｕ―Ｚｎ―Ａ▲ｌ▼系焼結合金の製造法
Haubner et al. Metallographic Investigations of a Roman Fibula from Carnuntum, Austria
WO2017171057A1 (ja) チタン複合材および梱包体
JP2007520635A (ja) 粉末金属部品のシート材料溶浸
JPH01230743A (ja) 金型用アルミニウム合金材料
CA3239779A1 (en) Precipitation hardening powder metal composition
JP3054703B2 (ja) 強度に優れる鉄クロム合金の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees