粉末冶金HPb80-1.5燒結過程中脫鋅量的研究

1前言

在一些工業發達國家，對粉末冶金黃銅燒結的研究已比較成熟，但在我國有關報道還不多。由于黃銅中鋅具有較高的蒸氣壓，所以在燒結過程中，鋅的過多揮發會直接導致合金成分不均勻。表面出現貧鋅區不僅會使材料的耐蝕性能降低，而且還會使其力學性能下降，這勢必影響粉末黃銅制品的應用，因此探討黃銅燒結過程中脫鋅量及其對性能的影響，尋求合理的控制脫鋅措施具有現實意義。

2實驗方法

采用商用ＨＰｂ80-1.5預合金粉合金粉，加入適量的硬脂酸鋅，混合一定時間后，在不同壓力下壓制成形。壓坯按經驗燒結工藝燒結，研究壓力與脫鋅量及性能的關系，確定最佳壓制壓力。經最佳壓力壓制的試樣分別在不同溫度下燒結，測定脫鋅量及材料性能，確定最佳燒結溫度。在優選的工藝條件下，對燒結時加與不加含鋅廢料作填料的燒結試樣的脫鋅量、性能進行比較。由于實驗的重現性很好，本文報道的所有數據均是三次試驗的平均值。

3結果和討論

3.1壓制壓力對脫鋅量及性能的影響

壓制壓力分別為395、425、455和485ＭＰａ，預燒溫度為640℃，燒結40ｍｉｎ;經驗燒結溫度870℃。隨壓制壓力的增加，鋅的揮發量和收縮率逐漸減少，而密度、硬度、拉伸強度及伸長率在壓力為395～455ＭＰａ范圍內，隨壓力增加而增加，并在455ＭＰａ時達到最大值;當壓力超過455ＭＰａ時，上述四項指標均有所降低。

一般來說，隨著壓力增加，壓坯密度及強度逐漸增加，粉末間的機械結合面增大，空隙率減少，從而導致燒結體的脫鋅量逐漸降低;但由于鋅的蒸氣壓高，鋅的蒸發及舟外流動氣氛造成舟內外鋅蒸氣壓無法平衡，所以脫鋅量仍然很大。由于鋅的蒸發與凝聚以及微量液相鉛的作用，促使燒結體致密化，密度增加，強度、伸長率及硬度提高。但當壓力超過455ＭＰａ時，各種性能又明顯下降，這主要是封閉空隙增加使殘存的微量硬脂酸鋅分解產生的氣體不能排除，以及少量鋅的揮發所致。因此，當壓制壓力為455ＭＰａ時，試樣的綜合性能最好。

3.2燒結溫度與含鋅廢料對脫鋅量及性能的影響

壓制壓力為455ＭＰａ，試樣經640℃預燒40ｍｉｎ，分別在870、900和925℃燒結40ｍｉｎ時。

在燒結過程中，添加含鋅廢料與不加含鋅廢料時，鋅的揮發量都隨燒結溫度的升高而增加;但添加含鋅廢料比未加含鋅廢料時的鋅的揮發明顯減少。文獻[5]也表明，燒結溫度越高，鋅蒸氣壓越高，脫鋅量越大;添加廢料與未加廢料試樣相比，脫鋅量明顯降低。說明添加含鋅廢料能使舟內外鋅蒸氣壓達到平衡，抑制舟內鋅的揮發。

當燒結溫度為925℃時，由于鋅蒸氣壓顯著增大，其脫鋅量遠遠超過900℃時的脫鋅量。大量鋅的揮發，也使燒結體的物理及力學性能明顯變差。由于鋅揮發產生大量氣體，使試樣的體積膨脹，造成局部出現變形;當溫度達到925℃時，收縮率呈現負值。

隨燒結溫度增加，有無鋅廢料填料的燒結體的物理及力學性能有不同的變化趨勢，即對未加鋅廢料填料的燒結體，密度、伸長率、拉伸強度及硬度隨燒結溫度的增加而明顯降低。而對有鋅廢料填料的燒結體，則在溫度低于900℃時，上述各性能隨溫度增加而逐漸增加;但當溫度高于900℃時，相應指標又隨溫度增加而減少。而且，有廢料填料的燒結體的性能明顯好于沒有廢料填料的燒結體。

4結論

1)粉末黃銅在壓制壓力為455ＭＰａ，添加適量的含鋅廢料填料，于900℃燒結40ｍｉｎ時，燒結體的綜合性能最好。

2)添加含鋅廢料填料有助于平衡舟內外鋅的蒸氣壓，抑制鋅的揮發，從而顯著改善燒結體的性能。

3)微量液相鉛及鋅的蒸發與凝聚是促進燒結致密化的主要機制。