CN108927514A - 一种粉末冶金球粒的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末冶金球粒的生产方法，涉及小球粒生产技术领域，它包括如下步骤S1：造粒，将粉末倒入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；S21：介质混合：将粉末介质与S1中的球粒放置在容器中充分混合，使球粒被粉末介质包围，形成球粉混合体；S22：致密：将S21中混合好的球粉混合体，放置在压力设备上进行压制，形成致密的球粒；S23：球粒筛分，将S22中压制好的球粉混合体放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒；S3：烧结，将S23中得到的球粒放入烧结炉中煅烧，得到烧结后的球粒。本发明的粉末冶金球粒的生产方法和现有的技术相比，其成本低、产能大，现有技术中，小金属球粒无法批量生产的技术问题。

Description

一种粉末冶金球粒的生产方法

技术领域

本发明涉及小球粒生产技术领域，特别是一种粉末冶金球粒的生产方法。

背景技术

金属球粒可以广范运用在石油钻井的钻杆表面的堆焊以解决钻杆的耐磨损、耐腐蚀（需要选择耐磨、耐腐蚀性金属）从而达到有效延长其使用寿命；亦可以用在圆珠笔滚珠的制造；堆焊条的制造等等领域。

而现有技术生产小球粒时，通常都是先将金属粉熔化，然后制成金属条，然后再拉丝，最后剪切形成金属坯料。

如现有的圆珠笔生产过程中，采用先将配制好的金属粉经高温熔化后制成一定形状的金属条，然后再将这种金属条经一定的温度进行软化后进行拉制成所需尺寸的金属丝，再将这种金属丝进行剪切成所需尺寸的金属坯料，最后进行精加工成原子笔所用的金属小球。

该生产方法的不足在于：首先是生产工艺过程太长、能源消耗过大、所用利用的设备成本过高。一台炼钢炉（不低于100万元）能耗最低的也不会低于500KW／h，挤压拉丝设备一套（不低于50万元）能耗也不低于50 KW／h。

因此，经发明人长久研究发现，金属球粒产品个体太小，通常在0.1-0.18毫米左右，烧结过程中液相不能充分浸润填充每颗金属晶粒，造成该产品内部金相组织结构呈多孔状组织缺陷，无法完成其金属的致密化要求，不能满足产品的使用条件，因此其批量生产的难度大，目前还没有批量生产小球粒的生产方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种生产效率高、成本低、生产质量好和可工厂化批量生产的粉末冶金球粒的生产方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种粉末冶金球粒的生产方法，它包括以下步骤：

S1：造粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；

S2：压制致密，将S1中的球粒进行压制致密，其具体步骤如下：

S21：介质混合：将粉末介质与S1中的球粒放置在容器中充分混合，使球粒被粉末介质包围，形成球粉混合体；

S22：致密：将S21中混合好的球粉混合体，放置在压力设备上进行压制，形成致密的球粒；

S23：球粒筛分，将S22中压制好的球粉混合体放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒；

S3：烧结，将S23中得到的球粒放入烧结炉中煅烧，得到烧结后的球粒。

优选的，所述S1步骤的造粒包括以下步骤：

S11：制球粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；

S12：粒径加粗，往造粒机中继续添加粉末，并添加辅助材料，使得球粒的粒径加粗；

S13：粒径筛分，将S12中得到的球粒放入到筛分设备中进行筛分，得到符合大小要求的球粒。

优选的，所述S13中筛出的粒径偏小的球粒，再次进入到S12步骤中，并对小球粒进行粒径加粗处理。

优选的，所述S13中筛出的粒径偏大的球粒，则进入到擦碎机中进行擦碎，擦碎后的粉末再次进入到步骤S11中进行制球粒。

优选的，所述S21中的粉末介质的体积大于球粒的体积。

优选的，所述S22中的压力设备为油压机或冷等静压机。

优选的，所述S3的烧结包括以下步骤：

S31：添加耐高温介质粉末，将S23中得到的球粒放入到容器中，然后添加耐高温介质粉末，然后混合均匀，使得球粒被耐高温介质粉末包围，形成球粉混合体；

S32：高温烧结：将S31中的容器中的球粉混合体放入到高温烧结炉中进行煅烧；

S33：筛分，将煅烧好的球粉混合体进行冷却，然后在放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒。

优选的，所述耐高温介质粉末的熔点高于球粒的熔点。

本发明具有以下优点：

1、本方法所采用的造粒机、筛分机、压力设备和高温烧结炉，均为传统设备，从而使得生产该粉末冶金球粒的车间容易组建，且耗费的设备成本低。

2、本方法与传统的加工方法相比，其工艺步骤得到简化，省略了金属粉熔化制做金属条以及将金属条制作金属丝的过程，并且该生产方法每人每天能够生产硬质合金50公斤以上，能够生产钢球粒30公斤以上，和现有技术相比，其产能得到大幅增强，且能实现工业化批量生产。

3、本方法通过传统设备进行造粒、压制致密、烧结生产出致密高硬度的小颗粒球粒，且能够实现工厂化批量生产，从而解决了现有技术中，小金属球粒无法批量生产的技术问题。

附图说明

图1 为油压机压制时球粉混合体的受力示意图；

图2 为冷等静压机压制时球粉混合体的受力示意图；

图3 为球粒在压制致密时的受力示意图；

图4 为未经过压制烧结后的球粒的晶相图；

图5 为本方法经过压制致密烧结后的的球粒的晶相图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种粉末冶金球粒的生产方法，它包括以下步骤：

S1：造粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；

造粒所用的粉末是与球粒同介质的粉末，且在粉末制成过程中，其粉末内含有一定的比例的液相介质，根据球粒的介质不用，所选用的液相介质以及液相介质所占的比例也不相同，而且该粉末中还含有粉末成型剂。

在本实施例中，造粒包括以下步骤：

S11：制球粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒，即粉末与粉末之间在造粒机的作用下相互聚合，形成小球粒；

S12：粒径加粗，往造粒机中继续添加粉末，并添加辅助材料，使得球粒的粒径加粗；此处所用的粉末与S11中所使用的粉末相同，辅助材料为喷雾剂，喷雾剂使得粉末湿润，使得处于运动中的球粒与运动中的湿润粉末发生凝聚，使得球粒的大小逐渐增大，从而完成球粒的粒径加粗。

S13：粒径筛分，将S12中得到的球粒放入到筛分设备中进行筛分，得到符合大小要求的球粒，筛分设备为现有的设备，它能够筛出超过生产需求的大颗粒球粒，也能够筛出不符合生产需求的小球粒，因此此处所用的筛分设备可以为两级筛分设备，即能筛出大颗粒球粒又可筛出小颗粒球粒，或者采用两台筛分设备，一台筛分大颗粒球粒，另一台筛分小颗粒球粒，在本实施例中，优选的采用能够一次性筛出大颗粒和小颗粒的两级筛分设备。

在本实施例中，S13中筛出的粒径偏小的球粒，再次进入到S12步骤中，并对小球粒进行粒径加粗处理，直至符合要求为止，而S13中筛出的粒径偏大的球粒，则进入到擦碎机中进行擦碎，擦碎后的粉末再次进入到步骤S11中进行制球粒，从而使得粉末能够充分利用，避免了原材料的浪费。

筛分出来的小球粒，其内部结构比较松散，强度不够，在外力作用下很容易分散，并且在烧结过程中，由于球粒中的间隙比较大，其液相介质根本就无法填充球粒中的间隙，因此烧结出来的球粒其物理性质完全达不到使用要求，将其放大2000倍，其晶像图如图4所示，其球体内部缝隙较大，因此在烧结之前，对小球粒进行如下的S2步骤。

S2：压制致密，将S1中的球粒进行压制致密，其具体步骤如下：

S21：介质混合：将粉末介质与S1中的球粒放置在容器中充分混合，使球粒被粉末介质包围，形成球粉混合体；此处所采用的粉末介质可以采用同金属、其他金属或者非金属的粉末，且该粉末介质中不含有成型剂，在压制成型后，能够在外力作用下快速分散并形成粉末，粉末介质与球粒混合后，粉末介质的体积要大于球粒的体积，从而使得粉末介质将若干小球粒进行包围，并使得相邻两个球粒之间又相互隔离，在本实施例中，优选的采用与球粒同材质的粉末，其介质粉末与球粒的粉球比为1.1~1.5之间。

S22：致密：将S21中混合好的球粉混合体，放置在压力设备上进行压制，形成致密的球粒；压制时，可采用的压力设备为油压机或冷等静压机。

如图1所示，采用油压机进行压制，将球粉混合体放置在压模中，优选的，采用100T油压机，压制时间为50S~70S，优选的为60S，如图3所示，压力机将压力传递到粉末介质中，粉末介质相互之间再传递压力，最终使得球粒表面均受到压力，从而使得球粒被压缩，从而使得球粒致密。

如图2所示，采用冷等静压机进行压制，将粉球混合体放置在软体容器中，并将软体容器的进行密封，该软体容器可以为橡胶袋，然后将软体容器放置在冷等静压机的受压腔内，然后启动冷等静压机，如图3所示，压力通过粉体传递到球粒表面，从而使得球粒被压缩，从而使得球粒致密，优选的冷等精压机的压力为200T~1000T。

在致密过程中，单颗球粒的四周被粉末介质包围，外力通过粉末介质传递到球粒表面，球粒在力的作用下向球心压缩致密，保证了球体的形状，并且粉末介质将球体分开，还解决了球体与球体之间接触所带来的球体受力不均，球体受压变形的技术问题。

在本实施例中，优选的采用冷等静压机进行压制，因冷等静压机在对粉球混合体压制时，粉球混合体表面受力均匀，因此每颗球粒在压制时，所受力的大小也相同，从而更容易保证球粒的致密效果。

S23：球粒筛分，将S22中压制好的球粉混合体放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒；在S22步骤中压制致密后，其粉料介质也被压实，在不受外力作用下很难被分散，因此将其放入到筛分设备中，通过筛分设备的振动与转动，从而使得粉料介质松散，松散后的粉料介质被筛分设备筛出，并将粉料进行收集，以用作下次致密。通过该筛分机得到的球粒，则为致密后的球粒。

S3：烧结，将S23中得到的球粒放入烧结炉中煅烧，得到烧结后的球粒。

进一步，所述S3的烧结包括以下步骤：

S31：添加耐高温介质粉末，将S23中得到的球粒放入到容器中，然后添加耐高温介质粉末，然后混合均匀，使得球粒被耐高温介质粉末包围，形成球粉混合体；耐高温介质粉末的熔点高于球粒的熔点

S32：高温烧结：将S31中的容器中的球粉混合体放入到高温烧结炉中进行煅烧；在高温烧结时，耐高温介质将球粒进行包围，避免球粒与球粒接触，从而使得球粒与球粒之间的液相介质在融化后并不接触，且避免了球粒粘接。

S33：筛分，将煅烧好的球粉混合体进行冷却，然后在放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒；筛分时，将筛分出的高温介质粉末进行回收，筛分后收集的球粒为符合生产要求的球粒，其球粒在放大2000倍后，其晶相图如图5所示。

通过本粉末冶金球粒的生产方法，其生产效率大大的得到了提高，以生产硬质合金或铁基为例，用传统的模具压制成型法生产该球粒，以直径为1mm的球粒为例，每颗YG6牌号的硬质合金的重量为0.0078克，生产以铁基的类似钢球粒，则每粒的重量为0.004克，采用传统的方法，一人工作8小时只能生产1000粒球粒，因此一人一天可以生产YG6硬质合金7.8克；可以生产钢类球粒4克。若工人采用自动压力机，其效率会得到提高，但是每人一天生产YG6硬质合金和钢类球粒也分别不会超过1公斤。而采用本方法生产球粒，进过本公司实践证明，一人一天工作8小时的生产YG6硬质合金的重量超过50公斤，而生产钢球粒的重量超过30公斤，其效率得到了大大的增强，完全可以工厂化批量生产。

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、 “实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种粉末冶金球粒的生产方法，它包括以下步骤：

S1：造粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；

S2：压制致密，将S1中的球粒进行压制致密，其具体步骤如下：

S21：介质混合：将粉末介质与S1中的球粒放置在容器中充分混合，使球粒被粉末介质包围，形成球粉混合体；

S22：致密：将S21中混合好的球粉混合体，放置在压力设备上进行压制，形成致密的球粒；

S23：球粒筛分，将S22中压制好的球粉混合体放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒；

S3：烧结，将S23中得到的球粒放入烧结炉中煅烧，得到烧结后的球粒。

2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S1步骤的造粒包括以下步骤：

S11：制球粒，将粉末放入到造粒机中，通过造粒机制造出球粒；

S12：粒径加粗，往造粒机中继续添加粉末，并添加辅助材料，使得球粒的粒径加粗；

S13：粒径筛分，将S12中得到的球粒放入到筛分设备中进行筛分，得到符合大小要求的球粒。

3.根据权利要求2所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S13中筛出的粒径偏小的球粒，再次进入到S12步骤中，并对小球粒进行粒径加粗处理。

4.根据权利要求2所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S13中筛出的粒径偏大的球粒，则进入到擦碎机中进行擦碎，擦碎后的粉末再次进入到步骤S11中进行制球粒。

5.根据权利要求1所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S21中的粉末介质的体积大于球粒的体积。

6.根据权利要求1所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S22中的压力设备为油压机或冷等静压机。

7.根据权利要求1所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述S3的烧结包括以下步骤：

S31：添加耐高温介质粉末，将S23中得到的球粒放入到容器中，然后添加耐高温介质粉末，然后混合均匀，使得球粒被耐高温介质粉末包围，形成球粉混合体；

S32：高温烧结：将S31中的容器中的球粉混合体放入到高温烧结炉中进行煅烧；

S33：筛分，将煅烧好的球粉混合体进行冷却，然后在放入到筛分设备中进行筛分，得到球粒。

8.根据权利要求7所述的一种粉末冶金球粒的生产方法，其特征在于：所述耐高温介质粉末的熔点高于球粒的熔点。