【氮基气氛中材料的脱硫与氮吸收】
自20世纪70年代中期以来，氮和氮基气氛的应用日渐广泛。但在使用含有H2或CO的氮基气氛进行烧结时，由于其中的H2或CO与压坯中的硫发生反应，造成含硫或者MnS的制品脱硫。脱硫不但会恶化制品的机加工性能，增加刀具磨损，而且反应生成物H2S会与马弗和传送带反应，降低它们的使用寿命。另外，当使用H2-N2气氛对铁基压坯进行烧结时，有相当数量的原子氮溶解在材料中，过量的氮造成耐腐蚀性能的下降和在某些情况下力学性能的恶化。对于烧结不锈钢和磁钢性能的影响尤其如此。因此，研究在氮基气氛烧结中压坯的脱硫和氮吸收问题日渐重要。
铁基零件在烧结过程中的脱硫 当含硫的粉末压坯在含氢的氮基气氛中烧结时，压坯中的硫与气氛中的氢反应生成H2S，这是零件在烧结时脱硫的主要原因。当烧结气氛中含CO时，有些CO被硫还原生成SO2，这是烧结零件时脱硫的又一原因。试验结果表明，烧结零件的性能与烧结气氛中可燃成分(H2和CO)的含量有关。为了改善烧结铁基零件的机加工性能，向铁粉中添加MnS比添加硫有利，因为在烧结过程中MnS比较稳定，对烧结零件性能的影响比较小。1．在H2-N2气氛中烧结。(1)零件中的硫含量与烧结气氛中氢含量的关系。用Hoganas的NC100．24铁粉+0．5%S压制的压坯，在由不同含量的N2、H2组成的混合气氛中烧结时，随着气氛中氢含量增加，烧结零件中的硫含量降低。(2)零件中的硫含量与烧结气氛中H2／H2O比的关系。用分别加有0．5%S和1%S的海绵铁粉(MH－1024)和加有0．4%S的雾化铁粉(1000M)，再分别混入0．6%石墨和0．75%硬脂酸锌，前者的压制密度为6g／cm3，后者的压制密度为6．6g／cm3。进行压坯硫含量与烧结气氛中H2／H2O比的关系试验，结果表明上述3种粉末的硫含量与H2／H2O比的关系曲线无明显差别。(3)从零件表面至内部硫的梯度。当在含氢特别是含氢量较高的气氛中烧结含硫的粉末压坯时，从零件表面至内部形成硫的梯度，烧结件表面硫的损失较中心多。将粉末冶金零件压坯在不同氢含量的气氛中烧结时，从表面至心部硫的梯度随烧结气氛中氢含量的增加而加大；在氢含量比较低的气氛中烧结时，硫的梯度不明显。(4)烧结气氛的氢含量及压坯硫含量对烧结压坯尺寸变化的影响。试验条件如(2)所述，在氢含量较低(约5%)的气氛中烧结时，海绵铁粉压坯的尺寸变化极微，而雾化铁粉压坯的尺寸变化比较大。海绵铁粉混合料中含有数量较多的硫，有助于形成液相烧结，使制品的收缩率较大。当烧结气氛中的氢含量由较低值(约5%)开始增加(到约15%)时，含1%S的海绵铁粉压坯尺寸明显长大，此后趋于稳定或下降，气氛增加到接近100%H2时，尺寸长大略有减小，这可能是由于氢分压高时脱碳所致。2．在N2－CH3OH(甲醇)气氛中烧结。试验用了4种海绵铁粉制成的混合粉，即含有1%S和0．5%S的AMH－1024M粉及含有0．5%MnS和0．25%MnS的AMH－l00粉。每种混合粉均含有0．6%石墨和1．0%硬脂酸锌，压制密度为6．4g／cm3和6．6g／cm3，烧结温度为1120C，保温时间为30min，烧结气氛为分解氨或者不同含量的氮和分解甲醇所组成的氮基气氛(此时N2+CH3OH→N2+2H2+CO)，其成分如表1所示。(1)硫损。当烧结气氛中甲醇由30%下降到10%(即H2和CO含量降低)时，硫损率明显降低；在分解氨气氛中(H2含量最高)烧结时硫损率最高；含0．25%和0．5%MnS者，当烧结气氛的可燃成分比较低时，硫损率比较低，并且在整个气氛成分范围内，硫损率对于可燃成分浓度的变化不敏感；含1%硫者，在整个气氛成分范围内的硫损率最高(分解氨气氛中烧结例外)。(2)硬度。4种粉末的压坯，当烧结气氛中的甲醇由30%下降到10%时，硬度均降低；除AMH－1024(含1．0%硫)压坯外，在分解氨气氛中烧结的压坯，其硬度通常都低于在10%甲醇气氛中烧结的压坯，这可能是因为前者发生了脱碳；压制密度为6．6g／cm3的压坯，硬度通常高于6．4g／cm3密度的压坯。(3)尺寸变化。对于AMH－1 024M铁粉来说，含1．0%硫比含0．5%硫压坯的尺寸变化率大。这可能是由于硫含量较高时，液相烧结的程度和硫损率较高所致；在分解氨气氛中烧结时，所有含硫压坯的尺寸变化率都最大，这可能是由于硫损率最高所致；对于AMH－100铁粉来说，含MnS者在所有气氛中烧结时尺寸变化率都比较小，说明其受气氛中可燃成分含量的影响比较小。表1 烧结气氛成分 %
(北京市粉末冶金研究所郭庚辰高级工程师撰)