CN104550918A - 一种耐酸阀门用粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐酸阀门用粉末冶金材料,由下列重量份的原料制成:CeO?2-3、B2O3?1-1.5、硼酸铅1-1.5、硼酸锌2-2.5、磷化羰基铁粉2-3、Ni粉6-10、Mn粉1.5-2.5、Si3N45-8、聚乙烯基吡啶0.5-0.9、乙醇3-4、硅烷偶联剂kh-550?0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉72-76;本发明阀门材料能够耐受120℃以下的酸介质,能够输送酸性介质,而且强度高,能够承受公称压力≤32MPa的压力,摩擦因数和磨损率低、耐磨性能明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域,尤其涉及一种耐酸阀门用粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
阀门是在流体***中,用来控制流体的方向、压力、流量的装置,是使配管和设备内的介质(液体、气体、粉末)流动或停止并能控制其流量的装置。当阀门通过的介质和工况不一样时对阀门材质有着不同的要求,对材料的耐温性、耐腐蚀性、强度等性能有不同的要求。阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa 的超高压,工作温度从-270℃的超低温到1430℃的高温。
阀门材料可以用粉末冶金材料制作,但是普通铁粉末冶金材料耐热、耐腐蚀性较差,承重性差,强度、硬度、耐冲击性等力学性能不够高。在铁基粉末冶金材料中加入瓷粉等非金属相,可以改善材料的耐热性、耐腐蚀性,提高硬度,提高抗氧化性,提高抗蠕变性能。但是由于非金属相和金属相相容性差,易使成分出现偏析,组织均匀性差,强度不均匀,出现花斑,磨合性差,耐磨性差,不能承受较大的压力,热衰严重,抗裂纹性能差,抗冷热疲劳性能差,使用寿命短。
可以通过改变原料来改善铁基粉末冶金材料的性能,还可以通过改善非金属相和金属相的相容性来改善材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐酸阀门用粉末冶金材料及其制备方法,该阀门材料组织能够耐受120℃以下的酸介质,能够输送酸性介质,而且强度高,能够承受公称压力≤32MPa的压力,摩擦因数和磨损率低、耐磨性能明显提高。
本发明的技术方案如下:
一种耐酸阀门用粉末冶金材料,其特征在于由下列重量份的原料制成:CeO 2-3、B2O3 1-1.5、硼酸铅1-1.5、硼酸锌2-2.5、磷化羰基铁粉2-3、Ni粉6-10、Mn粉1.5-2.5、Si3N45-8、聚乙烯基吡啶0.5-0.9、乙醇3-4、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉72-76;
所述润湿助剂由下列重量份的原料制成:K2ZrF6 1-2、V2O52-3、纳米银0.8-1.4、TiN0.4-0.6、MoO3 3-4、纳米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2;制备方法为:将聚乙二醇加入水中,搅拌均匀后加入纳米银,搅拌20-30分钟,超声分散3-4分钟,再加入其它剩余成分,在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟,超声分散4-5分钟,在120-130℃油浴中搅拌至绝干,粉碎,过80目筛,即得。
所述耐酸阀门用粉末冶金材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将CeO、B2O3、硼酸铅、硼酸锌、磷化羰基铁粉、Si3N4混合,加入3-4倍重量份的1%碳酸钠溶液中,加热至40-50℃,搅拌10-15分钟,过滤,加入3-4倍重量份的水洗涤,重复洗涤2-3次,过滤,得到滤饼;
(2)将滤饼与润湿助剂混合,研磨30-40分钟,加入4-5倍重量份的水,加入硅烷偶联剂kh-550,搅拌10-15分钟,加热至60-70℃,再加入Mn粉、1.4-1.8重量份的铁粉,搅拌30-40分钟,过滤,在氢气氛围下喷雾干燥,粉碎,过130目筛,得到粉末;
(3)将第(2)步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中,加入聚乙二醇、次亚磷酸钠,加热至60-70℃,搅拌反应1-2个小时,过滤,用水洗涤至中性,通入氢气干燥,粉碎,得到粉末;
(4)将聚乙烯基吡啶加入乙醇中,加热搅拌至溶解,再与第(3)步得到的粉末、其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工,即得。
本发明的有益效果
本发明阀门材料能够耐受120℃以下的酸介质,能够输送酸性介质,而且强度高,能够承受公称压力≤32MPa的压力,摩擦因数和磨损率低、耐磨性能明显提高;本发明的制作工艺使得金属相与非金属相相互穿插,紧密结合,增加了非金属相与金属相的润湿性和粘结性,能够防止成分偏析,使得材料组织均匀,增加了强度和韧性;通过使用本发明的润湿助剂,能够增加金属对非金属相的润湿性能,增加阀门的疲劳强度和韧性。
具体实施方式
一种耐酸阀门用粉末冶金材料,由下列重量份(公斤)的原料制成:CeO 2.5、B2O3 1.3、硼酸铅1.3、硼酸锌2.3、磷化羰基铁粉2.4、Ni粉8、Mn粉2、Si3N46.5、聚乙烯基吡啶0.7、乙醇3.5、硅烷偶联剂kh-550 0.3、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液33、润湿助剂2.5、铁粉74;
所述润湿助剂由下列重量份(公斤)的原料制成:K2ZrF6 1.5、V2O52.5、纳米银1.1、TiN0.4-0.6、MoO3 3.5、纳米云母粉0.8、水9、聚乙二醇0.1;制备方法为:将聚乙二醇加入水中,搅拌均匀后加入纳米银,搅拌25分钟,超声分散3分钟,再加入其它剩余成分,在7500转/分下搅拌14分钟,超声分散5分钟,在125℃油浴中搅拌至绝干,粉碎,过80目筛,即得。
所述耐酸阀门用粉末冶金材料的制备方法,于包括以下步骤:
(1)将CeO、B2O3、硼酸铅、硼酸锌、磷化羰基铁粉、Si3N4混合,加入3.5倍重量份的1%碳酸钠溶液中,加热至45℃,搅拌14分钟,过滤,加入3.5倍重量份的水洗涤,重复洗涤3次,过滤,得到滤饼;
(2)将滤饼与润湿助剂混合,研磨35分钟,加入4.5倍重量份的水,加入硅烷偶联剂kh-550,搅拌14分钟,加热至65℃,再加入Mn粉、1.6重量份的铁粉,搅拌35分钟,过滤,在氢气氛围下喷雾干燥,粉碎,过130目筛,得到粉末;
(3)将第(2)步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中,加入聚乙二醇、次亚磷酸钠,加热至65℃,搅拌反应1.5个小时,过滤,用水洗涤至中性,通入氢气干燥,粉碎,得到粉末;
(4)将聚乙烯基吡啶加入乙醇中,加热搅拌至溶解,再与第(3)步得到的粉末、其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工,即得。
实验数据:
经测试该实施例阀门材料的硬度HB为64,致密度为96.21%,空隙率9.12%,断裂韧性为16.1MPa·m1/2,抗压强度为163MPa,抗弯强度为495MPa。
Claims (2)
1.一种耐酸阀门用粉末冶金材料,其特征在于由下列重量份的原料制成:CeO 2-3、B2O3 1-1.5、硼酸铅1-1.5、硼酸锌2-2.5、磷化羰基铁粉2-3、Ni粉6-10、Mn粉1.5-2.5、Si3N45-8、聚乙烯基吡啶0.5-0.9、乙醇3-4、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉72-76;
所述润湿助剂由下列重量份的原料制成:K2ZrF6 1-2、V2O52-3、纳米银0.8-1.4、TiN0.4-0.6、MoO3 3-4、纳米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2;制备方法为:将聚乙二醇加入水中,搅拌均匀后加入纳米银,搅拌20-30分钟,超声分散3-4分钟,再加入其它剩余成分,在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟,超声分散4-5分钟,在120-130℃油浴中搅拌至绝干,粉碎,过80目筛,即得。
2.根据权利要求1所述耐酸阀门用粉末冶金材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将CeO、B2O3、硼酸铅、硼酸锌、磷化羰基铁粉、Si3N4混合,加入3-4倍重量份的1%碳酸钠溶液中,加热至40-50℃,搅拌10-15分钟,过滤,加入3-4倍重量份的水洗涤,重复洗涤2-3次,过滤,得到滤饼;
(2)将滤饼与润湿助剂混合,研磨30-40分钟,加入4-5倍重量份的水,加入硅烷偶联剂kh-550,搅拌10-15分钟,加热至60-70℃,再加入Mn粉、1.4-1.8重量份的铁粉,搅拌30-40分钟,过滤,在氢气氛围下喷雾干燥,粉碎,过130目筛,得到粉末;
(3)将第(2)步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中,加入聚乙二醇、次亚磷酸钠,加热至60-70℃,搅拌反应1-2个小时,过滤,用水洗涤至中性,通入氢气干燥,粉碎,得到粉末;
(4)将聚乙烯基吡啶加入乙醇中,加热搅拌至溶解,再与第(3)步得到的粉末、其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工,即得。
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