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

一种耐酸阀门用粉末冶金材料及其制备方法
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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