CN104550921A - 一种铁基粉末冶金阀门材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁基粉末冶金阀门材料,由下列重量份的原料制成硬脂酸硼0.2-0.3、三氧化二镧1.1-1.5、TiC6.4-7.3、Ni粉14.6-15.8、Zr粉1.1-1.8、Nb粉3.1-3.9、锆英石粉2.8-3.2、纳米三氧化二钨5.8-6.3、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3.5-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-55、润湿助剂2-3、铁粉62-66;本发明阀门材料组织均匀,增加了强度和韧性;通过添加锆英石粉、纳米三氧化二钨,增加了阀门的耐热性,降低了热膨胀系数,提高了耐腐蚀性和硬度。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域,尤其涉及一种铁基粉末冶金阀门材料及其制备方法。
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铁基粉末冶金阀门材料及其制备方法,该阀门材料耐热性好,热膨胀系数低,耐腐蚀性好,硬度高。
本发明的技术方案如下:
一种铁基粉末冶金阀门材料,其特征在于由下列重量份的原料制成硬脂酸硼0.2-0.3、三氧化二镧1.1-1.5、TiC6.4-7.3、Ni粉14.6-15.8、Zr粉 1.1-1.8、Nb粉3.1-3.9、锆英石粉2.8-3.2、纳米三氧化二钨5.8-6.3、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3.5-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-55、润湿助剂2-3、铁粉62-66;
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。
所述铁基粉末冶金阀门材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将三氧化二镧、锆英石粉、TiC、纳米三氧化二钨混合,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Nb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)将第(3)步得到的粉末与其他剩余成分混合、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;通过添加锆英石粉、纳米三氧化二钨,增加了阀门的耐热性,降低了热膨胀系数,提高了耐腐蚀性和硬度;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
一种铁基粉末冶金阀门材料,由下列重量份(公斤)的原料制成硬脂酸硼0.2、三氧化二镧1.3、TiC6.8、Ni粉15.2、Zr粉 1.3、Nb粉3.5、锆英石粉3、纳米三氧化二钨6.1、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4、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液48、润湿助剂2.5、铁粉64;
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。
所述铁基粉末冶金阀门材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将三氧化二镧、锆英石粉、TiC、纳米三氧化二钨混合,加入3.5倍重量份的1%碳酸钠溶液中,加热至45℃,搅拌13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13分钟,加热至65℃,再加入Nb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)将第(3)步得到的粉末与其他剩余成分混合、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94.87%,空隙率9.66%,断裂韧性为13.5MPa·m1/2,抗压强度为154MPa,抗弯强度为490MPa。
Claims (2)
1.一种铁基粉末冶金阀门材料,其特征在于由下列重量份的原料制成硬脂酸硼0.2-0.3、三氧化二镧1.1-1.5、TiC6.4-7.3、Ni粉14.6-15.8、Zr粉 1.1-1.8、Nb粉3.1-3.9、锆英石粉2.8-3.2、纳米三氧化二钨5.8-6.3、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3.5-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-55、润湿助剂2-3、铁粉62-66;
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所述铁基粉末冶金阀门材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将三氧化二镧、锆英石粉、TiC、纳米三氧化二钨混合,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Nb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)将第(3)步得到的粉末与其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工,即得。
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