CN101451222A - 金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统 - Google Patents

Abstract

金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，所述金属玻璃材料的制备方法如下：将Fe、Zr、Ni等多种金属元素中的几种或者全部根据预定的原子百分比配好，搅拌混合在一起放入炉中高温熔炼，至所有金属元素熔炼成母合金，再先后经高温核化和高温晶化，最后使各金属元素微晶均匀析出成型，该金属元素金属玻璃材料不仅具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损和高强度、低热胀的特点，而且使用寿命比现有的金属材料高2－5倍，重量轻3/5－1/2，价格低，使用价值高，特别适用于特殊工业领域。

Description

金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统

所属技术领域：

本发明涉及一种金属玻璃材料，特别是金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，属金属材料实用技术领域。

背景技术：

由于传统金属材料在特殊工业使用中常因无法抵抗介质恶劣性能，而不能提高生产产量和降低成本，金属化工材料自二十世纪九十年代起开始得到重视和研究，特别是金属玻璃材料已在国内外军事航天领域得到应用。但是，目前在国内化工、冶金、矿山等行业还没有发现应用金属玻璃材料。

而目前，公知的工业阀门所用的耐腐蚀材料多为316L不锈钢和衬四氟材料，耐高温材料多为WC9高温钢和外接水冷却管线，耐磨损材料多为衬陶瓷和内喷STL材料。但是，由于耐腐蚀耐磨损的性能都不是很强，因而都无法长期应用，使用寿命短，有的造价很高，有的在短时间内就出现质量问题，远远满足不了市场的实际需求。

同样，目前，公知的工业生产流程中与阀门相连接的控制管件所用的耐腐蚀材料多为316L不锈钢和衬四氟材料，耐高温材料多为WC9高温钢和外接水冷却管线，耐磨材料多为衬陶瓷和内喷STL材料。但是，同理都无法长期应用，使用寿命短，有的造价还很高，有的在短时间内就出现质量问题，远远满足不了市场的实际需求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有高强度、高弹性、高韧性和高抗腐蚀性的金属元素合成金属玻璃材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供运用所述金属玻璃材料的阀门系统，其中包括各种阀门和与阀门相连接的若干管件。

本发明提供了一种金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，所述金属玻璃材料的制备方法如下：将Fe、Zr、Ni等多种金属元素中的几种或者全部根据预定的原子百分比配好，搅拌混合在一起放入炉中高温熔炼，至所有金属元素熔炼成母合金，再先后经高温核化和高温晶化，最后使各金属元素微晶均匀析出成型。

该金属玻璃材料的组成金属元素还包括：Cu、be、Ti、AL、Co、Y、Cr、B、p、Nb、w、Mn、Mo、C等。

该金属玻璃材料的组成元素熔炼温度约为1650℃～1750℃。

该金属玻璃材料的高温核化温度为800℃-900℃，其高温晶化温度为700℃-800℃。

该金属玻璃材料的组成元素及含量原子百分比包括如下八例：

例1：Zr58％、Cu20％、Ni10％、Ti5％、be5％、C2％

例2：Zr55％、Ni10％、Cu17％、AL10％、Nb4％、be2％、Ti2％、C1.5％

例3：ni40％、Cu18％、Zr33％、Ti4％、Nb5％

例4：ni50％、mo25％、nb5％、Cr15％、p10％

例5：Fe45％、Cr5％、Co5％、Mo12.5％、Mn11％、C14％、B6％、Y1.5％

例6：Fe68％、Cr11％、p15％、C6％

例7：Fe60％、Co2％、Zr20％、Mo8％、w4％、B5％

例8：Fe50％、Ni30％、Co2％、Mo8％、w4％、Zr6％

使用所述的金属玻璃材料制做阀门系统的过程中通常包括粉压制作法和模型浇压铸法两种制作方法。

使用该材料的阀门系统包括球阀、闸阀、浆料阀等阀门，其阀门的NPT螺纹、阀体、阀杆、阀芯、压兰皆采用金属玻璃材料构成，即使用该材料的阀门系统通常并非所有部件皆采用所述金属玻璃材料，而是只有部分结构，通常是需要经常与高酸，高碱等流体接触的部件和结构使用所述金属玻璃材料。

使用该材料的阀门系统还进一步包括其设有端口可与各种不同的阀门相连接的金属玻璃管件，包括直通管、三通管和角弯管等。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出特点和优点：本发明的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其金属玻璃材料的断裂强度达3500mpa，比一般钢的强度高6倍；弹性也比一般金属好，弯曲形变可达50％以上；同时具有较高的韧性，当断裂强度为2600mpa时，仍可进行形变30％-50％的冷轧钢加工，维氏硬度HV可达1000mpa时，相当于高硬度工具钢水平，另外含Cr的铁基金属玻璃其抗腐蚀性能优于不锈钢材料。因此，本发明的一种金属元素合成玻璃材料不仅具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损和高强度、低热胀的特点，而且使用寿命比现有金属材料高2-5倍，重量轻3/5-1/2，价格低，使用价值高，特别适用于特殊工业领域，使用该材料的阀门系统就是该材料优越性的充分体现，也使得本发明的阀门系统比普通的阀门系统具有上述所有的优越性，耐腐蚀，耐磨，耐热等。

附图说明

图1为本发明金属玻璃材料生产的工艺流程图。

图2为本发明使用该金属玻璃材料的阀门的球阀的结构示意图。

图3为本发明使用该金属玻璃材料的阀门的浆料阀的结构示意图。

图4为本发明使用该金属玻璃材料的阀门的闸阀的结构示意图。

图5为本发明使用该金属玻璃材料的与各阀门相连接的金属玻璃管件的直通管示意图。

图6为本发明使用该金属玻璃材料的与各阀门相连接的金属玻璃管件的三通管示意图。

图7为本发明使用该金属玻璃材料的与各阀门相连接的金属玻璃管件的角弯管示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明的金属玻璃材料，在生产工程中，首先把金属玻璃材料按照需求把配方上所需各种金属元素的重量秤好(对金属玻璃材料的性能的需求不同，金属元素的配方也不同，可以根据需要做适当的更改)，再用搅拌机把各种金属元素搅拌均匀，在使用金属玻璃材料的制作各种阀门(包括球阀、浆料阀、闸阀等)的部分结构时通常有2种比较成熟的制作方法，1，模型浇压铸法；先将所需结构产品模具和模芯加温至500—600度，再将烧炼1700度左右金属玻璃材料浇入模型内速将模芯压入模具内，即将模芯拉出打开摸型产品已成型。2，粉压制作法；将金属玻璃材料碎磨成粉状350目，将产品所需金属玻璃粉，用天平秤其所需的重量，将模具加温至1260度，打开模具将金属玻璃粉倒入模具内用压机压紧15分钟，后打开成型，将2种方法的半成品放到温度650度退火炉内经2小时恒温后，把温度慢慢降至100度左右即可，半成品冷却后用专用设备粗加工成设计所需的尺寸，再把半成品放进晶化炉进行850度核化1小时，立即调温到750度晶化2小时，使各金属元素微晶均匀析出成长，降温后再把半成品经过专用设备精加工成标准尺寸，等装配试压。

即：具体的根据需要将Fe、Zr、Ni、Cu、be、Ti、AL、Co、Y、Cr、B、p、Nb、w、Mn、Mo、C等金属元素根据规定的原子百分比(见如下八例)配好，搅拌混合一起放入炉中熔炼，熔炼温度1650℃～1750℃，至所有金属元素熔炼成母合金，然后根据所需材料的要求，浇铸和拉丝成型，再先后经高温850℃核化和高温750℃晶化，最后使各金属元素微晶均匀析出成型。当然可根据使用材料性能的不同，变动各金属元素成份含量。

例1：Zr58％、Cu20％、Ni10％、Ti5％、be5％、C2％

例2：Zr55％、Ni10％、Cu17％、AL10％、Nb4％、be2％、Ti2％、C1.5％

例3：ni40％、Cu18％、Zr33％、Ti4％、Nb5％

例4：ni50％、mo25％、nb5％、Cr15％、p10％

例5：Fe45％、Cr5％、Co5％、Mo12.5％、Mn11％、C14％、B6％、Y1.5％

例6：Fe68％、Cr11％、p15％、C6％

例7：Fe60％、Co2％、Zr20％、Mo8％、w4％、B5％

例8：Fe50％、Ni30％、Co2％、Mo8％、w4％、Zr6％

而所述使用该材料的阀门系统包括各种(或者是多种)金属玻璃阀门，如包括球阀11、浆料阀12、闸阀13等及与各阀门相连接的多种金属玻璃管件，分别具体叙述如下：为了克服现有的工业阀门寿命短、质量差的不足，本发明提供一种金属玻璃阀门，本实施例中以球阀11、浆料阀12和闸阀13为例，所述部分结构使用金属玻璃材料的金属玻璃阀门，即其阀门的阀体、阀芯、压兰等与外界物质接触的部件和结构皆可以采用金属玻璃材料构成，其不仅耐腐蚀、耐高温、而且耐磨损；其包括NPT螺纹、阀体102、阀杆103、阀芯104、压兰105等(如图2、图3、图4所示)，而这些部件经常与所工作的流体接触，因此采用的是由Fe、Zr、Ni、Cu、be、Ti、AL、Co、Y、Cr、B、p、Nb、w、Mn、Mo、C等多种金属元素经上述操作过程高温加工而成的金属玻璃材料，使其耐腐蚀比316L不锈钢高3倍，耐高温800度，低热胀，耐磨损比玻璃陶瓷高1.3倍。

具体的材料性能如下：

抗弯强度(公斤/厘米2)                   4200

维氏角锥压入硬度(公斤/厘米2)           540

吸水率                                 0

气孔率                                 不透气

比重                                   3.9

最高工作温度                           800℃

在酸中持续4小时的溶解度失重(％)

10％H2SO4                              0.095

100％HF                                0.29

耐磨硬度                               HRC60—HRC64

热膨胀系数800℃                        57*10-7度-1

该使用金属玻璃材料的金属玻璃阀门的有益效果是：其既可以解决更高度耐腐蚀、耐高温、耐磨这一难题，又有钢一样韧性和抗弯强度，能満足特殊恶劣环境工业管线流程的控制要求，使用寿命比一般阀门提高2—5倍，产品重量轻，结构简单，外表美观，造价低，使用价值高。

另外，使用该材料的阀门系统还进一步包括其设有端口可与各种不同的阀门相连接的金属玻璃管件，即跟所述的金属玻璃阀门相连接的金属玻璃管件，为了克服现有的工业生产流程控制管件质量差、使用寿命短的不足，本发明提供一种使用所述金属玻璃材料的金属玻璃管件，本实施例中以直通管201、三通管202及角弯管203为例，所述金属玻璃管件不仅耐腐蚀、耐高温、耐磨损，而且适用于工业管线物料输送领域；其构造成份同样采用的是由Fe、Zr、Ni、Cu、be、Ti、AL、Co、Y、Cr、B、p、Nb、w、Mn、Mo、C等多种金属元素经高温加工而成的金属玻璃材料，其横断面为圆形，内壁光滑，端口可与各种不同的阀门相连接。

其材料的具体性能亦可以如下：

抗弯强度(公斤/厘米2)                    4200

维氏角锥压入硬度(公斤/厘米2)            540

吸水率                                  0

气孔率                                  不透气

比重                                    3.9

最高工作温度                            800℃

在酸中持续4小时的溶解度失重(％)

10％H2SO4                               0.095

100％HF                                 0.29

耐磨硬度                                HRC60—HRC64

热膨胀系数800℃                         57*10-7度-1

其有益效果同样是：完全可以解决更高度耐腐蚀、耐高温、耐磨损问题，使用寿命比一般的管件提高2—5倍，产品重量轻，结构简单，外表美观，造价低，使用价值高。

总之，本发明的一种金属元素合成玻璃材料及使用该材料的阀门系统不仅具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损和高强度、低热胀的特点，而且使用寿命比现有金属材料的普通装置高2-5倍，重量轻3/5-1/2，价格低，使用价值高，特别适用于特殊工业领域。

当然以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明的技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

Claims (10)

1、金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，所述金属玻璃材料的制备方法如下：将Fe、Zr、Ni等多种金属元素中的几种或者全部根据预定的原子百分比配好，搅拌混合在一起放入炉中高温熔炼，至所有金属元素熔炼成母合金，再先后经高温核化和高温晶化，最后使各金属元素微晶均匀析出成型。

2、根据权利要求1所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，该金属玻璃材料的组成金属元素还包括：Cu、be、Ti、AL、Co、Y、Cr、B、p、Nb、w、Mn、Mo、C等。

3、根据权利要求1-2之一所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，该金属玻璃材料的组成元素熔炼温度约为1650℃～1750℃。

4、根据权利要求1-3之一所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，该金属玻璃材料的高温核化温度为800℃-900℃，其高温晶化温度为700℃-800℃。

5、根据权利要求1-2之一所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于，该金属玻璃材料的组成元素及含量原子百分比包括如下八例：

1：Zr 58％、Cu 20％、Ni 10％、Ti 5％、be 5％、C 2％

2：Zr 55％、Ni 10％、Cu 17％、AL 10％、Nb 4％、be 2％、Ti 2％、C 1.5％

3：ni 40％、Cu 18％、Zr 33％、Ti 4％、Nb 5％

4：ni 50％、mo 25％、n b5％、Cr 15％、p 10％

5：Fe 45％、Cr 5％、Co 5％、Mo 12.5％、Mn 11％、C 14％、B 6％、Y 1.5％

6：Fe 68％、Cr 11％、p 15％、C 6％

7：Fe 60％、Co 2％、Zr 20％、Mo 8％、w 4％、B 5％

8：Fe 50％、Ni 30％、Co 2％、Mo 8％、w 4％、Zr 6％

6、根据权利要求1所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于：使用该材料的阀门系统只有部分结构使用所述金属玻璃材料。

7、根据权利要求1所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于：使用所述的金属玻璃材料制作阀门系统的过程中通常包括粉压制作法和模型浇压铸法两种制作方法。

8、根据权利要求1所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于：使用该材料的阀门系统包括球阀、闸阀、浆料阀等阀门，其阀门的阀体、阀芯、压兰等与外界物质接触的部件和结构皆可以采用金属玻璃材料构成。

9、根据权利要求1所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于：使用该材料的阀门系统还进一步包括其设有端口可与各种不同的阀门相连接的金属玻璃管件。

10、根据权利要求9所述的金属玻璃材料及使用该材料的阀门系统，其特征在于：所述金属玻璃管件包括直通管、三通管和角弯管等。

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