CN101701306A

CN101701306A - 一种含硼高硅蒙乃尔合金及其制备方法

Info

Publication number: CN101701306A
Application number: CN200910309808A
Authority: CN
Inventors: 邹军涛; 韩昶; 梁淑华; 范志康
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2009-11-16
Publication date: 2010-05-05

Abstract

本发明公开的一种含硼高硅蒙乃尔合金，按照质量百分比，由以下组分组成：Cu：28.0％-30.0％，Fe：0-2.0％，Mn：0-1.0％，Si：3.5％-4.5％，B：0.01％-0.10％，余量为Ni，各组分的质量百分比之和为100％。制备该合金的方法，首先按照以上配比称取合金粉末，将称取的合金粉末放入混料机内搅拌6-10小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将装有块状合金材料的氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼，得到含硼高硅蒙乃尔合金。本发明含硼高硅蒙乃尔合金及其制备方法，解决了现有的高硅蒙乃尔合金由于枝晶偏析导致机械性能、抗腐蚀性能和工艺性能不好的问题。

Description

一种含硼高硅蒙乃尔合金及其制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种高硅蒙乃尔合金，具体涉及一种含硼高硅蒙乃尔合金，本发明还涉及该含硼高硅蒙乃尔合金的制备方法。

背景技术

高硅蒙乃尔合金是以金属镍为主，金属铜为辅的镍合金，其中Si占3.5％-4.5％(wt％)。高硅蒙乃尔合金特别适合于高强度及承受强腐蚀介质作用的使用场合，如航空、航海、化工设备等的零件。但由于该合金主要组元Ni和Cu极易氧化和吸气，因而在凝固时，会形成大量的气孔或在晶界上生成大量的夹杂物，导致合金性能严重下降，严重制约该合金应用范围。为解决蒙乃尔合金在高温条件下的吸气和氧化问题，在其熔炼过程中，把合金的含气量和氧化程度降低到最低水平是熔炼的关键之一。同时，由于铜的熔点(1083℃)和镍的熔点(1453℃)相差很大，用普通工艺熔炼法制备的高硅蒙乃尔合金，都会产生枝晶偏析现象，枝晶偏析对材料的机械性能、抗腐蚀性能和工艺性能都不利。

发明内容

本发明的目的是提供一种含硼高硅蒙乃尔合金，解决了现有的高硅蒙乃尔合金由于枝晶偏析导致机械性能、抗腐蚀性能和工艺性能不好的问题。

本发明的另一目的是提供一种制备上述含硼高硅蒙乃尔合金的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种含硼高硅蒙乃尔合金，按照质量百分比，由以下组分组成：Cu：28.0％-30.0％，Fe：0-2.0％，Mn：0-1.0％，Si：3.5％-4.5％，B：0.01％-0.10％，余量为Ni，各组分的质量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一技术方案是：一种制备含硼高硅蒙乃尔合金的方法，具体按照以下步骤实施：

按照质量百分比，称取28.0％-30.0％的Cu粉，0-2.0％的Fe粉，0-1.0％的Mn粉，3.5％-4.5％的Si粉，0.01％-0.10％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将称取的合金粉末放入混料机内搅拌6-10小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将装有块状合金材料的氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

本发明的特点还在于，其中的将装有块状合金材料的氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼，熔炼工艺为：温度在20分钟-30分钟内由室温升到300℃-400℃，再在30分钟-40分钟内由300℃-400℃升到1000℃-1100℃，最后在40分钟-50分钟内由1000℃-1100℃升到1350℃-1450℃，保温30分钟-60分钟，随炉冷却至室温。

本发明的有益效果是，采用金属粉末冶金工艺可以有效的避免枝晶偏析的产生。硼元素作为合金的“维生素”，在合金中可以起到强烈的变质剂的作用。另外，硼的固溶度很小，容易在晶界偏聚，阻碍晶粒长大降低界面能，促使生核，起到细化晶粒作用。加入适量的硼也有利于改变晶界上第二相的形态，使之更易于球化，提高晶界强度，从而提高合金综合力学及耐腐蚀性能等。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明含硼高硅蒙乃尔合金，按照质量百分比，由以下组分组成：

Cu：28.0％-30.0％，Fe：0-2.0％，Mn：0-1.0％，Si：3.5％-4.5％，B：0.01％-0.10％，余量为Ni，各组分的质量百分比之和为100％。

硼元素作为合金的“维生素”，在合金中可以起到强烈的变质剂的作用。硼大量偏聚于晶界，能改变界面能量，有利于改变晶界上第二相的形态，使之更易于球化，提高晶界强度。在高温合金方面，硼在GH761合金中主要通过在晶界偏聚，影响晶界扩散和析出，进而对合金的持久和蠕变性能产生强化作用。在铜合金方面，微量硼的加入使黄铜、铝青铜和白铜的晶粒都明显细化，从而导致强度提高。微量硼对HPb59-1具有很强的变质细化作用，能够完全消除柱状晶，并使晶粒尺寸由mm级细化至肉眼不可分辨。硼对黄铜铸态组织的晶粒细化作用，只有在质量分数为0.15wt％左右时对铸态组织的细化效果最好，硼的细化晶粒的作用，在含量达到某一值后才能显示其效果。硼在合金中起到了变质剂的作用，由于在凝固过程或凝固前形成针状相及块状相，部分地起到了均质形核的作用。硼的固溶度很小，容易在晶界上聚集，阻碍晶粒长大降低界面能，促进生核，也起到细化晶粒的作用。对锡黄铜来说，硼含量在0.01-0.07％范围内耐蚀性最好。故本发明中硼的质量百分比0.01％-0.10％是最佳含量。

本发明制备含硼高硅蒙乃尔合金的方法，具体按照以下步骤实施：

按照质量百分比，称取28.0％-30.0％的Cu粉，0-2.0％的Fe粉，0-1.0％的Mn粉，3.5％-4.5％的Si粉，0.01％-0.10％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将上述合金粉末放入混料机内搅拌6-10小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼。熔炼采用ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉，熔炼工艺为：温度在20分钟-30分钟内由室温升到300℃-400℃，再在30分钟-40分钟内由300℃-400℃升到1000℃-1100℃，最后在40分钟-50分钟内由1000℃-1100℃升到1350℃-1450℃，保温30分钟-60分钟，随炉冷却至室温，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

实施例1

按照质量百分比，称取28.0％的Cu粉，2.0％的Fe粉，1.0％的Mn粉，3.5％的Si粉，0.01％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将上述合金粉末放入混料机内搅拌6小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼。熔炼采用ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉，熔炼工艺为：温度在20分钟内由室温升到300℃，再在30分钟内由300℃升到1000℃，最后在40分钟内由1000℃升到1350℃，保温30分钟，随炉冷却至室温，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

实施例2

按照质量百分比，称取30.0％的Cu粉，0.5％的Mn粉，4.5％的Si粉，0.03％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将上述合金粉末放入混料机内搅拌10小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼。熔炼采用ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉，熔炼工艺为：温度在30分钟内由室温升到400℃，再在40分钟内由400℃升到1100℃，最后在50分钟内由1100℃升到1450℃，保温60分钟，随炉冷却至室温，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

实施例3

按照质量百分比，称取29％的Cu粉，1.0％的Fe粉，4.0％的Si粉，0.05％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将上述合金粉末放入混料机内搅拌8小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼。熔炼采用ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉，熔炼工艺为：温度在25分钟内由室温升到350℃，再在35分钟内由350℃升到1050℃，最后在45分钟内由1050℃升到1400℃，保温40分钟，随炉冷却至室温，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

实施例4

按照质量百分比，称取30.0％的Cu粉，1.5％的Fe粉，1.0％的Mn粉，4.0％的Si粉，0.10％的B粉，余量为Ni粉，各组分的质量百分比之和为100％，将上述合金粉末放入混料机内搅拌10小时使合金粉末充分搅拌均匀，然后压制成块状置入氧化铝坩埚中，将氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼。熔炼采用ZRS-18Q型微机程控真空高温烧结炉，熔炼工艺为：温度在30分钟内由室温升到400℃，再在30分钟内由400℃升到1100℃，最后在40分钟内由1100℃升到1350℃，保温30分钟，随炉冷却至室温，得到含硼高硅蒙乃尔合金。

表1普通高硅蒙乃尔合金和本发明制备的含硼高硅蒙乃尔合金性能对比表

序号	材料名称	硬度(HB)	腐蚀介质溶液	腐蚀速度V(mm/a)	耐蚀性等级
序号	材料名称	硬度(HB)	腐蚀介质溶液	腐蚀速度V(mm/a)	耐蚀性等级		普通高硅蒙乃尔	325	海水(3.5wt％NaCl)	0.009	3
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.003	2		普通高硅蒙乃尔	325	海水(3.5wt％NaCl)	0.009	3
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.003	2				酸(80wt％HF)	0.266	6
实施例1	含0.01％B高硅蒙乃尔	335	海水(3.5wt％NaCl)	0.003	2				酸(80wt％HF)	0.266	6
实施例1	含0.01％B高硅蒙乃尔	335	海水(3.5wt％NaCl)	0.003	2				硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.002	2
			酸(80wt％HF)	0.120	6				硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.002	2
			酸(80wt％HF)	0.120	6	实施例2	含0.03％B高硅蒙乃尔	344	海水(3.5wt％NaCl)	0.002	2
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.0009	1	实施例2	含0.03％B高硅蒙乃尔	344	海水(3.5wt％NaCl)	0.002	2
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.0009	1				酸(80wt％HF)	0.088	5
实施例3	含0.05％B高硅蒙乃尔	331	海水(3.5wt％NaCl)	0.006	3				酸(80wt％HF)	0.088	5

序号	材料名称	硬度(HB)	腐蚀介质溶液	腐蚀速度V(mm/a)	耐蚀性等级
序号	材料名称	硬度(HB)	腐蚀介质溶液	腐蚀速度V(mm/a)	耐蚀性等级				硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.002	2
			酸(80wt％HF)	0.124	6				硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.002	2
			酸(80wt％HF)	0.124	6	实施例4	含0.10％B高硅蒙乃尔	329	海水(3.5wt％NaCl)	0.007	3
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.003	2	实施例4	含0.10％B高硅蒙乃尔	329	海水(3.5wt％NaCl)	0.007	3
			硫化物(3.5wt％Na₂S)	0.003	2				酸(80wt％HF)	0.135	6

表1为普通高硅蒙乃尔合金和本发明四个实施例制备的含硼高硅蒙乃尔合金性能对比，从表1中可以看出，和普通高硅蒙乃尔合金相比，采用本发明方法制作的含硼高硅蒙乃尔合金硬度较高，且耐蚀性较好。

本发明含硼高硅蒙乃尔合金及其制作方法，采用金属粉末冶金工艺可以有效的避免枝晶偏析的产生。硼元素作为合金的“维生素”，在合金中可以起到强烈的变质剂的作用。另外，硼的固溶度很小，容易在晶界偏聚，阻碍晶粒长大降低界面能，促使生核，起到细化晶粒作用。加入适量的硼也有利于改变晶界上第二相的形态，使之更易于球化，提高晶界强度，从而提高合金综合力学及耐腐蚀性能等。

Claims

1.一种含硼高硅蒙乃尔合金，其特征在于，按照质量百分比，由以下组分组成：Cu：28.0％-30.0％，Fe：0-2.0％，Mn：0-1.0％，Si：3.5％-4.5％，B：0.01％-0.10％，余量为Ni，各组分的质量百分比之和为100％。

2.一种制备权利要求1所述的含硼高硅蒙乃尔合金的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

3.根据权利要求2所述的含硼高硅蒙乃尔合金的制备方法，其特征在于，所述的将装有块状合金材料的氧化铝坩埚放入真空炉中进行熔炼，熔炼工艺为：温度在20分钟-30分钟内由室温升到300℃-400℃，再在30分钟-40分钟内由300℃-400℃升到1000℃-1100℃，最后在40分钟-50分钟内由1000℃-1100℃升到1350℃-1450℃，保温30分钟-60分钟，随炉冷却至室温。