CN102061418A

CN102061418A - 一种用于输油泵阀座的硬质合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102061418A
Application number: CN 201010595739
Authority: CN
Inventors: 江垚; 贺跃辉; 吝楠; 张端锋
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-05-18

Abstract

一种用于输油泵阀座的硬质合金材料，由下述组分组成：TiC、Ni、Mo、Fe、Co、C、WC。其制备方法，包括配料、球磨混合；压坯、烧结三个工序；本发明组分配比合理、制备工艺简单、操作方便、所制备的材料强度高、抗腐蚀性能好、耐磨性好，使用寿命长。可满足石油输油泵阀座的使用要求。

Description

一种用于输油泵阀座的硬质合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐腐蚀硬质合金金材料及其制备方法，具体是指一种用于输油泵阀座的硬质合金材料及其制备方法。

背景技术

硬质合金材料的生产是传统粉末冶金工艺，一般是通过混合，搅拌以及球磨原材料，制成混合粉末，然后将粉末在模具中成型，最后在一定气氛中以预定温度烧结得到合金。这样，以粉末冶金方法可以得到用传统熔铸法难以得到的金属和合金，另外粉末冶金方法也适用于低机加工性材料和形状复杂的零件。

在石油的生产过程和传输过程中，阀座一般被压配合在输油泵中，以防止石油或硫化氢等气体泄漏，所以阀座会受到阀体的撞击，发生摩擦而产生磨损，阀座直接接触石油、硫化氢气体，极易被这些介质腐蚀。这就要求阀座具有高硬度、高耐磨性、高抗腐蚀性等性能。传统的输油泵阀座材料主要为普通硬质合金、各类合金模具钢、工程塑料等。对普通硬质合金和合金模具钢而言，其抗腐蚀性能和耐磨性能往往较差，使用寿命较短。对工程塑料而言，其硬度等力学性能较差，这在很大程度影响了这种材料的使用环境，在高压等需要零部件承受较大力的环境中无法使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、制备工艺简单、操作方便、所制备的材料强度高、抗腐蚀性能好、耐磨性好的用于输油泵阀座的硬质合金材料及其制备方法。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料，由下述组份按重量百分比组成：

TiC 5～10％；

Ni 10～15％；

Mo 3～5％；

Fe 2～3％；

Co 1～2％；

C 1～2％；余量为WC。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，包括下述步骤：

第一步：配料、混合

按设计的硬质合金材料组分配比称取TiC、Ni、Mo、Fe、Co、C、WC，混合均匀，球磨；

第二步：压坯

在第一步所得混合料中加入成型剂，搅拌均匀、过筛后模压制成压坯；

第三步：烧结

将第二步所得压坯进行真空烧结或在氩气气氛中进行压力烧结，烧结温度为1400～1480℃，烧结1～2小时；随炉冷却后得到本发明用于输油泵阀座的硬质合金材料。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述WC、TiC的粒度为2-10μm；所述Ni、Mo、Fe、Co、C的粒度为1-2μm。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述模压压力为150～200MPa。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述成型剂由橡胶和石蜡按质量比以1∶(2～3)的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶(10～14)混合而成。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述球磨工艺为在滚筒式球磨机中球料比为(4～6)∶1，以20～40转/分钟的速度球磨20～40小时。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述过筛采用50～100目筛。

本发明一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法中，所述真空烧结的真空度为1×10^-1Pa～1Pa；所述氩气气氛中进行压力烧结时，炉压为5～8MPa。

本发明由于采用上述组分配比进行烧结，实现合金材料的高硬度和高强度的综合力学性能，利用TiC比WC具有更高的硬度和耐磨性，在保证基体硬度和韧性的前提下，添加一定量的TiC可以有效提高基体的耐磨能力；Ni的添加提高了材料的抗腐蚀能力；Mo的添加改善了Ni与WC的润湿性提高了材料的硬度与韧性。

与现有常规WC基体硬质合金相比，本发明具有以下优点：

1、由于该体系硬质合金具有具有优良的力学性能、耐磨性能和抗腐蚀性能，采用此种硬质合金，可以大幅改进输油泵阀座的力学性能、耐磨性能和抗腐蚀性能，提高了阀座的使用寿命，有利于其在苛刻环境下使用。

2、Ni粉较之Co粉价格低廉，使用Ni作为材料体系的主要粘接相，降低了生产成本；此外WC-Ni硬质合金的抗腐蚀能力强于WC-Co硬质合金。

综上所述，本发明组分配比合理、制备工艺简单、操作方便、所制备的材料强度高、抗腐蚀性能好、耐磨性好，使用寿命长。可满足石油输油泵阀座的使用要求。

具体实施方式

实施例1

选择粒度为2～4μm的WC和TiC粉末、1～2μm的Ni、Mo、Fe、Co、C粉末作为原料，按78％WC+5％TiC+10％Ni+3％Mo+2％Fe+1％Co+1％C称取TiC、Ni、Mo、Fe、Co、C、WC，混合均匀，在滚筒式球磨机中球料比为4∶1，以30转/分钟的速度球磨20～25小时球磨、过50～100目筛；在过筛后所得混合料中加入由橡胶和石蜡按质量比以1∶2的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶10混合而成的成型剂，制粒后在150MPa模压制成压坯；将压坯在真空度为1×10^-1Pa的烧结炉中进行真空烧结，烧结温度为1400℃，烧结2小时后随炉冷却，得到本发明用于输油泵阀座的硬质合金材料。所制备的硬质合金的密度为12.5g·cm^-3，硬度为HRA85，抗弯强度为2300MPa。

实施例2

选择粒度为6～8μm的WC和TiC粉末、1～2μm的Ni、Mo、Fe、Co、C粉末作为原料，按72％WC+6％TiC+12％Ni+4％Mo+3％Fe+2％Co+1％C称取TiC、Ni、Mo、Fe、Co、C、WC，混合均匀，在滚筒式球磨机中球料比为5∶1，以30转/分钟的速度球磨28～30小时球磨、过50～100目筛；在过筛后所得混合料中加入由橡胶和石蜡按质量比以1∶2.5的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶12混合而成的成型剂，制粒后在180MPa模压制成压坯；将压坯置于炉压为5MPa的烧结炉中，在氩气保护气氛中进行压力烧结，烧结温度为1450℃，烧结1.5小时后随炉冷却，得到本发明用于输油泵阀座的硬质合金材料。所制备的硬质合金的密度为12.3g·cm^-3，硬度为HRA80，抗弯强度为2500MPa。

实施例3

选择粒度为8～10μm的WC和TiC粉末、1～2μm的Ni、Mo、Fe、Co、C粉末作为原料，按65％WC+10％TiC+15％Ni+4％Mo+3％Fe+2％Co+1％C称取TiC、Ni、Mo、Fe、Co、C、WC，混合均匀，在滚筒式球磨机中球料比为6∶1，以30转/分钟的速度球磨35～40小时球磨、过50～100目筛；在过筛后所得混合料中加入由橡胶和石蜡按质量比以1∶3的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶14混合而成的成型剂，制粒后在180MPa模压制成压坯；将压坯置于炉压为8MPa的烧结炉中，在氩气保护气氛中进行压力烧结，烧结温度为1480℃，烧结1小时后随炉冷却，得到本发明用于输油泵阀座的硬质合金材料。所制备的硬质合金的密度为11.1g·cm^-3，硬度为HRA73，抗弯强度为2000MPa。

Claims

1.一种用于输油泵阀座的硬质合金材料，由下述组份按重量百分比组成：

TiC 5～10％；

Ni 10～15％；

Mo 3～5％；

Fe 2～3％；

Co 1～2％；

C 1～2％；余量为WC。

2.制备如权利要求1所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的方法，包括下述步骤：

第一步：配料、混合

第二步：压坯

第三步：烧结

3.根据权利要求2所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述WC、TiC的粒度为2-10μm；所述Ni、Mo、Fe、Co、C的粒度为1-2μm。

4.根据权利要求3所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述模压压力为150～200MPa。

5.根据权利要求4所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述成型剂由橡胶和石蜡按质量比以1∶(2～3)的比例配比后与溶剂汽油按质量比1∶(10～14)混合而成。

6.根据权利要求5所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述球磨工艺为在滚筒式球磨机中球料比为(4～6)∶1，以20～40转/分钟的速度球磨20～40小时。

7.根据权利要求6所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述过筛采用50～100目筛。

8.根据权利要求7所述的一种用于输油泵阀座的硬质合金材料的制备方法，其特征在于：所述真空烧结的真空度为1×10^-1Pa～1Pa；所述氩气气氛中进行压力烧结时，炉压为5～8MPa。