CN103600075A - 一种粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法 - Google Patents

一种粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉末冶金无钴铁基合金，其特征在于，由下列重量份的原料制成：铬5.2-5.6、镍4.1-4.4、锰6.2-6.6、硅2.5-2.7、石墨0.7-1.1、钼2.2-2.5、钨7.2-7.6、铁粉73-76、Zr0.7-1.1、Hf0.4-0.8、助剂2-3；本发明组织致密性、强韧性、高温硬度、耐磨性、耐热腐蚀和热疲劳等性能都优异，而且不含钴，降低了生产成本、节约了资源，适合于核阀密封面使用。

Description

一种粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，特别是一种粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法。
背景技术
国际上核阀密封面堆焊材料一般均为含钴合金，如Stellite 6或Stellite 21等。Stellite系列钴基合金具有良好的高温性能、极好的低摩擦和抗磨损特性、优异的耐热腐蚀性及耐热疲劳性能等原因，Stellite系列钴基合金在核电阀门中被广泛应用。然而，由于钴基合金价格昂贵，以及我国钴资源缺乏，是一种昂贵的战略资源，我国科技工作者一直都在寻求钴基合金的替代品。另外，以钴基熔覆层为核阀密封面的阀门在使用过程中，由钴基合金磨损和腐蚀碎片中的Co59受到中子照射后激发将形成Co60同位素，Co60是半衰期极长的强放射源，在停堆检修时造成检修时间的增加和对维修人员的威胁，也会大大增加核燃料屏蔽的难度和成本。因此，今后国家第三代大型压水堆核电站，包括美国的AP1000和法国的EPR，其核级阀门的密封面都要求采用无钴材料。 
因此我们需要研究一种具有自主知识产权的可以应用在核级阀门的密封面的无钴材料。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。另外，部分用传统铸造方法和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造，因而备受工业界的重视。粉末冶金结构件制品材料成分不受熔炼限制，既可以加入合金成分，也可以加入其它结构组分，并且在相当大的范围内根据要求进行调整，进而在力学性能上能达到与钢件匹配的效果。
粉末冶金机械化程度高，既能减少人员，又能提高效率，进而节约成本。粉末冶金技术能取代传统的制造工艺，为广大传统企业节约成本。所以研究各种机械零部件的粉末冶金的配方，适应不同的需要，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于核阀密封面的粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施：
一种粉末冶金无钴铁基合金，由下列重量份的原料制成：铬5. 2-5.6、镍4.1-4.4、锰6.2-6.6、硅2.5-2.7、石墨0.7-1.1、钼2.2-2.5、钨7.2-7.6、铁粉73-76、Zr 0.7-1.1、Hf 0.4-0.8、助剂2-3；
所述的助剂由下列重量份的原料制成：铁粉30-34、氢氧化铝2-3、硫酸锌1-2、麦饭石1-2、纳米碳1-2、玉石2-3、聚异丁烯2-3、铝酸酯偶联剂DL-411 1-2、碳化硅粉2-3；制备方法是将铁粉、氢氧化铝、硫酸锌、麦饭石混合，研磨成200-300目粉末，然后加入铝酸酯偶联剂DL-411混合均匀，在10-15Mpa下压制成坯料，然后，送入920-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，粉碎成300-400目粉末，与其它剩余成分混合，加热至60-70℃，在1200-1500转/分下搅拌1-2小时，即得。
本发明所述粉末冶金无钴铁基合金，由以下具体步骤制成：
（1）将铬、镍、锰、钼、钨、Zr、Hf、铁粉混合，加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到250-400目粉末，然后，喷雾干燥、烘干，在8-12Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下650-750℃进行烧结8-10小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛；
（2）将其它剩余成分混合均匀；
（3）将步骤（1）、（2）物料在55-59℃下混合搅拌均匀60-75分钟后，装入模具，压制成坯；
（4）将压坯放在烧结炉中，以6-8℃/分钟速率升温至800-850℃条件下烧结1.5-2小时;然后以5-7℃/分钟速率升温至1050-1150℃条件下烧结2-3小时；最后空气中冷却至室温即可。
本发明组织致密性、强韧性、高温硬度、耐磨性、耐热腐蚀和热疲劳等性能都优异，而且不含钴，降低了生产成本、节约了资源，适合于核阀密封面使用。
具体实施方案
下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
一种粉末冶金无钴铁基合金，由下列重量份（公斤）的原料制成：铬5.2、镍4.1、锰6.2、硅2.5、石墨0.7、钼2.2、钨7.2、铁粉73、Zr 0.7、Hf 0.4、助剂2；
所述的助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：铁粉30、氢氧化铝2、硫酸锌1、麦饭石1、纳米碳1、玉石2、聚异丁烯2、铝酸酯偶联剂DL-411 1、碳化硅粉2；制备方法是将铁粉、氢氧化铝、硫酸锌、麦饭石混合，研磨成200-300目粉末，然后加入铝酸酯偶联剂DL-411混合均匀，在10-15Mpa下压制成坯料，然后，送入920-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，粉碎成300-400目粉末，与其它剩余成分混合，加热至60-70℃，在1200-1500转/分下搅拌1-2小时，即得。
本发明所述粉末冶金无钴铁基合金，由以下具体步骤制成：
（1）将铬、镍、锰、钼、钨、Zr、Hf、铁粉混合，加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到250-400目粉末，然后，喷雾干燥、烘干，在8-12Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下650-750℃进行烧结8-10小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛；
（2）将其它剩余成分混合均匀；
（3）将步骤（1）、（2）物料在55-59℃下混合搅拌均匀60-75分钟后，装入模具，压制成坯；
（4）将压坯放在烧结炉中，以6-8℃/分钟速率升温至800-850℃条件下烧结1.5-2小时;然后以5-7℃/分钟速率升温至1050-1150℃条件下烧结2-3小时；最后空气中冷却至室温即可。
经过检测，本发明的硬度：HRC59；抗拉强度：1180MPa 。

Claims (2)

1.一种粉末冶金无钴铁基合金，其特征在于，由下列重量份的原料制成：铬5. 2-5.6、镍4.1-4.4、锰6.2-6.6、硅2.5-2.7、石墨0.7-1.1、钼2.2-2.5、钨7.2-7.6、铁粉73-76、Zr 0.7-1.1、Hf 0.4-0.8、助剂2-3；
所述的助剂由下列重量份的原料制成：铁粉30-34、氢氧化铝2-3、硫酸锌1-2、麦饭石1-2、纳米碳1-2、玉石2-3、聚异丁烯2-3、铝酸酯偶联剂DL-411 1-2、碳化硅粉2-3；制备方法是将铁粉、氢氧化铝、硫酸锌、麦饭石混合，研磨成200-300目粉末，然后加入铝酸酯偶联剂DL-411混合均匀，在10-15Mpa下压制成坯料，然后，送入920-950℃下煅烧3-4小时，冷却后，粉碎成300-400目粉末，与其它剩余成分混合，加热至60-70℃，在1200-1500转/分下搅拌1-2小时，即得。
2.根据权利要求1所述粉末冶金无钴铁基合金，其特征在于，由以下具体步骤制成：
（1）将铬、镍、锰、钼、钨、Zr、Hf、铁粉混合，加入适量水中，送入球磨机中球磨，得到250-400目粉末，然后，喷雾干燥、烘干，在8-12Mpa压力下压制成块状，然后在氮气保护气氛下650-750℃进行烧结8-10小时，将烧结后的物料粉碎后过200-400目筛；
（2）将其它剩余成分混合均匀；
（3）将步骤（1）、（2）物料在55-59℃下混合搅拌均匀60-75分钟后，装入模具，压制成坯；
（4）将压坯放在烧结炉中，以6-8℃/分钟速率升温至800-850℃条件下烧结1.5-2小时;然后以5-7℃/分钟速率升温至1050-1150℃条件下烧结2-3小时；最后空气中冷却至室温即可。
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