CN104550919A - 一种耐热阀门用粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种耐热阀门用粉末冶金材料，由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.2-0.3、Co2O3粉末2-3、TiCN12-15、TiB5-8、AlN2-3、碳化铬8-13、铬粉7-9、钒1-1.5、片状石墨0.5-0.6、硅烷偶联剂kh-550？0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-45、润湿助剂2-3、铁粉61-64；本发明阀门材料具有耐高温的特点，可以耐受600℃以上的高温，质量稳定、强度高、加工精度高的优点。

Description

一种耐热阀门用粉末冶金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种耐热阀门用粉末冶金材料及其制备方法。

背景技术

阀门是在流体系统中，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。

阀门所用材料很多，其中粉末冶金材料制作工艺简单，制作精度高，节约了成本，但是粉末冶金存在很多问题。例如普通铁基粉末冶金材料耐热、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。

金属具有抗热震性，韧性好的特点，但是金属容易氧化，而且高温强度不高。陶瓷材料具有高硬度、耐热性好、耐腐蚀等特点。将金属和陶瓷结合，可以得到硬度大、高温强度高、高温蠕变性好、抗热震性好、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等诸多优异性能的材料，使得阀门更适合环境的变化，使用寿命更长。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，降低了使用性能，缩短了使用寿命。

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耐热阀门用粉末冶金材料及其制备方法，该阀门材料具有耐高温的特点，可以耐受600℃以上的高温，质量稳定、强度高、加工精度高的优点。

本发明的技术方案如下：

一种耐热阀门用粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.2-0.3、Co2O3粉末2-3、TiCN12-15、TiB5-8、AlN2-3、碳化铬8-13、铬粉7-9、钒粉1-1.5、片状石墨0.5-0.6、硅烷偶联剂kh-550 0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3 -3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-45、润湿助剂2-3、铁粉61-64；

所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：SrCl 0.1-0.2、P2O5 0.2-0.4、锡酸钠0.4-0.6、K₂ZrF₆2.3-2.8、Mo1.3-1.6、纳米LA2O3 0.6-0.9、纳米CeO2 0.3-0.5、纳米碳0.2-0.4、铝粉0.6-0.9、NaF0.1-0.2、丙酮8-10、聚乙二醇400 0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇400加入丙酮中，搅拌均匀，再加入纳米LA2O3、纳米CeO2，在8000-10000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，再加入其他剩余成分搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，喷雾干燥，送入高温真空炉中，抽真空至≤10^-2Pa，再通入氩气，加热至1300-1400℃，保温20-30分钟，冷却，粉碎，即得。

所述耐热阀门用粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将碳纳米管、Co2O3粉末、TiCN、TiB、AlN、碳化铬混合，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℃，再加入钒粉、2.5-2.9重量份的铁粉，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，通入热氢气干燥，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

本发明阀门材料具有耐高温的特点，可以耐受600℃以上的高温，质量稳定、强度高、加工精度高的优点。本发明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

一种耐热阀门用粉末冶金材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：碳纳米管0.2、Co2O3粉末2.5、TiCN13、TiB6、AlN2.5、碳化铬11、铬粉8、钒粉1.3、片状石墨0.5、硅烷偶联剂kh-550 0.5、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3.3、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液43、润湿助剂2.5、铁粉63；

所述润湿助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：SrCl 0.1、P2O5 0.3、锡酸钠0.5、K₂ZrF₆2.5、Mo1.5、纳米LA2O3 0.7、纳米CeO2 0.4、纳米碳0.3、铝粉0.7、NaF0.1、丙酮9、聚乙二醇400 0.1；制备方法为：将聚乙二醇400加入丙酮中，搅拌均匀，再加入纳米LA2O3、纳米CeO2，在9000转/分下搅拌13分钟，超声分散4分钟，再加入其他剩余成分搅拌14分钟，超声分散5分钟，喷雾干燥，送入高温真空炉中，抽真空至≤10^-2Pa，再通入氩气，加热至1350℃，保温25分钟，冷却，粉碎，即得。

所述耐热阀门用粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管、Co2O3粉末、TiCN、TiB、AlN、碳化铬混合，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2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℃，再加入钒粉、2.7重量份的铁粉，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，通入热氢气干燥，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63，致密度为96.34%，空隙率9.31%，断裂韧性为16.3MPa·m^1/2,抗压强度为162MPa，抗弯强度为514MPa。

Claims (2)

1.一种耐热阀门用粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：碳纳米管0.2-0.3、Co2O3粉末2-3、TiCN12-15、TiB5-8、AlN2-3、碳化铬8-13、铬粉7-9、钒粉1-1.5、片状石墨0.5-0.6、硅烷偶联剂kh-550 0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3 -3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液40-45、润湿助剂2-3、铁粉61-64；

所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：SrCl 0.1-0.2、P2O5 0.2-0.4、锡酸钠0.4-0.6、K₂ZrF₆2.3-2.8、Mo1.3-1.6、纳米LA2O3 0.6-0.9、纳米CeO2 0.3-0.5、纳米碳0.2-0.4、铝粉0.6-0.9、NaF0.1-0.2、丙酮8-10、聚乙二醇400 0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇400加入丙酮中，搅拌均匀，再加入纳米LA2O3、纳米CeO2，在8000-10000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，再加入其他剩余成分搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，喷雾干燥，送入高温真空炉中，抽真空至≤10^-2Pa，再通入氩气，加热至1300-1400℃，保温20-30分钟，冷却，粉碎，即得。

2.根据权利要求1所述耐热阀门用粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将碳纳米管、Co2O3粉末、TiCN、TiB、AlN、碳化铬混合，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℃，再加入钒粉、2.5-2.9重量份的铁粉，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，通入热氢气干燥，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。