CN104550923A - 一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量份的原料制成：硫酸钙晶须2-2.5、氢化铁镁6-8、碳化铌3-5、钨3-4、锡2-3、锌3-5、？La2O31.3-1.8、二硼化钛15-18、钴18-22、氧化钾0.5-0.8、硅烷偶联剂kh-550？0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉50-54；本发明阀门材料组织均匀，强度高，韧性好；通过添加碳化铌、钨、硫酸钙晶须，使得材料具有较高的摩擦耐热性、较强的耐磨性和较好的热物理稳定性能、同时机械强度也有显著提高，适用于作为高温作业的阀门使用。

Description

一种高温环境阀门用铁基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，尤其涉及一种高温环境阀门用铁基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高温环境阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法，该阀门材料组织均匀，强度高，韧性好，具有较高的摩擦耐热性、较强的耐磨性和较好的热物理稳定性能、同时机械强度也有显著提高，适用于作为高温作业的阀门使用。
本发明的技术方案如下：
一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：硫酸钙晶须2-2.5、氢化铁镁6-8、碳化铌3-5、钨3-4、锡2-3、锌3-5、 La2O31.3-1.8、二硼化钛15-18、钴18-22、氧化钾0.5-0.8、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉50-54；
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。
所述高温环境阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将硫酸钙晶须、碳化铌、二硼化钛混合，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℃，再加入锡、锌、0.5-0.9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；通过添加碳化铌、钨、硫酸钙晶须，使得材料具有较高的摩擦耐热性、较强的耐磨性和较好的热物理稳定性能、同时机械强度也有显著提高，适用于作为高温作业的阀门使用；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
一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：硫酸钙晶须2.3、氢化铁镁7、碳化铌4、钨3.5、锡2.5、锌4、 La2O31.5、二硼化钛16、钴20、氧化钾0.7、硅烷偶联剂kh-550 0.3、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液33、润湿助剂2.5、铁粉52；
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。
所述高温环境阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硫酸钙晶须、碳化铌、二硼化钛混合，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3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14分钟，加热至64℃，再加入锡、锌、0.7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95.99%，空隙率9.17%，断裂韧性为15.4MPa·m1/2,抗压强度为166MPa，抗弯强度为503MPa。

Claims (2)

1.一种高温环境阀门用铁基粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：硫酸钙晶须2-2.5、氢化铁镁6-8、碳化铌3-5、钨3-4、锡2-3、锌3-5、 La2O31.3-1.8、二硼化钛15-18、钴18-22、氧化钾0.5-0.8、硅烷偶联剂kh-550 0.3-0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液30-35、润湿助剂2-3、铁粉50-54；
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所述高温环境阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将硫酸钙晶须、碳化铌、二硼化钛混合，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℃，再加入锡、锌、0.5-0.9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。
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