CN104550928A - 一种碳化硅短纤维增强阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳化硅短纤维增强阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量份的原料制成：三氧化二镧0.2-0.3、MoCu梯度材料2-3、纳米石墨3.2-3.5、润滑剂PEG0.5-0.8、TaC2-3、碳化硅粉12-15、钼粉20-23、钇铝石榴石1-1.5、碳化硅短纤维3-6、硅烷偶联剂kh-550？0.4-0.5、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3-4、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48-51；本发明阀门材料使用了碳化硅短纤维，经过处理，与金属的润湿性好，增加了阀门材料的韧性、耐冲击强度和耐热性。

Description

一种碳化硅短纤维增强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，尤其涉及一种碳化硅短纤维增强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碳化硅短纤维增强阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法，该阀门材料韧性好、耐冲击强度高和耐热性好。

本发明的技术方案如下：

一种碳化硅短纤维增强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：三氧化二镧0.2-0.3、MoCu梯度材料2-3、纳米石墨3.2-3.5、润滑剂PEG0.5-0.8、TaC2-3、碳化硅粉12-15、钼粉20-23、钇铝石榴石1-1.5、碳化硅短纤维3-6、硅烷偶联剂kh-550 0.4-0.5、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3-4、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48-51；

所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：Ga1-2、P1-1.3、氧化硼0.8-1.4、钛1.4-1.6、Mn 1.3-1.6、氧化钒0.6-0.9、SnO0.3-0.5、Bi2O3 0.2-0.4、镁粉0.6-0.9、NaF0.1-0.2、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入镁粉，加热至70-80℃，搅拌20-30分钟，超声分散3-4分钟，再加入P、氧化钒、氧化硼、钛、SnO、Bi2O3、Mn，在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，喷雾干燥，与其他剩余成分混合，研磨至粒度小于5μm，即得。

所述碳化硅短纤维增强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TaC、碳化硅粉、钇铝石榴石、碳化硅短纤维混合，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℃，再加入三氧化二镧、2.5-2.8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

本发明阀门材料使用了碳化硅短纤维，经过处理，与金属的润湿性好，增加了阀门材料的韧性、耐冲击强度和耐热性；本发明的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

一种碳化硅短纤维增强阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：三氧化二镧0.2、MoCu梯度材料2.5、纳米石墨3.3、润滑剂PEG0.6、TaC2.5、碳化硅粉13、钼粉21、钇铝石榴石1.3、碳化硅短纤维5、硅烷偶联剂kh-550 0.4、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3.5、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液43、润湿助剂2.5、铁粉50；

所述润湿助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：Ga1.5、P1.2、氧化硼1、钛1.5、Mn 1.5、氧化钒0.7、SnO0.4、Bi2O3 0.3、镁粉0.7、NaF0.1、水9、聚乙二醇0.1；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入镁粉，加热至75℃，搅拌25分钟，超声分散3.5分钟，再加入P、氧化钒、氧化硼、钛、SnO、Bi2O3、Mn，在7500转/分下搅拌13分钟，超声分散4.5分钟，喷雾干燥，与其他剩余成分混合，研磨至粒度小于5μm，即得。

所述碳化硅短纤维增强阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将TaC、碳化硅粉、钇铝石榴石、碳化硅短纤维混合，加入3.6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13分钟，加热至65℃，再加入三氧化二镧、2.6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61，致密度为95.65%，空隙率9.12%，断裂韧性为15.2MPa·m^1/2,抗压强度为152MPa，抗弯强度为502MPa。

Claims (2)

1.一种碳化硅短纤维增强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：三氧化二镧0.2-0.3、MoCu梯度材料2-3、纳米石墨3.2-3.5、润滑剂PEG0.5-0.8、TaC2-3、碳化硅粉12-15、钼粉20-23、钇铝石榴石1-1.5、碳化硅短纤维3-6、硅烷偶联剂kh-550 0.4-0.5、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠3-4、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48-51；

所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：Ga1-2、P1-1.3、氧化硼0.8-1.4、钛1.4-1.6、Mn 1.3-1.6、氧化钒0.6-0.9、SnO0.3-0.5、Bi2O3 0.2-0.4、镁粉0.6-0.9、NaF0.1-0.2、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入镁粉，加热至70-80℃，搅拌20-30分钟，超声分散3-4分钟，再加入P、氧化钒、氧化硼、钛、SnO、Bi2O3、Mn，在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，喷雾干燥，与其他剩余成分混合，研磨至粒度小于5μm，即得。

2.根据权利要求1所述碳化硅短纤维增强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TaC、碳化硅粉、钇铝石榴石、碳化硅短纤维混合，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℃，再加入三氧化二镧、2.5-2.8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。