CN105149566A - 一种铜基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法 - Google Patents

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刘莉
王爽
邱晶
刘晓东
黄明明
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Abstract

本发明公开了一种铜基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉18~31份、纳米氧化铜颗粒13~28份、石墨烯粉末12~25份、氧化钛9~18份、碳化硅14~31份、氮化硅9~15份、二氧化硅10~22份、分散剂5~14份、水22~36份。与现有技术相比，本发明具有以下优点：（1）本发明所述的铜基陶瓷缸套通过粉末冶金方法将金属粉末与陶瓷材料混合均匀，并通过等静压方式制作坯体，因而可以保证制备获得的缸套材质均匀、不易产生裂纹；（2）本发明所述的铜基陶瓷缸套耐磨性、韧性、强度、耐热性和耐腐蚀性较现有技术中的缸套都有了很大提高，且具有较长的使用寿命。（3）本发明所述铜基陶瓷缸套的制备方法工艺简单、耗能少、不会对环境造成污染。

Description

一种铜基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种铜基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法。
背景技术
缸套工作环境恶劣，缸套对材质的要求非常高，需要有良好的韧性、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性以及足够的强度，因此，目前做法是采用符合上述机械性能要求的金属材质制造缸套，造成缸套成本非常高。现有技术中有采用融覆工艺对缸套内外表面进行处理，那么就既能保证缸套的机械性能又可以降低缸套的成本。
中国专利CN201310241740X公开了一种专用于缸套表面激光融覆的镍基金属陶瓷合金粉末，提供了一种可专门用于缸套的激光融覆，提高缸套表面金属组织结构致密性，从而提高缸套的韧性、耐磨性、强度、耐热性和耐腐蚀性。该现有技术具有以下有益效果，该粉末能够与缸套基材充分融合。各成分均匀分布于融覆层中，针对缸套工作环境恶劣的情况，采用超高硬度陶瓷颗粒以提高缸套表面的硬度，另外再选择一些微量元素以提高缸套耐磨性、韧性、强度、耐热性和耐腐蚀性，从而使缸套可适应各种恶劣的工作环境，延长使用寿命。
但是以上专利存在一些不足，所述金属粉末在用于缸套激光融覆时，可能会因操作的不熟练导致传热与熔融不均匀，从而引起金属粉末与基材之间的融合度差，造成裂纹、缩孔、气孔等缺陷。而上述缺陷的存在将会严重影响了缸套的耐磨性、韧性、强度、耐热性和耐腐蚀性，从而缩短了缸套的使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了获得一种金属粉末混合物与陶瓷材料融合均匀，不易产生裂纹的缸套，本发明提供了一种铜基陶瓷缸套及其粉末冶金制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铜基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉18~31份、纳米氧化铜颗粒13~28份、石墨烯粉末12~25份、氧化钛9~18份、碳化硅14~31份、氮化硅9~15份、二氧化硅10~22份、分散剂5~14份、水22~36份。
作为本发明的一种优选方案，所述铜基陶瓷缸套由以下原料按重量份数配比制成：铜粉27份、纳米氧化铜颗粒21份、石墨烯粉末19份、氧化钛13份、碳化硅23份、氮化硅14份、二氧化硅17份、分散剂11份、水32份。
一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤：
（1）将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1~1.2:1.1~1.5加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3~5小时；
（2）将步骤（1）制得的混合物进行干燥，喷雾制粒；
（3）将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.4~2.1MPa的高压气体将上述粉末吹起，5~14分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；
（4）将步骤（3）获得的原料混合物等静压成型，制成坯体；
（5）高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1350~1580℃，烧结时间为3~5.5小时。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（1）中将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1.2:1.3加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨4小时。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（3）中将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.8MPa的高压气体将上述粉末吹起，12分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤（5）中高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1490℃，烧结时间为4.5小时。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明所述的铜基陶瓷缸套通过粉末冶金方法将金属粉末与陶瓷材料混合均匀，并通过等静压方式制作坯体，因而可以保证制备获得的缸套材质均匀、不易产生裂纹；
（2）本发明所述的铜基陶瓷缸套耐磨性、韧性、强度、耐热性和耐腐蚀性较现有技术中的缸套都有了很大提高，且具有较长的使用寿命。
（3）本发明所述铜基陶瓷缸套的制备方法工艺简单、耗能少、不会对环境造成污染。
具体实施方式
实施例1
一种铜基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉18份、纳米氧化铜颗粒13份、石墨烯粉末12份、氧化钛9份、碳化硅14份、氮化硅9份、二氧化硅10份、分散剂5份、水22份。
一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤：
（1）将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1:1.1加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3小时；
（2）将步骤（1）制得的混合物进行干燥，喷雾制粒；
（3）将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.4MPa的高压气体将上述粉末吹起，5分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；
（4）将步骤（3）获得的原料混合物等静压成型，制成坯体；
（5）高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1350℃，烧结时间为3小时。
实施例2
一种铜基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉27份、纳米氧化铜颗粒21份、石墨烯粉末19份、氧化钛13份、碳化硅23份、氮化硅14份、二氧化硅17份、分散剂11份、水32份。
一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤：
（1）将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1.2:1.3加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨4小时；
（2）将步骤（1）制得的混合物进行干燥，喷雾制粒；
（3）将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.8MPa的高压气体将上述粉末吹起，12分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；
（4）将步骤（3）获得的原料混合物等静压成型，制成坯体；
（5）高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1490℃，烧结时间为4.5小时。
实施例3
一种铜基陶瓷缸套，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉31份、纳米氧化铜颗粒28份、石墨烯粉末25份、氧化钛18份、碳化硅31份、氮化硅15份、二氧化硅22份、分散剂14份、水36份。
一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，包含以下步骤：
（1）将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1.2:1.5加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨5小时；
（2）将步骤（1）制得的混合物进行干燥，喷雾制粒；
（3）将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为2.1MPa的高压气体将上述粉末吹起，14分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；
（4）将步骤（3）获得的原料混合物等静压成型，制成坯体；
（5）高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1580℃，烧结时间为5.5小时。
对上述实施例1~3制备获得的铜基陶瓷缸套进行检测，其中，对比例采用高铬合金铸铁缸套，锈蚀情况是应用于海洋钻探中500小时后统计，结果如下：

Claims (6)

1.一种铜基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉18~31份、纳米氧化铜颗粒13~28份、石墨烯粉末12~25份、氧化钛9~18份、碳化硅14~31份、氮化硅9~15份、二氧化硅10~22份、分散剂5~14份、水22~36份。
2.根据权利要求1所述一种铜基陶瓷缸套，其特征在于，由以下原料按重量份数配比制成：铜粉27份、纳米氧化铜颗粒21份、石墨烯粉末19份、氧化钛13份、碳化硅23份、氮化硅14份、二氧化硅17份、分散剂11份、水32份。
3.权利要求1所述的一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1~1.2:1.1~1.5加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨3~5小时；
（2）将步骤（1）制得的混合物进行干燥，喷雾制粒；
（3）将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.4~2.1MPa的高压气体将上述粉末吹起，5~14分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合；
（4）将步骤（3）获得的原料混合物等静压成型，制成坯体；
（5）高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1350~1580℃，烧结时间为3~5.5小时。
4.根据权利要求3所述一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（1）中将碳化硅、氮化硅和二氧化硅细粉加入球磨机中，研磨过程中按质量比1.2:1.3加入水，充分混合后加入分散剂，继续球磨4小时。
5.根据权利要求3所述一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（3）中将步骤（2）获得的粉末混合物、铜粉、纳米氧化铜颗粒、石墨烯粉末及氧化钛细粉置于混料装置内，利用压力为1.8MPa的高压气体将上述粉末吹起，12分钟后停止通入高压气体，各粉末共同沉积并均匀混合。
6.根据权利要求3所述一种铜基陶瓷缸套的粉末冶金制备方法，其特征在于，步骤（5）中高温烧结步骤（4）获得的坯体，烧结温度为1490℃，烧结时间为4.5小时。
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