CN114015908B

CN114015908B - 一种镍磷合金及其制备方法和应用

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Publication number: CN114015908B
Application number: CN202111142268.5A
Authority: CN
Inventors: 李阳
Original assignee: Shenzhen Element Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Element Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: CN114015908A

Abstract

本发明属于镍磷合金技术领域，特别涉及一种镍磷合金及其制备方法和应用；一种镍磷合金的制备方法，所述镍磷合金经由注射成型制备得到，所述镍磷合金由如下按质量百分比的原料构成：0.5～12.5％磷，0.5～2.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质。本发明所提供的的镍磷合金的制备方法，以及通过该方法所制备的镍磷合金机械性能好，抗腐蚀性强，可适用于制备结构复杂的工件。

Description

一种镍磷合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于镍磷合金技术领域，特别涉及一种镍磷合金及其制备方法和应用。

背景技术

镍质地坚硬，有很好的延展性，铁磁性和抗腐蚀性，且能高度磨光。镍在地壳中含量非常丰富。镍常被用于制造不锈钢、合金结构钢等钢铁领域，电镀，高镍基合金和电池等领域，广泛用于飞机、雷达等各种军工制造业，民用机械制造业和电镀工业等。

现有的镍磷合金的制备方法主要包括电化学沉积法、化学气相沉积法、高能球磨法以及水热/溶剂热法。其中，电化学沉积法如专利CN106048567B、CN1313641C、CN85104887A等公开的采用电镀/化学镀在镀件表面形成抗腐蚀性镍磷合金镀层的方法，这类方法操作简单，但仅适用于形成镀层形式，无法制备非镀层形式的镍磷合金。高能球磨法为采用研磨介质促使原料粉末高能碰撞，诱发化学反应并生产镍磷合金的过程，但是此方法所制备的镍磷合金需要经过退火才能获得产品，能耗高，且无法制备结构复杂的工件。因此，在现有技术中亟需一种可制造复杂结构工件的镍磷合金的制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可制备复杂结构工件的高镍镍磷合金的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种镍磷合金的制备方法，所述镍磷合金经由注射成型制备得到，所述镍磷合金由如下按质量百分比的原料构成：

0.5～12.5％磷，0.5～2.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质。

进一步提供由上述制备方法制备得到的镍磷合金；

以及进一步提供由上述镍磷合金在制备电子、汽车、船舶、轻工业用金属结构件上的应用。

本发明的有益效果在于：通过在镍基合金中加入少量的磷元素和铁元素，不仅可以有效降低烧结件的密度，以降低工程应用中工件的重量，还可通过磷、铁的固溶强化作用，提高镍磷合金的强度，以扩展镍磷合金的适用范围；通过注射成型的方式制备得到的镍磷合金，操作简便，清洁高效，并且镍磷合金可在注射成型后直接成形形状复杂的工件。

附图说明

图1所示为本发明在具体实施方式中镍磷合金(P＝12.5wt％)的X-射线衍射图谱。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

一种镍磷合金的制备方法，所述镍磷合金经由注射成型制备得到，所述镍磷合金由如下按质量百分比的原料构成：

0.5～12.5％磷，0.5～2.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质。

其中，所述镍磷合金以上述配比的原料通过注射成型的方法制备得到，注射成型后镍磷合金可根据实际的需求直接成型几何形状复杂的工件。

非晶态的镍磷合金的硬度和耐磨性均相对较低，并且非晶态的镍磷合金塑形和韧性较差，难以形成结构复杂的工件。因此，磷含量选用在0.5～12.5％的范围内，以避免磷含量过高(≥12.5wt％)导致镍磷合金由晶态向非晶态转变。具体而言，参见图1所示，图1为镍磷合金(磷含量为12.5％)的X-射线衍射图谱，从图1中可以看出，在40度左右谱峰呈现单一的馒头峰，即表明在此状态下，镍磷合金呈现非晶态结构。举例而言，参见表1可知，若将镍磷合金中磷含量调整为14wt％时，镍磷合金的延伸率≤2.0％，即表明在此状态下镍磷合金塑性过低，不利于结构复杂工件的后加工。

表1

在镍中掺杂的铁元素，不仅可通过铁元素的固溶强化作用提高镍基材料的机械性能，同时可有效降低镍磷合金的烧结温度，从而降低能耗。但是，铁的含量并非越高越好，高含量的铁参杂在镍中会降低镍基材料的耐腐蚀性能。因此，通过加入0.5～2.5％的铁不仅可以提高镍磷合金的机械性能，同时也可以使镍磷合金的抗腐蚀性与纯镍相当。

需要说明的是，所述“不可避免的杂质”，在本文中包括但不限于Co、Ti、Cr等元素，但其总含有量控制在0.05％以下。

在现有的镍基合金制备过程中，镍基合金烧结温度一般较高，需要较大的生产成本以及较多的能耗。因此，通过在镍中加入一定量铁和磷元素，以降低镍基合金的烧结温度，从而降低镍基合金的能耗。

优选的，所述镍磷合金的制备方法包括对注射成型的镍磷合金进行烧结的过程，所述烧结的温度为900～1150℃。

具体的，所述镍磷合金的制备方法包括如下步骤：

S1、将所述原料在惰性气体中球磨并过筛，获得合金粉末；

S2、将所述合金粉末与黏结剂混合、并依次经过密炼、造粒、注射成型、催化脱脂和烧结，获得镍磷合金。

具体而言，原料在惰性气体中进行球磨，所述惰性气体优选为氩气(纯度≥99.999％)，具体操作方法为：将原料倒入行星球磨机后，对球磨罐进行抽真空并注入高纯氩气，反复抽真空-充气3～5次后，以高纯氩气作为保护气体，球料比为10:1对原料进行球磨15h，转速为500r/min。

优选的，所述过筛具体为过500目筛网，以获得低粒径的合金粉末。

优选的，所述黏结剂包括聚甲醛(POM)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、石蜡(PW)和硬脂酸锌。

进一步的，在所述密炼中，密炼温度为190～200℃，密炼时间为35～45min，螺杆转速为35～40r/min。

进一步的，在所述注射成型中，注射温度为190～200℃，注射压力为80～85MPa，注射速度为10cm³/s，保压时间为3s。

其中，所述催化脱脂为将注射成型的生胚放入催化脱脂炉中脱除聚甲醛的步骤。

进一步提供一种镍磷合金，由上述镍磷合金的制备方法制备得到。

通过上述镍磷合金的制备方法制备得到的镍磷合金塑形和韧性佳，可适用于成型结构复杂的工件。

进一步的，所述镍磷合金的密度为7.45～7.6g/cm³。

在此密度下，镍磷合金的延伸率在7.0～10％，可允许被构造成结构复杂的工件。

进一步的，所述镍磷合金的腐蚀速率为0.0001～0.0003mm/yr。

进一步提出所述镍磷合金在制备电子、汽车、船舶、轻工业用金属结构件上的应用。

具体而言，电子用金属结构件如3C电子结构件；汽车、船舶用金属结构件，如汽车，船舶制造工业中发动机轴、防滑活塞等；轻工业用金属结构件如食品纺织轻工业中的叶片、搅拌器等。

实施例1

镍磷合金，由如下按质量百分比的原料构成：12％磷、1.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质。

所述镍磷合金的制备方法包括如下步骤：

S1、按如上配比称量好羟基镍粉(纯度≥99.99％)、赤磷以及铁粉并投入行星球磨机中，对球磨罐进行抽真空并注入高纯氩气(纯度≥99.999％)，重复抽真空和重启步骤3～5次，最后以高纯氩气作为保护气体，以球料比10:1对原料进行球磨，球磨15h，转速500r/min；待球磨罐冷却后，将球磨后的原料过500目筛网，获得合金粉末；

S2、将所述合金粉末与黏结剂(聚甲醛(POM)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、石蜡(PW)、硬脂酸锌)以质量比85:15的比例一同放入预热好的密炼机中，以密炼温度195℃，螺杆转速35r/min进行密炼40min；待密炼结束后，将物料转移至造粒机中造粒，获得喂料颗粒；

S3、将所述喂料颗粒在注射机中，以注射温度195℃、注射压力80MPa、注射速度10cm³/s，以及保压时间3s进行注射，获得生胚；

S4、将所述生胚放入催化脱脂炉中脱出聚甲醛，催化脱脂后的棕胚酸脱率达到7.8％即为合格；

S5、将催化脱脂后的棕胚在烧结温度为900℃下进行烧结，烧结时间为90min，获得镍磷合金。

实施例2

镍磷合金，与实施例1的区别在于：镍磷合金，由如下按质量百分比的原料构成：6％磷，0.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质；在镍磷合金的制备方法中，镍磷合金的烧结温度为1000℃。

实施例3

镍磷合金，与实施例1的区别在于：镍磷合金，由如下按质量百分比的原料构成：0.5％磷，2.5％铁，余量为镍以及不可避免的杂质；在镍磷合金的制备方法中，镍磷合金的烧结温度为1150℃。

对比例1

镍磷合金，与实施例1的区别在于：对比例1为将金属粉末直接压制成型，压制条件为：轴向压制，压力100Mpa，时间3min。

检测例

将实施例1～3以及镍N6分别进行机械性能以及腐蚀性能测试(海洋大气环境测试，测试标准为GB/T 10125-1997)，测试结果如表2所示。

表2

从表2可以看出，通过在镍中加入一定量的铁和磷，可有效降低镍磷合金的密度，从而实现降低由镍磷合金所制备的工件的重量。虽然镍N6的延伸率显著高于实施例1～3所制备得到的镍磷合金，显示出镍N6的塑性显著高于本发明所提供的镍磷合金，但是镍N6的机械性能，如抗拉强度、屈服强度都过低，并不适用于直接制作具有一定机械强度要求的工件。因此，通过在镍中加入一定量的铁和磷，不仅可以提高镍磷合金的机械强度，同时也可有效保持镍磷合金具有一定的塑性，以满足对复杂形状工件的制备需求。并且从表2可以看出，当镍磷合金的机械强度提高的同时，其腐蚀速率与镍N6相当，即表明本发明所提供的镍磷合金在常温海水、盐溶液或有机介质(如脂肪酸、醇、酚等)中表现出极高的抗腐蚀性和稳定性。

综上所述，本发明提供的镍磷合金的制备方法，以及由该制备方法所制备得到的镍磷合金，通过在镍基合金中加入少量的磷元素和铁元素，不仅可以有效降低烧结件的密度，以降低工程应用中工件的重量，还可通过磷、铁的固溶强化作用，提高镍磷合金的强度，以扩展镍磷合金的适用范围；通过注射成型的方式制备得到的镍磷合金，操作简便，清洁高效，并且镍磷合金可在注射成型后直接成形形状复杂的工件。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种镍磷合金的制备方法，其特征在于，所述镍磷合金经由注射成型制备得到，所述镍磷合金由如下按质量百分比的原料构成：

0.5~12.5%磷，0.5~2.5%铁，余量为镍以及不可避免的杂质；

所述镍磷合金的制备方法包括对注射成型的镍磷合金进行烧结的过程，所述烧结的温度为900~1150℃。

2.根据权利要求1所述镍磷合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述原料在惰性气体中球磨并过筛，获得合金粉末；

3.根据权利要求2所述镍磷合金的制备方法，其特征在于，所述黏结剂包括聚甲醛、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、石蜡和硬脂酸锌。

4.根据权利要求2所述镍磷合金的制备方法，其特征在于，在所述密炼中，密炼温度为190~200℃，密炼时间为35~45min，螺杆转速为35~40r/min。

5.根据权利要求1至4任一项所述镍磷合金的制备方法，其特征在于，在所述注射成型中，注射温度为190~200℃，注射压力为80~85MPa，注射速度为10cm³/s，保压时间为3s。

6.镍磷合金，其特征在于，由权利要求1~5任一项所述镍磷合金的制备方法制备得到。

7.根据权利要求6所述镍磷合金，其特征在于，所述镍磷合金的密度为7.45~7.6g/cm³。

8.根据权利要求6所述镍磷合金，其特征在于，所述镍磷合金的腐蚀速率为0.0001~0.0003mm/yr。

9.如权利要求6~8任一项所述镍磷合金在制备电子、汽车、船舶、轻工业用金属结构件上的应用。