CN116516231B - 一种粉末冶金定子环材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种粉末冶金定子环材料及其制备方法，涉及冶金材料技术领域，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.5wt％‑1.5wt％、镍粉3wt％‑6wt％、银粉0.1wt％‑0.3wt％、钪粉0.02wt％‑0.04wt％、钛粉0.6wt％‑1.2wt％、钡粉0.001wt％‑0.003wt％、钇粉0.01wt‑0.03wt％、钴粉0.1wt％‑0.3wt％、纳米碳化铌0.01wt％‑0.03wt％、纳米氮化硅0.01wt％‑0.03wt％、纳米硼化钨0.01wt％‑0.03wt％，余量为铁粉。该材料机械力学性能好，耐高温性、散热性和耐腐蚀性佳，使用寿命长。

Description

一种粉末冶金定子环材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金材料技术领域，尤其涉及一种粉末冶金定子环材料及其制备方法。
背景技术
在压缩机或水力测功机设备中，定子组件承担着非常重要的功能，它们是设备不可或缺的关键部件。定子环是定子组件的重要组件之一，其性能直接影响设备正常工作安定性、安全性和使用寿命。因此，开发综合性能和性能稳定性佳的定子环材料势在必行。
传统定子环材料多采用普通钢材料，或多或少比强度低，防腐蚀性能不足，散热性能有待进一步改善，生产成本高，工艺复杂，对环境具有污染性。市面上的定子环材料由于制作材质化学成分配伍不合理，也还或多或少存在力学性能不能满足要求、耐腐蚀能力相对较差、散热和耐高温性能不好、使用寿命短等技术缺陷。
粉末冶金是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。由于粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产，然而现有技术中采用粉末冶金制备的定子环材料却很鲜见。
为了弥补国内这领域的空缺，开发一种粉末冶金定子环材料及其制备方法符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进定子环材料领域的发展具有非常重要的意义。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种机械力学性能好，耐高温性、散热性和耐腐蚀性佳，使用寿命长的粉末冶金定子环材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.5wt％-1.5wt％、镍粉3wt％-6wt％、银粉0.1wt％-0.3wt％、钪粉0.02wt％-0.04wt％、钛粉0.6wt％-1.2wt％、钡粉0.001wt％-0.003wt％、钇粉0.01wt-0.03wt％、钴粉0.1wt％-0.3wt％、纳米碳化铌0.01wt％-0.03wt％、纳米氮化硅0.01wt％-0.03wt％、纳米硼化钨0.01wt％-0.03wt％，余量为铁粉。
优选的，所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.05wt％-0.12wt％、松香基超支化环氧树脂0.03wt％-0.1wt％。
优选的，所述纳米碳化铌的粒径为30-80nm；所述纳米氮化硅的粒径为20-60nm；所述纳米硼化钨的粒径为10-70nm。
优选的，所述铝粉的粒径为1000-1300目；所述镍粉的粒径为900-1100目；所述银粉的粒径为800-1000目；所述钪粉的粒径为800-1000目；所述钛粉的粒径为900-1000目；所述钡粉的粒径为1100-1300目；所述钇粉的粒径为900-1100目；所述钴粉的粒径为800-1000目；所述铁粉粒径为1000-1400目。
优选的，所述松香基超支化环氧树脂的来源无特殊要求，在本发明的一个实施例中，所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
优选的，步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为990-1120℃，保温时间为1.5-3小时，油冷至室温；所述回火温度为640-720℃，回火处理时间为1-3小时。
优选的，步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1240-1310℃，保温时间1-2h，对模具施加的压力为15-25MPa。
优选的，步骤S2中所述压制的压力为290～510MPa。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明公开的粉末冶金定子环材料的制备方法，采用常规设备和生产线即可实现，资金投入少，工艺简单，操作方便易控，制备效率和良品率高，适于工业化生产。
(2)本发明公开的粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.5wt％-1.5wt％、镍粉3wt％-6wt％、银粉0.1wt％-0.3wt％、钪粉0.02wt％-0.04wt％、钛粉0.6wt％-1.2wt％、钡粉0.001wt％-0.003wt％、钇粉0.01wt-0.03wt％、钴粉0.1wt％-0.3wt％、纳米碳化铌0.01wt％-0.03wt％、纳米氮化硅0.01wt％-0.03wt％、纳米硼化钨0.01wt％-0.03wt％，余量为铁粉。通过各组分之间相互配合共同作用，能得到合适的晶粒大小和晶粒形状，同时提高材料致密化程度，改善强度和韧性，使得制成的材料机械力学性能好，耐高温性、散热性和耐腐蚀性佳，使用寿命长。
(3)本发明公开的粉末冶金定子环材料，所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.05wt％-0.12wt％、松香基超支化环氧树脂0.03wt％-0.1wt％。它们的加入能改善各组分之间的相容性，且烧结后残留成分无腐蚀性、无毒、残留量低，可塑性好，能增强材料致密性，提高产品综合性能和性能稳定性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明产品作进一步详细的说明。
实施例1
一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.5wt％、镍粉3wt％、银粉0.1wt％、钪粉0.02wt％、钛粉0.6wt％、钡粉0.001wt％、钇粉0.01wt、钴粉0.1wt％、纳米碳化铌0.01wt％、纳米氮化硅0.01wt％、纳米硼化钨0.01wt％，余量为铁粉。
所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.05wt％、松香基超支化环氧树脂0.03wt％。
所述纳米碳化铌的粒径为30nm；所述纳米氮化硅的粒径为20nm；所述纳米硼化钨的粒径为10nm；所述铝粉的粒径为1000目；所述镍粉的粒径为900目；所述银粉的粒径为800目；所述钪粉的粒径为800目；所述钛粉的粒径为900目；所述钡粉的粒径为1100目；所述钇粉的粒径为900目；所述钴粉的粒径为800目；所述铁粉粒径为1000目；所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为990℃，保温时间为1.5小时，油冷至室温；所述回火温度为640℃，回火处理时间为1小时。
步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1240℃，保温时间1h，对模具施加的压力为15MPa；步骤S2中所述压制的压力为290MPa。
实施例2
一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.8wt％、镍粉4wt％、银粉0.15wt％、钪粉0.025wt％、钛粉0.7wt％、钡粉0.0015wt％、钇粉0.015wt％、钴粉0.15wt％、纳米碳化铌0.015wt％、纳米氮化硅0.015wt％、纳米硼化钨0.015wt％，余量为铁粉。
所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.07wt％、松香基超支化环氧树脂0.05wt％；所述纳米碳化铌的粒径为40nm；所述纳米氮化硅的粒径为30nm；所述纳米硼化钨的粒径为30nm；所述铝粉的粒径为1100目；所述镍粉的粒径为1000目；所述银粉的粒径为900目；所述钪粉的粒径为850目；所述钛粉的粒径为930目；所述钡粉的粒径为1150目；所述钇粉的粒径为950目；所述钴粉的粒径为850目；所述铁粉粒径为1100目；所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为1020℃，保温时间为2小时，油冷至室温；所述回火温度为660℃，回火处理时间为1.5小时。
步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1260℃，保温时间1.2h，对模具施加的压力为17MPa；步骤S2中所述压制的压力为340MPa。
实施例3
一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉1wt％、镍粉4.5wt％、银粉0.2wt％、钪粉0.03wt％、钛粉0.9wt％、钡粉0.002wt％、钇粉0.02wt％、钴粉0.2wt％、纳米碳化铌0.02wt％、纳米氮化硅0.02wt％、纳米硼化钨0.02wt％，余量为铁粉。
所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.09wt％、松香基超支化环氧树脂0.07wt％。所述纳米碳化铌的粒径为60nm；所述纳米氮化硅的粒径为40nm；所述纳米硼化钨的粒径为50nm；所述铝粉的粒径为1200目；所述镍粉的粒径为1000目；所述银粉的粒径为900目；所述钪粉的粒径为900目；所述钛粉的粒径为950目；所述钡粉的粒径为1200目；所述钇粉的粒径为1000目；所述钴粉的粒径为900目；所述铁粉粒径为1250目；所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为1060℃，保温时间为2.3小时，油冷至室温；所述回火温度为690℃，回火处理时间为2小时；步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1270℃，保温时间1.5h，对模具施加的压力为20MPa；步骤S2中所述压制的压力为400MPa。
实施例4
一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉1.3wt％、镍粉5.5wt％、银粉0.25wt％、钪粉0.035wt％、钛粉1.1wt％、钡粉0.0025wt％、钇粉0.025wt％、钴粉0.25wt％、纳米碳化铌0.025wt％、纳米氮化硅0.025wt％、纳米硼化钨0.025wt％，余量为铁粉。
所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.11wt％、松香基超支化环氧树脂0.09wt％；所述纳米碳化铌的粒径为70nm；所述纳米氮化硅的粒径为50nm；所述纳米硼化钨的粒径为60nm；所述铝粉的粒径为1250目；所述镍粉的粒径为1060目；所述银粉的粒径为980目；所述钪粉的粒径为950目；所述钛粉的粒径为980目；所述钡粉的粒径为1280目；所述钇粉的粒径为1080目；所述钴粉的粒径为950目；所述铁粉粒径为1350目；所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为1100℃，保温时间为2.8小时，油冷至室温；所述回火温度为710℃，回火处理时间为2.5小时。
步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1300℃，保温时间1.8h，对模具施加的压力为23MPa；步骤S2中所述压制的压力为500MPa。
实施例5
一种粉末冶金定子环材料，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉1.5wt％、镍粉6wt％、银粉0.3wt％、钪粉0.04wt％、钛粉1.2wt％、钡粉0.003wt％、钇粉0.03wt％、钴粉0.3wt％、纳米碳化铌0.03wt％、纳米氮化硅0.03wt％、纳米硼化钨0.03wt％，余量为铁粉。
所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.12wt％、松香基超支化环氧树脂0.1wt％；所述纳米碳化铌的粒径为80nm；所述纳米氮化硅的粒径为60nm；所述纳米硼化钨的粒径为70nm；所述铝粉的粒径为1000-1300目；所述镍粉的粒径为1100目；所述银粉的粒径为1000目；所述钪粉的粒径为1000目；所述钛粉的粒径为1000目；所述钡粉的粒径为1300目；所述钇粉的粒径为1100目；所述钴粉的粒径为1000目；所述铁粉粒径为1400目；所述松香基超支化环氧树脂是按授权公布号为CN106519188B中实施例1的方法制成。
一种所述粉末冶金定子环材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结。
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为1120℃，保温时间为3小时，油冷至室温；所述回火温度为720℃，回火处理时间为3小时。
步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1310℃，保温时间2h，对模具施加的压力为25MPa；步骤S2中所述压制的压力为510MPa。
对比例1
一种粉末冶金定子环材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加纳米硼化钨和银粉。
对比例2
一种粉末冶金定子环材料，其与实施例1基本相同，不同的是，没有添加纳米碳化铌和钪粉。
为了进一步说明本发明各实施例产品取得的预期不到的积极技术效果，对各例制成的粉末冶金定子环材料进行相关性能测试，测试结果见表1，测试方法如下：
(1)抗拉强度：参考标准GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》进行测试。
(2)耐腐蚀性：对制得的粉末冶金定子环材料进行盐雾耐腐蚀试验测试，试验温度为35℃，用5％质量浓度的氯化钠水溶液在试验箱内喷雾，用以模拟环境的加速腐蚀，粉末冶金材料的耐受时间(即保持未生锈的时间)超过500小时的为耐腐蚀合格，否则不合格。
(3)导热率：采用激光闪光法测定导热率。
表1
项目 抗拉强度(MPa) 耐腐蚀性 导热率(W/mK)
实施例1 1223 合格 33.5
实施例2 1230 合格 34.1
实施例3 1235 合格 34.4
实施例4 1245 合格 34.9
实施例5 1251 合格 35.2
对比例1 1037 合格 30.9
对比例2 1056 合格 31.6
从表1可以看出，本发明实施例公开的粉末冶金定子环材料，与对比例产品相比，具有更优异的机械力学性能、耐腐蚀性和散热性能。纳米硼化钨、银粉、纳米碳化铌和钪粉的加入对改善上述性能有益。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种粉末冶金定子环材料，其特征在于，是由如下按重量百分比计的各组分制成：铝粉0.5wt％-1.5wt％、镍粉3wt％-6wt％、银粉0.1wt％-0.3wt％、钪粉0.02wt％-0.04wt％、钛粉0.6wt％-1.2wt％、钡粉0.001wt％-0.003wt％、钇粉0.01wt-0.03wt％、钴粉0.1wt％-0.3wt％、纳米碳化铌0.01wt％-0.03wt％、纳米氮化硅0.01wt％-0.03wt％、纳米硼化钨0.01wt％-0.03wt％，余量为铁粉。
2.如权利要求1所述的粉末冶金定子环材料，其特征在于，所述粉末冶金定子环材料还包括：三聚氰胺0.05wt％-0.12wt％、松香基超支化环氧树脂0.03wt％-0.1wt％。
3.如权利要求1所述的粉末冶金定子环材料，其特征在于，所述纳米碳化铌的粒径为30-80nm；所述纳米氮化硅的粒径为20-60nm；所述纳米硼化钨的粒径为10-70nm。
4.如权利要求1所述的粉末冶金定子环材料，其特征在于，所述铝粉的粒径为1000-1300目；所述镍粉的粒径为900-1100目；所述银粉的粒径为800-1000目；所述钪粉的粒径为800-1000目；所述钛粉的粒径为900-1000目。
5.如权利要求1所述的粉末冶金定子环材料，其特征在于，所述钡粉的粒径为1100-1300目；所述钇粉的粒径为900-1100目；所述钴粉的粒径为800-1000目；所述铁粉粒径为1000-1400目。
6.一种如权利要求1-5任一项所述粉末冶金定子环材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、按质量百分比称取各组分，放入混料机中混配均匀；
步骤S2、将混配好的原料装入模具中，压制得到压坯，再在真空气氛下烧结；
步骤S3、热处理后，得到粉末冶金定子环材料。
7.如权利要求6所述粉末冶金定子环材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热处理包括淬火和回火处理；所述淬火温度为990-1120℃，保温时间为1.5-3小时，油冷至室温；所述回火温度为640-720℃，回火处理时间为1-3小时。
8.如权利要求6所述粉末冶金定子环材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述烧结为热压烧结，烧结温度为1240-1310℃，保温时间1-2h，对模具施加的压力为15-25MPa。
9.如权利要求6所述粉末冶金定子环材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述压制的压力为290～510MPa。
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