[發明專利]一種粉末冶金無鈷鐵基合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310469340.4
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103600075A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 胡光榮
• 申請（專利權）人: 銅陵新創流體科技有限公司
• 主分類號: B22F3/16
• 分類號: B22F3/16;C22C38/58
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及粉末冶金領域，特別是一種粉末冶金無鈷鐵基合金及其制備方法。

背景技術

國際上核閥密封面堆焊材料一般均為含鈷合金，如Stellite?6或Stellite?21等。Stellite系列鈷基合金具有良好的高溫性能、極好的低摩擦和抗磨損特性、優異的耐熱腐蝕性及耐熱疲勞性能等原因，Stellite系列鈷基合金在核電閥門中被廣泛應用。然而，由于鈷基合金價格昂貴，以及我國鈷資源缺乏，是一種昂貴的戰略資源，我國科技工作者一直都在尋求鈷基合金的替代品。另外，以鈷基熔覆層為核閥密封面的閥門在使用過程中，由鈷基合金磨損和腐蝕碎片中的Co59受到中子照射后激發將形成Co60同位素，Co60是半衰期極長的強放射源，在停堆檢修時造成檢修時間的增加和對維修人員的威脅，也會大大增加核燃料屏蔽的難度和成本。因此，今后國家第三代大型壓水堆核電站，包括美國的AP1000和法國的EPR，其核級閥門的密封面都要求采用無鈷材料。?

因此我們需要研究一種具有自主知識產權的可以應用在核級閥門的密封面的無鈷材料。粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過成形和燒結，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業技術。目前，粉末冶金技術已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業等領域，成為新材料科學中最具發展活力的分支之一。粉末冶金技術具備顯著節能、省材、性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點，非常適合于大批量生產。另外，部分用傳統鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造，因而備受工業界的重視。粉末冶金結構件制品材料成分不受熔煉限制，既可以加入合金成分，也可以加入其它結構組分，并且在相當大的范圍內根據要求進行調整，進而在力學性能上能達到與鋼件匹配的效果。

粉末冶金機械化程度高，既能減少人員，又能提高效率，進而節約成本。粉末冶金技術能取代傳統的制造工藝，為廣大傳統企業節約成本。所以研究各種機械零部件的粉末冶金的配方，適應不同的需要，具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種適用于核閥密封面的粉末冶金無鈷鐵基合金及其制備方法。

為了實現本發明的目的，本發明通過以下方案實施：

一種粉末冶金無鈷鐵基合金，由下列重量份的原料制成：鉻5.?2-5.6、鎳4.1-4.4、錳6.2-6.6、硅2.5-2.7、石墨0.7-1.1、鉬2.2-2.5、鎢7.2-7.6、鐵粉73-76、Zr?0.7-1.1、Hf?0.4-0.8、助劑2-3；

所述的助劑由下列重量份的原料制成：鐵粉30-34、氫氧化鋁2-3、硫酸鋅1-2、麥飯石1-2、納米碳1-2、玉石2-3、聚異丁烯2-3、鋁酸酯偶聯劑DL-411?1-2、碳化硅粉2-3；制備方法是將鐵粉、氫氧化鋁、硫酸鋅、麥飯石混合，研磨成200-300目粉末，然后加入鋁酸酯偶聯劑DL-411混合均勻，在10-15Mpa下壓制成坯料，然后，送入920-950℃下煅燒3-4小時，冷卻后，粉碎成300-400目粉末，與其它剩余成分混合，加熱至60-70℃，在1200-1500轉/分下攪拌1-2小時，即得。

本發明所述粉末冶金無鈷鐵基合金，由以下具體步驟制成：

（1）將鉻、鎳、錳、鉬、鎢、Zr、Hf、鐵粉混合，加入適量水中，送入球磨機中球磨，得到250-400目粉末，然后，噴霧干燥、烘干，在8-12Mpa壓力下壓制成塊狀，然后在氮氣保護氣氛下650-750℃進行燒結8-10小時，將燒結后的物料粉碎后過200-400目篩；

（2）將其它剩余成分混合均勻；

（3）將步驟（1）、（2）物料在55-59℃下混合攪拌均勻60-75分鐘后，裝入模具，壓制成坯；

（4）將壓坯放在燒結爐中，以6-8℃/分鐘速率升溫至800-850℃條件下燒結1.5-2小時;然后以5-7℃/分鐘速率升溫至1050-1150℃條件下燒結2-3小時；最后空氣中冷卻至室溫即可。

本發明組織致密性、強韌性、高溫硬度、耐磨性、耐熱腐蝕和熱疲勞等性能都優異，而且不含鈷，降低了生產成本、節約了資源，適合于核閥密封面使用。

具體實施方案

下面通過具體實例對本發明進行詳細說明。

一種粉末冶金無鈷鐵基合金，由下列重量份（公斤）的原料制成：鉻5.2、鎳4.1、錳6.2、硅2.5、石墨0.7、鉬2.2、鎢7.2、鐵粉73、Zr?0.7、Hf?0.4、助劑2；