[發明專利]一種機械裝置用多元合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410198846.0
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103938033A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 柴博;李建輝;孫遠敬;劉濤;劉芮葭;于寧;崔寧;徐建新;沈瀟
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: C22C19/05
• 分類號: C22C19/05;C22C1/02
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于金屬材料及冶金技術領域，具體涉及一種機械裝置用多元合金材料及其制備方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，生產過程中對機械產品的性能要求越來越高，產品在高參數(如高溫、高壓、高速等)和惡劣的工況條件下長期穩定運轉，必然對其表面的強度、耐磨性、耐蝕性等提出更高的要求。各種機械設備、儀器儀表、冶金零部件中的金屬零件，以及各種工模具，在使用過程中往往首先從表面發生破壞和失效，破壞的原因很大一部分是由于表面磨損而造成的。因此，只要對零部件表面進行強化就能滿足性能的要求。表面強化技術主要有熱噴涂、表面熔覆等工藝方法，表面熔覆技術使基體表面獲得耐磨性能的同時，覆層材料與基體間可形成牢固的冶金結合，因此在一些要求表面不僅具有抗磨性能，而且還需要承受強載荷作用的條件下，具有絕對優勢。常用熔覆材料有鐵基、鎳基、鈷基材料等，由于采用鎳基體時更能適于高溫、氧化、腐蝕等工況條件下的性能要求，所以鎳基熔覆材料得到廣泛的應用。

高溫合金材料最初主要應用于航空航天領域，由于其優良的耐高溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應用到電力、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業領域，從而大大

拓展了高溫合金材料的應用領域。隨著高溫合金材料的發展，其市場需求處于逐步擴大和增長狀態。鎳基高溫合金在熱擠壓或熱軋過程中會形成Cr₂O₃、Ni-Cr-O尖晶石、NiO等氧化物，其中Cr₂O₃起主要的保護作用，且在氧化性酸中不易發生反應；?Ni-Cr-O尖晶石不溶于常用的各種酸，使得酸洗液難以接觸基體金屬。而含鋁的鎳基高溫合金會形成以Al₂O₃為主的內氧化，沿晶界分布，鑲嵌釘軋在基體中，使酸洗困難增加。

例如，歷來，需要耐磨損性的發動機閥中，除了廣泛使用Stellite（注冊商標）所代表的Co-Cr-W-C系合金和Tribaloy（注冊商標）所代表的Co-Mo-Si系合金等的Co基表面硬化合金以外，在一部分發動機閥中，Ni基表面硬化合金和Fe基表面硬化合金也得到應用或研究。其中的Co-Cr-W-C系合金，作為表面硬化合金雖然具備高的耐沖擊性，但耐磨損性不充分，不能耐受長期的使用；Co-Mo-Si系合金，作為表面硬化合金雖然具備高的耐磨損性，但耐沖擊性不充分，裂紋和伴隨其發生的剝離成為問題；另外，Co-Cr-W-C系合金和Co-Mo-Si系合金由Co和Cr、W或Mo構成，不能將稀有金屬的含量控制在低水平。另一方面，與Co-Cr-W-C系合金和Co-Mo-Si系合金具備同等的特性的、以Ni和Fe為主成分的表面硬化合金被開發/使用，但在使用環境嚴苛化的發動機閥中，存在不能全部滿足耐磨損性、耐沖擊性、耐高溫腐蝕性的問題。以賦予耐磨損性、耐沖擊性和耐高溫腐蝕性為目的的表面硬化合金，目前在各種工業領域被廣泛使用。但是，由于近年來環境意識的提高，工業設備的使用環境增加了嚴格度。隨之而來的是，除了表面硬化合金也要求更高性能的材料以外，還要求礦物資源的有效利用和與之相伴而將稀有金屬的使用量抑制得低的廉價的合金。特別是在發動機閥所使用的鍍敷合金中，具備耐沖擊性、耐磨損性和耐高溫腐蝕性，此外利用資源豐富的廉價的合金的開發成為課題。

因此，添加合金元素強化合金是提高合金強度的一種簡單有效且經濟實用的方法，目前在機械裝置用合金開發過程中通過添加大量的合金元素來提高強度使用的最為普遍。在提高合金性能的各種合金元素中，多種稀土元素聯合使用時強化效果最好。目前，機械裝置用合金的開發一般含兩種及兩種以上稀土元素。另外，稀土元素在鑄造合金中有凈化、除氣和排渣作用，能有效減少氣體、?氧化物和有害元素的影響。同時，部分稀土元素能夠細化合金組織或擴散固溶于基體內部以強化合金的力學性能，還可以在金屬中形成稀土化合物，這些化合物在合金基體的晶界處

產生偏聚，進而增加了位錯密度，增大了晶格畸變程度，從而達到強化的目的。大量稀土元素的加入雖然可以大大提高合金的強度，但隨之而來的是合金材料價格比較高，高稀土合金大量應用受到限制。因此開發無稀土或含少量稀土元素的機械裝置用合金具有重要的意義。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種機械裝置用多元合金材料及其制備方法，目的是在降低合金成分的稀土元素含量的同時不降低合金的力學性能，使得此類合金具有比傳統商業合金優越的力學性能。