[發明專利]一種高溫環境閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410819062.5
• 申請日: 2014-12-25
• 公開（公告）號: CN104550923A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 吳壽濤
• 申請（專利權）人: 銅陵市經緯流體科技有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C22C38/16;B22F9/24;C22C33/02
• 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技術領域，尤其涉及一種高溫環境閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法。

背景技術

閥門是在流體系統中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置，是使配管和設備內的介質（液體、氣體、粉末）流動或停止并能控制其流量的裝置。

閥門所用材料很多，其中粉末冶金材料制作工藝簡單，制作精度高，節約了成本，但是粉末冶金存在很多問題。例如普通鐵基粉末冶金材料耐熱、耐腐蝕性較差，承重性差，強度、硬度、耐沖擊性等力學性能不夠高。

金屬具有抗熱震性，韌性好的特點，但是金屬容易氧化，而且高溫強度不高。陶瓷材料具有高硬度、耐熱性好、耐腐蝕等特點。將金屬和陶瓷結合，可以得到硬度大、高溫強度高、高溫蠕變性好、抗熱震性好、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等諸多優異性能的材料，使得閥門更適合環境的變化，使用壽命更長。但是由于非金屬相和金屬相相容性差，易使成分出現偏析，組織均勻性差，強度不均勻，出現花斑，磨合性差，耐磨性差，不能承受較大的壓力，熱衰嚴重，抗裂紋性能差，抗冷熱疲勞性能差，降低了使用性能，縮短了使用壽命。

可以通過改變原料來改善鐵基粉末冶金材料的性能，還可以通過改善非金屬相和金屬相的相容性來改善材料的性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫環境閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法，該閥門材料組織均勻，強度高，韌性好，具有較高的摩擦耐熱性、較強的耐磨性和較好的熱物理穩定性能、同時機械強度也有顯著提高，適用于作為高溫作業的閥門使用。

本發明的技術方案如下：

一種高溫環境閥門用鐵基粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：硫酸鈣晶須2-2.5、氫化鐵鎂6-8、碳化鈮3-5、鎢3-4、錫2-3、鋅3-5、?La₂O₃1.3-1.8、二硼化鈦15-18、鈷18-22、氧化鉀0.5-0.8、硅烷偶聯劑kh-550?0.3-0.4、1%碳酸鈉溶液適量、水適量、次亞磷酸鈉2.5-3.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸銅溶液30-35、潤濕助劑2-3、鐵粉50-54；

所述潤濕助劑由下列重量份的原料制成：SrCl?0.1-0.2、P2O5?0.2-0.4、錫酸鈉0.4-0.6、K₂ZrF₆2.3-2.8、Mo1.3-1.6、納米LA2O3?0.6-0.9、納米CeO2?0.3-0.5、納米碳0.2-0.4、鋁粉0.6-0.9、NaF0.1-0.2、丙酮8-10、聚乙二醇400?0.1-0.2；制備方法為：將聚乙二醇400加入丙酮中，攪拌均勻，再加入納米LA2O3、納米CeO2，在8000-10000轉/分下攪拌10-15分鐘，超聲分散4-5分鐘，再加入其他剩余成分攪拌10-15分鐘，超聲分散4-5分鐘，噴霧干燥，送入高溫真空爐中，抽真空至≤10^-2Pa，再通入氬氣，加熱至1300-1400℃，保溫20-30分鐘，冷卻，粉碎，即得。

所述高溫環境閥門用鐵基粉末冶金材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）將硫酸鈣晶須、碳化鈮、二硼化鈦混合，加入3-4倍重量份的1%碳酸鈉溶液中，加熱至40-50℃，攪拌10-15分鐘，過濾，加入3-4倍重量份的水洗滌，重復洗滌2-3次，過濾，得到濾餅；

（2）將濾餅與潤濕助劑混合，研磨30-40分鐘，加入4-5倍重量份的水，加入硅烷偶聯劑kh-550，攪拌10-15分鐘，加熱至60-70℃，再加入錫、鋅、0.5-0.9重量份的鐵粉，攪拌30-40分鐘，過濾，在氫氣氛圍下噴霧干燥，粉碎，過130目篩，得到粉末；

（3）將第（2）步得到的粉末加入2Mol/L硫酸銅溶液中，加入聚乙二醇、次亞磷酸鈉，加熱至60-70℃，攪拌反應1-2個小時，過濾，用水洗滌至中性，通入熱氫氣干燥，粉碎，得到粉末；

（4）將第（3）步得到的粉末與其他剩余成分混合、球磨、成形、燒結、精整加工，即得。

本發明的有益效果

本發明閥門材料制作工藝使得金屬相與非金屬相相互穿插，緊密結合，增加了非金屬相與金屬相的潤濕性和粘結性，能夠防止成分偏析，使得材料組織均勻，增加了強度和韌性；通過添加碳化鈮、鎢、硫酸鈣晶須，使得材料具有較高的摩擦耐熱性、較強的耐磨性和較好的熱物理穩定性能、同時機械強度也有顯著提高，適用于作為高溫作業的閥門使用；通過使用本發明的潤濕助劑，能夠增加金屬對非金屬相的潤濕性能，增加閥門的疲勞強度和韌性。