一種高壓閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]閥門是在流體系統(tǒng)中，用來控制流體的方向、壓力、流量的裝置，是使配管和設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)(液體、氣體、粉末)流動或停止并能控制其流量的裝置。當(dāng)閥門通過的介質(zhì)和工況不一樣時對閥門材質(zhì)有著不同的要求，對材料的耐溫性、耐腐蝕性、強(qiáng)度等性能有不同的要求。閥門的工作壓力可從0.0013MPa到100MPa的超高壓，工作溫度從_270°C的超低溫到1430 °C的高溫。
[0003]閥門材料可以用粉末冶金材料制作，但是普通鐵粉末冶金材料耐熱、耐腐蝕性較差，承重性差，強(qiáng)度、硬度、耐沖擊性等力學(xué)性能不夠高。在鐵基粉末冶金材料中加入瓷粉等非金屬相，可以改善材料的耐熱性、耐腐蝕性，提高硬度，提高抗氧化性，提高抗蠕變性能。但是由于非金屬相和金屬相相容性差，易使成分出現(xiàn)偏析，組織均勻性差，強(qiáng)度不均勻，出現(xiàn)花斑，磨合性差，耐磨性差，不能承受較大的壓力，熱衰嚴(yán)重，抗裂紋性能差，抗冷熱疲勞性能差，使用壽命短。
[0004]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(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高壓閥門用鐵基粉末冶金材料及其制備方法，該閥門材料適用于公稱壓力彡32MPa的閥門，耐熱性、耐腐蝕性好，可以輸送-30?425°C的水、蒸汽、氫、氨、氮、石油等介質(zhì)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種高壓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:納米羰基鐵粉 4-5、脂肪酸二酰胺 1.0-1.3、Col0-20、Ni4_5、Sn2_3、Nb205 1-1.6、Β?203 2-3、WC8-12、A1203 5-7、TaC4_6、LaB6 3-4、硅烷偶聯(lián)劑 kh-550 0.5-0.6、1% 碳酸鈉溶液適量、水適量、次亞磷酸鈉4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸銅溶液50-55、潤濕助劑2_3、鐵粉 56-59 ；
所述潤濕助劑由下列重量份的原料制成:K2ZrF6 1-2、V2052-3、納米銀0.8-1.4、TiN0.4-0.6、Mo03 3-4、納米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2 ;制備方法為:將聚乙二醇加入水中，攪拌均勻后加入納米銀，攪拌20-30分鐘，超聲分散3-4分鐘，再加入其它剩余成分，在7000-8000轉(zhuǎn)/分下攪拌10-15分鐘，超聲分散4_5分鐘，在120_130°C油浴中攪拌至絕干，粉碎，過80目篩，即得。
[0007]所述高壓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:
(I)將納米羰基鐵粉、Bi203、WC、A1203、TaC、LaB混合，加入3-4倍重量份的1%碳酸鈉溶液中，加熱至40-50°C，攪拌10-15分鐘，過濾，加入3-4倍重量份的水洗滌，重復(fù)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(lián)劑kh-550，攪拌10-15分鐘，加熱至60-70°C，再加入N1、1.4-1.8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°C，攪拌反應(yīng)1-2個小時，過濾，用水洗滌至中性，通入氫氣干燥，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(jié)、精整加工，即得。
[0008]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明閥門材料的制作工藝使得金屬相與非金屬相相互穿插，緊密結(jié)合，增加了非金屬相與金屬相的潤濕性和粘結(jié)性，能夠防止成分偏析，使得材料組織均勻，增加了強(qiáng)度和韌性，適用于公稱壓力彡32MPa的閥門；通過添加WC、A1203、TaC, LaB,增加了閥門的耐熱性、耐腐蝕性，可以輸送-30?425°C的水、蒸汽、氫、氨、氮、石油等介質(zhì)；通過使用本發(fā)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(qiáng)度和韌性。
【具體實施方式】
[0009]一種高壓閥門用鐵基粉末冶金材料，由下列重量(公斤)的原料制成:納米羰基鐵粉 4.5、脂肪酸二酰胺 1.1、Col5、Ni4.5、Sn2.5、Nb205 1.3、Β?203 2.5、WC10、A1203 6、TaC5、LaB6 3.5、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.5、1%碳酸鈉溶液適量、水適量、次亞磷酸鈉4.3、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸銅溶液53、潤濕助劑2.5、鐵粉58 ；
所述潤濕助劑由下列重量份(公斤)的原料制成:K2ZrF6 1.5、V2052.5、納米銀1.1、TiN0.4-0.6、Mo03 3.5、納米云母粉0.8、水9、聚乙二醇0.1 ;制備方法為:將聚乙二醇加入水中，攪拌均勻后加入納米銀，攪拌25分鐘，超聲分散3分鐘，再加入其它剩余成分，在7500轉(zhuǎn)/分下攪拌14分鐘，超聲分散5分鐘，在125°C油浴中攪拌至絕干，粉碎，過80目篩，即得。
[0010]所述高壓閥門用鐵基粉末冶金材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將納米羰基鐵粉、Bi203、WC、A1203、TaC、LaB混合，加入3.5倍重量份的1%碳酸鈉溶液中，加熱至45°C，攪拌13分鐘，過濾，加入3.4倍重量份的水洗滌，重復(fù)洗滌3次，過濾，得到濾餅；
(2)將濾餅與潤濕助劑混合，研磨35分鐘，加入4.5倍重量份的水，加入硅烷偶聯(lián)劑kh-550，攪拌13分鐘，加熱至65°C，再加入N1、1.6重量份的鐵粉，攪拌35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65°C，攪拌反應(yīng)1.5個小時，過濾，用水洗滌至中性，通入氫氣干燥，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(jié)、精整加工，即得。
[0011]實驗數(shù)據(jù):
經(jīng)測試該實施例閥門材料的硬度HB為66，致密度為94.21%，空隙率9.12%，斷裂韌性為16.1MPa.m1/2,抗壓強(qiáng)度為165MPa，抗彎強(qiáng)度為508MPa。
【主權(quán)項】
1.一種高壓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:納米羰基鐵粉 4-5、脂肪酸二酰胺 1.0-1.3、Col0-20、Ni4_5、Sn2_3、Nb205 1-1.6、Β?203 2-3、WC8-12、A1203 5-7、TaC4_6、LaB6 3-4、硅烷偶聯(lián)劑 kh-550 0.5-0.6、1% 碳酸鈉溶液適量、水適量、次亞磷酸鈉4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸銅溶液50-55、潤濕助劑2_3、鐵粉 56-59 ； 所述潤濕助劑由下列重量份的原料制成:K2ZrF6 1-2、V2052-3、納米銀0.8-1.4、TiN0.4-0.6、Mo03 3-4、納米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2 ;制備方法為:將聚乙二醇加入水中，攪拌均勻后加入納米銀，攪拌20-30分鐘，超聲分散3-4分鐘，再加入其它剩余成分，在7000-8000轉(zhuǎn)/分下攪拌10-15分鐘，超聲分散4_5分鐘，在120_130°C油浴中攪拌至絕干，粉碎，過80目篩，即得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓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)將納米羰基鐵粉、Bi203、WC、A1203、TaC、LaB混合，加入3-4倍重量份的1%碳酸鈉溶液中，加熱至40-50°C，攪拌10-15分鐘，過濾，加入3-4倍重量份的水洗滌，重復(fù)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(lián)劑kh-550，攪拌10-15分鐘，加熱至60-70°C，再加入N1、1.4-1.8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°C，攪拌反應(yīng)1-2個小時，過濾，用水洗滌至中性，通入氫氣干燥，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(jié)、精整加工，即得。
【專利摘要】一種高壓閥門用鐵基粉末冶金材料，由下列重量份的原料制成：納米羰基鐵粉4-5、脂肪酸二酰胺1.0-1.3、Co10-20、Ni4-5、Sn2-3、Nb2O5？1-1.6、Bi2O3？2-3、WC8-12、Al2O3？5-7、TaC4-6、LaB6？3-4、硅烷偶聯(lián)劑kh-550？0.5-0.6、1%碳酸鈉溶液適量、水適量、次亞磷酸鈉4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸銅溶液50-55、潤濕助劑2-3、鐵粉56-59；本發(fā)明閥門材料適用于制作公稱壓力≤32MPa的閥門；通過添加WC、Al2O3、TaC、LaB，增加了閥門的耐熱性、耐腐蝕性，可以輸送-30～425℃的水、蒸汽、氫、氨、氮、石油等介質(zhì)。
【IPC分類】C22C38-10, B22F1-00
【公開號】CN104550934
【申請?zhí)枴緾N201410819258
【發(fā)明人】吳壽濤
【申請人】銅陵市經(jīng)緯流體科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日