一种高压阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法.pdf

一种高压阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量份的原料制成：纳米羰基铁粉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、硅烷偶联剂kh-550 0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液50-55、润湿助剂2-3、铁粉56-59；本发明阀门材料适用于制作公称压力≤32MPa的阀门；通过添加WC、Al2O3、TaC、LaB，增加了阀门的耐热性、耐腐蚀性，可以输送-30～425℃的水、蒸汽、氢、氨、氮、石油等介质。

权利要求书
1.  一种高压阀门用铁基粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：纳米羰基铁粉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、硅烷偶联剂kh-550 0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液50-55、润湿助剂2-3、铁粉56-59；
所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：K2ZrF6 1-2、V2O52-3、纳米银0.8-1.4、TiN0.4-0.6、MoO3 3-4、纳米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入纳米银，搅拌20-30分钟，超声分散3-4分钟，再加入其它剩余成分，在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，在120-130℃油浴中搅拌至绝干，粉碎，过80目筛，即得。

2.  根据权利要求1所述高压阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纳米羰基铁粉、Bi2O3、WC、Al2O3、TaC、LaB混合，加入3-4倍重量份的1%碳酸钠溶液中，加热至40-50℃，搅拌10-15分钟，过滤，加入3-4倍重量份的水洗涤，重复洗涤2-3次，过滤，得到滤饼；
（2）将滤饼与润湿助剂混合，研磨30-40分钟，加入4-5倍重量份的水，加入硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，加热至60-70℃，再加入Ni 、1.4-1.8重量份的铁粉，搅拌30-40分钟，过滤，在氢气氛围下喷雾干燥，粉碎，过130目筛，得到粉末；
（3）将第（2）步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中，加入聚乙二醇、次亚磷酸钠，加热至60-70℃，搅拌反应1-2个小时，过滤，用水洗涤至中性，通入氢气干燥，粉碎，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末与其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工，即得。

说明书一种高压阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种高压阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术
阀门是在流体系统中，用来控制流体的方向、压力、流量的装置，是使配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止并能控制其流量的装置。当阀门通过的介质和工况不一样时对阀门材质有着不同的要求，对材料的耐温性、耐腐蚀性、强度等性能有不同的要求。阀门的工作压力可从0.0013MPa到1000MPa 的超高压，工作温度从-270℃的超低温到1430℃的高温。
阀门材料可以用粉末冶金材料制作，但是普通铁粉末冶金材料耐热、耐腐蚀性较差，承重性差，强度、硬度、耐冲击性等力学性能不够高。在铁基粉末冶金材料中加入瓷粉等非金属相，可以改善材料的耐热性、耐腐蚀性，提高硬度，提高抗氧化性，提高抗蠕变性能。但是由于非金属相和金属相相容性差，易使成分出现偏析，组织均匀性差，强度不均匀，出现花斑，磨合性差，耐磨性差，不能承受较大的压力，热衰严重，抗裂纹性能差，抗冷热疲劳性能差，使用寿命短。
可以通过改变原料来改善铁基粉末冶金材料的性能，还可以通过改善非金属相和金属相的相容性来改善材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压阀门用铁基粉末冶金材料及其制备方法，该阀门材料适用于公称压力≤32MPa的阀门，耐热性、耐腐蚀性好，可以输送-30～425℃的水、蒸汽、氢、氨、氮、石油等介质。
本发明的技术方案如下：
一种高压阀门用铁基粉末冶金材料，其特征在于由下列重量份的原料制成：纳米羰基铁粉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、硅烷偶联剂kh-550 0.5-0.6、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠4-4.5、聚乙二醇0.4-0.6、2Mol/L硫酸铜溶液50-55、润湿助剂2-3、铁粉56-59；
所述润湿助剂由下列重量份的原料制成：K2ZrF6 1-2、V2O52-3、纳米银0.8-1.4、TiN0.4-0.6、MoO3 3-4、纳米云母粉0.6-0.9、水8-10、聚乙二醇0.1-0.2；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入纳米银，搅拌20-30分钟，超声分散3-4分钟，再加入其它剩余成分，在7000-8000转/分下搅拌10-15分钟，超声分散4-5分钟，在120-130℃油浴中搅拌至绝干，粉碎，过80目筛，即得。
所述高压阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将纳米羰基铁粉、Bi2O3、WC、Al2O3、TaC、LaB混合，加入3-4倍重量份的1%碳酸钠溶液中，加热至40-50℃，搅拌10-15分钟，过滤，加入3-4倍重量份的水洗涤，重复洗涤2-3次，过滤，得到滤饼；
（2）将滤饼与润湿助剂混合，研磨30-40分钟，加入4-5倍重量份的水，加入硅烷偶联剂kh-550，搅拌10-15分钟，加热至60-70℃，再加入Ni 、1.4-1.8重量份的铁粉，搅拌30-40分钟，过滤，在氢气氛围下喷雾干燥，粉碎，过130目筛，得到粉末；
（3）将第（2）步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中，加入聚乙二醇、次亚磷酸钠，加热至60-70℃，搅拌反应1-2个小时，过滤，用水洗涤至中性，通入氢气干燥，粉碎，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末与其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工，即得。
本发明的有益效果
本发明阀门材料的制作工艺使得金属相与非金属相相互穿插，紧密结合，增加了非金属相与金属相的润湿性和粘结性，能够防止成分偏析，使得材料组织均匀，增加了强度和韧性，适用于公称压力≤32MPa的阀门；通过添加WC、Al2O3、TaC、LaB，增加了阀门的耐热性、耐腐蚀性，可以输送-30～425℃的水、蒸汽、氢、氨、氮、石油等介质；通过使用本发明的润湿助剂，能够增加金属对非金属相的润湿性能，增加阀门的疲劳强度和韧性。
具体实施方式
一种高压阀门用铁基粉末冶金材料，由下列重量（公斤）的原料制成：纳米羰基铁粉4.5、脂肪酸二酰胺1.1、Co15、Ni4.5、Sn2.5、Nb2O5 1.3、Bi2O3 2.5、WC10、Al2O3 6、TaC5、LaB6 3.5、硅烷偶联剂kh-550 0.5、1%碳酸钠溶液适量、水适量、次亚磷酸钠4.3、聚乙二醇0.5、2Mol/L硫酸铜溶液53、润湿助剂2.5、铁粉58；
所述润湿助剂由下列重量份（公斤）的原料制成：K2ZrF6 1.5、V2O52.5、纳米银1.1、TiN0.4-0.6、MoO3 3.5、纳米云母粉0.8、水9、聚乙二醇0.1；制备方法为：将聚乙二醇加入水中，搅拌均匀后加入纳米银，搅拌25分钟，超声分散3分钟，再加入其它剩余成分，在7500转/分下搅拌14分钟，超声分散5分钟，在125℃油浴中搅拌至绝干，粉碎，过80目筛，即得。
所述高压阀门用铁基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将纳米羰基铁粉、Bi2O3、WC、Al2O3、TaC、LaB混合，加入3.5倍重量份的1%碳酸钠溶液中，加热至45℃，搅拌13分钟，过滤，加入3.4倍重量份的水洗涤，重复洗涤3次，过滤，得到滤饼；
（2）将滤饼与润湿助剂混合，研磨35分钟，加入4.5倍重量份的水，加入硅烷偶联剂kh-550，搅拌13分钟，加热至65℃，再加入Ni 、1.6重量份的铁粉，搅拌35分钟，过滤，在氢气氛围下喷雾干燥，粉碎，过130目筛，得到粉末；
（3）将第（2）步得到的粉末加入2Mol/L硫酸铜溶液中，加入聚乙二醇、次亚磷酸钠，加热至65℃，搅拌反应1.5个小时，过滤，用水洗涤至中性，通入氢气干燥，粉碎，得到粉末；
（4）将第（3）步得到的粉末与其他剩余成分混合、球磨、成形、烧结、精整加工，即得。
实验数据：
经测试该实施例阀门材料的硬度HB为66，致密度为94.21%，空隙率9.12%，断裂韧性为16.1MPa·m1/2,抗压强度为165MPa，抗弯强度为508MPa。