一种高耐磨性的烧结镍基合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高耐磨性的烧结镍基合金及其制备工艺，其制备以镍粉为主体粉末，并加入多种合金粉和纯元素粉，其中作为强化粉末的

【技术实现步骤摘要】
一种高耐磨性的烧结镍基合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于镍基合金领域，涉及一种高硬度
、
高耐磨性的烧结镍基合金及其制备方法
。
技术背景
[0002]镍基合金是一种具备高硬度
、
高强度
、
高耐腐蚀性能等多种优点的合金，其通常在镍中添加铬
、
钼
、
铁等合金元素而形成，通常而言，镍基合金的硬度处在
30
～
40HRC
之间，有少数镍基合金可以达到
50HRC
，这种高硬度的特点使其在高温
、
高压等较为极端的环境下仍具备出色的摩擦磨损性能
。
因此，镍基合金在航空航天
、
石油化工
、
核工业
、
家用电器等等领域中得到广泛的应用，如在航空航天领域中镍基合金常被应用与制备高温高压的涡轮机叶片
、
燃烧室等等
。
其高硬度
、
高耐磨性特点使其在工业领域得到广泛的应用
。
此外，镍基合金的优异高温强度
、
耐腐蚀性
、
抗氧化性等等性能，使其越发成为各种高端工业设备制造所不可或缺的应用材料
。
[0003]当前制备的烧结镍基合金，硬度少有超过
50HRC
，硬度水平的限制阻碍其耐磨性能的提高，从而限制其在各领域的进一步应用
。
因此探寻一些强化物质，通过调控其添加量来提高镍基合金的硬度
、
耐磨性能，是十分重要的
。B4C
具有极高的硬度
、
耐磨性，
Fe
‑
72
％
Si
则具备脱氧
、
提高耐磨性的特点
。
因此，将
B4C、Fe
‑
72
％
Si
作为添加强化物质，可以大大提高镍基合金的硬度与耐磨性能
。
粉末冶金技术通过粉末混合，压制和烧结成型，可直接获得具有复杂形状的零件
、
部件，减少高昂机加工费用
。
以
Ni
粉作为基体粉末，向其中添加一定含量的
B4C
粉
、Fe
‑
72
％
Si
粉
、Cr
粉等，经过粉末冶金烧结成型，可望获得高耐磨的镍基合金零部件，具有十分重要的应用前景
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在通过调控
Ni、Cu、Mo
和
B4C、Fe
‑
72
％
Si、Cr
等粉末配比与烧结升温工艺，提供一种高耐磨性的烧结镍基合金及其制备方法
。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]所述烧结镍基合金所采用的原料粉末质量百分比为：
B4C:2.54
％～
7.63
％；
Fe
‑
72
％
Si:2.78
％～
8.33
％；
Cr:16
％～
25
％；
Ni、Cu
和
Mo:64.35
％～
79.35
％；其中
Ni、Cu
和
Mo
的质量比为
:11:1:1
；粉末经混合，成型和烧结后，相对密度为
95.38
％～
98.62
％，硬度为
56.1
～
60.9HRC
；将
42CrMo
调质钢的耐磨性定义为1，则烧结镍基合金的相对耐磨性为
2.98
～
4.31
；该烧结镍基合金具有高致密度
、
高硬度
、
高耐磨的特性
。
[0007]具有上述高耐磨性的烧结镍基合金的制备方法包括以下步骤：
[0008](1)
粉末混合：按照所需要的比例准备
B4C
粉
、Fe
‑
72
％
Si
粉
、Cr
粉
、Ni
粉
、Cu
粉和
Mo
粉末；粉末称量后进行粉末混合；混合粉末后进行干燥和筛粉；粉末混合的手段包括行星球磨混料
、
振动球磨混料
、V
型混料
、
滚筒混料
。
[0009](2)
粉末成型：将干燥的粉末采用模具冷压，或采用冷等静压的方式，得到具备一
定强度和致密度的压坯；模具冷压的压制压力为
400MPa
～
600MPa
，冷等静压的保压压力为
200MPa
～
300MPa。
[0010](3)
烧结：将粉末成型后的压坯转入可通保护气氛的烧结炉中，在保护气氛下进行烧结，得到烧结镍基合金；烧结时采用分段式的升温程序，在氩气
、
氮气或氩
+
氢混合气氛保护的条件下完成升温和烧结；分段式的升温程序为：将坯体以
1℃/min
～
2℃/min
的升温速率从室温升温至
200℃
后，保温
0.5h
～
1h
；再以
4℃/min
～
7℃/min
的升温速率升温至
400℃
，再保温
0.5h
～
1h
；接着以
5℃/min
～
8℃/min
的升温速率升温至
800℃
，再保温
0.5h
～
1h
；然后以
4℃/min
～
6℃/min
的升温速率升温至
950℃
，再保温
1h
～
1.5h
；再以
5℃/min
～
7℃/min
的升温速率升温至
1025℃
～
1075℃
，再保温
1.5h
～
2h
；该分段式的升温程序的确定依据粉末压坯的物理化学反应过程而设立；完成烧结后，随炉冷却至室温；将烧结后的样品取出，得到烧结镍基合金
。
[0011]对于上述的制备烧结镍基合金的三个步骤，以每制备
100g
镍基粉末为例，进行详细阐述如下：
[0012]步骤
(1)
：每制备
100g
镍基粉末的具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高耐磨性的烧结镍基合金，其特征在于：采用的原料粉末质量百分比为：
B4C:2.54
％～
7.63
％；
Fe
‑
72
％
Si:2.78
％～
8.33
％；
Cr:16
％～
25
％；
Ni、Cu
和
Mo:64.35
％～
79.35
％；其中
Ni、Cu
和
Mo
的质量比为
:11:1:1
；粉末经混合，成型和烧结后，相对密度为
95.38
％～
98.62
％，硬度为
56.1
～
60.9HRC
；将
42CrMo
调质钢的耐磨性定义为1，则烧结镍基合金的相对耐磨性为
2.98
～
4.31
；该烧结镍基合金具有高致密度
、
高硬度
、
高耐磨的特性
。2.
如权利要求1所述的一种高耐磨性的烧结镍基合金，其特征在于：所述烧结镍基合金涉及固相烧结以及
1025
～
1075℃
温度下的部分液相烧结，在较低的烧结温度实现相对密度达到
95.38
％～
98.62
％的较高程度致密化，同时维持烧结产品尺寸稳定性，不发生较大幅度的收缩
、
变形
。3.
如权利要求1所述的一种高耐磨性的烧结镍基合金，其特征在于：所述烧结镍基合金中，硬质相
M7(B,C)3、M
23
(B,C)6均匀分布在镍基体中，起到了强化作用，提高了烧结镍基合金的硬度
、
耐磨性
。4.
如权利要求1所述的一种高耐磨性的烧结镍基合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)
粉末混合：按照
B4C:2.54
％～
7.63
％
、Fe
‑
72
％
Si:2.78
％～
8.33
％
、Cr:16
％～
25
％
、Ni、Cu
和
Mo:64.35
％～
79.35
％
、
其中
Ni、Cu
和
Mo
的质量比为：
11:1:1
的质量百分比，准备
B4C
粉
、Fe
‑
72
％
Si
粉
、Cr
粉
、Ni
粉
、Cu
粉和
Mo
粉末；粉末称量后进行粉末混合；粉末混合后进行干燥和筛粉；粉末混合的手段包括行星球磨混料
、
振动球磨混料
、V
型混料
、
滚筒混料；
(2)
粉末成型：将干燥的粉末采用模具冷压，或采用冷等静压的方式，得到具备一定强度和致密度的压坯；模具冷压的压制压力为
400MPa
～
600MPa
，冷等静压的保压压力为
200MPa
～
300MPa
；
(3)
烧结：将粉末成型后的压坯转入可通保护气氛的烧结炉中，在保护气氛下进行烧结，得到烧结镍基合金；烧结时采用分段式的升温程序，在氩气
、
氮气或氩
+
氢混合气氛保护的条件下完成升温和烧结；分段式的升温程序为：将坯体以
1℃/min
～
2℃/min
的升温速率从室温升温至
200℃
后，保温
0.5h
～
1h
；再以
4℃/min
～
7℃/min
的升温速率升温至
400℃
，再保温
0.5h
～
1h
；接着以
5℃/min
～
8℃/min
的升温速率升温至
800℃
，再保温
0.5h
～
1h
；然后以
4℃/min
～
6℃/min
的升温速率升温至

【专利技术属性】
技术研发人员：罗丰华，罗旷昕，李昌，王玲，白倩，李彬周，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：