一种Ni-P合金及其制备方法与流程

一种ni-p合金及其制备方法
技术领域
1.本发明属于镍基合金制造技术领域，特别涉及一种ni-p合金及其制备方法。


背景技术：

2.镍磷合金是一种以镍为基体的合金材料，其具备优异的耐蚀性能，高硬度、高耐磨性以及良好的机械加工性能，被广泛应用于机械化工设备的耐蚀构件、汽车船舶的传动件、医疗仪器的精密结构件、塑料制品的模具结构件等方面。
3.由于镍磷合金中镍与磷的熔点相差极大，导致对其烧结难度的增加。具体而言，在烧结过程中，随着温度的升高，发生扩散及相变，会有脆性的磷化相形成，这会严重恶化工件的强度及韧性。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种在烧结过程中抑制磷化相形成，且适用于新型ni-p合金的制备方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种ni-p合金的制备方法，包括烧结步骤；
6.所述烧结步骤为将初级坯料在氢气氛围下，以100～200℃/min的升温速率从600℃升温至900～1150℃，烧结时间为2～6min，并保温10～30min，获得ni-p合金；
7.所述ni-p合金包括如下组分：
8.0.5～12.5wt％p、0.5～2.5wt％fe、余量为ni和一些不可避免的杂质。
9.进一步提供一种由如上述ni-p合金的制备方法制备得到的ni-p合金。
10.本发明的有益效果在于：采用高频快速烧结法对新型ni-p合金进行烧结，可有效控制在升温过程中脆性磷化相的形成，从而保证ni-p合金成品的强度和韧性，消除ni-p合金成品的脆性；同时，采用高频快速烧结法对ni-p合金进行烧结，可有效抑制晶粒生长，促使细晶强化，从而获得具有优良性能的ni-p合金，并且也缩短了ni-p合金的整体烧结工艺周期。
附图说明
11.图1所示为本发明实施例1中ni-p合金的金相照片；
12.图2所示为本发明对比例1中ni-p合金的金相照片。
具体实施方式
13.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
14.一种ni-p合金的制备方法，包括烧结步骤；
15.所述烧结步骤为将初级坯料在氢气氛围下，以100～200℃/min的升温速率从600℃升温至900～1150℃，烧结时间为2～6min，并保温10～30min，获得ni-p合金；
16.所述ni-p合金包括如下组分：
17.0.5～12.5wt％p、0.5～2.5wt％fe、余量为ni和一些不可避免的杂质。
18.其中，由于本发明所提供的ni-p合金中ni含量≥85wt％，且p含量在0.5～12.5wt％。在高磷含量下，ni-p合金在烧结升温过程中磷化相容易形成并析出，严重影响成品ni-p合金的机械性能。因此，通过将含有ni-p合金全部成分的初级坯料进行高频快速烧结过程，具体为在氢气氛围下，以100～200℃/min的升温速率从600℃升温至900～1150℃，烧结2～6min并保温10～30min，以获得机械性能优良的ni-p合金。高频快速烧结法不仅可以有效抑制磷化相的形成和析出，同时也可有效抑制晶粒的生长，促使细晶强化，并且也可以有效缩短ni-p合金的整个烧结的工艺周期。
19.所述一些不可避免的杂质主要为s元素，可允许含量为w(s)％≤0.005％。
20.为了进一步提高ni-p合金成品的机械强度，可在烧结过程后进行降温出炉过程，具体为：待保温结束后，向炉内继续通入氢气，同时打开冷却水系统，以50-100℃/min的降温速率降温至500℃，停止通气并对炉内进行抽真空，此后通过向炉内冲入氩气至炉内大气压与外界平衡时，打开炉门，ni-p合金出炉空冷，快速的冷却速率抑制了脆性磷化相的析出，保证了基体的一致性，提高了成品的机械强度。
21.需要说明的是，虽然本发明所提供的烧结工艺主要针对注射成型工艺制备的ni-p合金，但是该烧结工艺对其他工艺制备得到的ni-p合金同样适用，如熔炼、机械合金化、气相沉积、电镀或化学镀等。
22.在本文中，所述升温速率为炉体按照程序实际的升温速率。
23.进一步的，所述ni-p合金的制备方法还包括在所述烧结步骤前的真空热脱脂步骤；
24.所述真空热脱脂步骤的升温曲线为：
25.室温匀速升温至180℃，用时30min；
26.180℃匀速升温至300℃，用时60min；
27.300℃保温30min；
28.300℃匀速升温至450℃，用时60min；
29.450℃保温30min；
30.450℃匀速升温至600℃，用时60min；
31.600℃保温30min。
32.其中，真空热脱脂可有效除去初级坯料中除聚甲醛以外的其他高分子粘接剂，并且通过采用真空环境进行热脱脂，由于真空环境为还原性气氛，可有效促进na、k、mg等杂质元素的挥发，从而降低初级坯料缺陷的出现概率。同时，真空环境可有效增强ni-p合金中碳的还原力，使烧结体内氧化物形成相应的碳化物，降低了工件中氧的含量，从而进一步降低烧结体缺陷出现的概率。并且发明人还发现在负压条件下脱脂可在初级坯料的表面形成微小的压强差，可进一步促进初级坯料中高分子粘接剂的脱除和分离。在实验时发现，当初级坯料的厚度大于5mm时，该优势更为显著。需要说明的是，该真空热脱脂步骤中升温曲线可根据初级坯料中高分子粘接剂的组成以及含量进行适当修改。
33.具体的，所述ni-p合金的制备方法包括如下步骤：
34.s1、将ni、p、fe的混合物与胶料按质量比85:15进行混合密炼，获得喂料颗粒；
35.s2、将所述喂料颗粒进行注射，获得生坯；
36.s3、对所述生坯进行第一次脱脂，获得初级坯料；
37.s4、将所述初级坯料依次进行真空热脱脂和烧结，获得ni-p合金。
38.其中，所述胶料包括如下按质量比的组分构成：
39.聚甲醛：高密度聚乙烯：乙烯-醋酸乙烯共聚物：石蜡：硬脂酸锌＝88:7:2:2:1。
40.优选的，所述密炼的条件为：密炼温度195℃，螺杆转速35r/min，密炼时间为40min。
41.优选的，所述注射的条件为：注射温度195℃，注射压力80mpa，注射速度10cm3/s，保压时间3s。
42.如上述ni-p合金的制备方法制备得到的ni-p合金，该ni-p合金表面具有金属光泽且光滑无缺陷，其硬度可达到hv470以上，屈服强度可达到540mpa以上，抗拉强度可达到900mpa以上且延伸率在9.0～7.0％，可适用于制备机械强度要求高，且具备一定塑性的耐蚀构件或精密结构件等。
43.实施例1
44.一种ni-p合金的制备方法，包括如下步骤：
45.s1、选用经雾化法获得ni-p粉末(8.0wt％p，1.5wt％fe，余量为ni和一些不可避免的杂质)与胶体(聚甲醛、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、石蜡、硬脂酸锌按质量比为88:7:2:2:1)按质量比85:15一同放入预热好的密炼机中，以密炼温度195℃，螺杆转速35℃/min进行密炼40min，待密炼结束后将物料移入造粒机中造粒，获得喂料颗粒；
46.s2、将喂料颗粒放入注射机中，以注射温度195℃、注射压力80mpa、注射速度10cm3/s，保压3s进行注射，获得生坯；
47.s3、将生坯放入催化脱脂炉中脱除聚甲醛，其中硝酸进酸量为5g/min，催化脱脂时间为5h，炉内温度120℃，获得初级坯料，初级坯料酸脱率为7.78％，接近理论7.8％的酸脱率；
48.s4、将初级坯料放入烧结炉中，按如下升温曲线进行真空热脱脂：
49.室温匀速升温至180℃，用时30min；
50.180℃匀速升温至300℃，用时60min；
51.300℃保温30min；
52.300℃匀速升温至450℃，用时60min；
53.450℃保温30min；
54.450℃匀速升温至600℃，用时60min；
55.600℃保温30min；
56.s5、开启烧结炉高频电源并进行升温，在氢气氛围下，以100℃/min的升温速率从600℃升温至900℃，烧结升温时间3min，并保温30min；
57.s6、待保温完成后，向炉内继续通入氢气，以100℃/min的降温速率降温至500℃，停止通气并对炉内进行抽真空，此后通过向炉内冲入氩气至炉内大气压与外界平衡时，打开炉门并进行出炉空冷，获得ni-p合金。
58.实施例2
59.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：ni-p粉末由12.5wt％p，
0.5wt％fe，余量为ni和一些不可避免的杂质组成。
60.实施例3
61.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：ni-p粉末由0.5wt％p，2.5wt％fe，余量为ni和一些不可避免的杂质组成。
62.实施例4
63.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：烧结工艺为：以200℃/min的升温速率从600℃升温至1000℃，烧结升温时间为2min，并保温10min。
64.实施例5
65.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：烧结工艺为：以100℃/min的升温速率从600℃升温至1150℃，烧结升温时间为5.5min，并保温20min。
66.对比例1
67.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：烧结工艺为：以5℃/min从600℃升温至900℃，烧结升温时间为60min，保温30min。
68.对比例2
69.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：烧结温度从600℃升温至800℃。
70.对比例3
71.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：烧结温度从600℃升温至1150℃。
72.对比例4
73.一种ni-p合金的制备方法，与实施例1的区别在于：升温速率为250℃/min。
74.检测例1
75.将实施例1、4、5和对比例1～3分别进行物性检测，检测结果如表1所示。
76.表1
[0077][0078]
需要说明的是，对比例1由于采用常规的升温速率导致ni-p合金中有大量磷化相形成和析出，导致其质地脆，无法测量屈服强度、抗拉强度和延伸率数据；对比例3由于过烧烧结导致ni-p合金处于熔融状态，无法测量屈服强度、抗拉强度和延伸率数据。
[0079]
从表1可以看出，通过本发明所提供的ni-p合金的制备方法所制备得到的新型ni-p合金在外观上表面具有金属光泽，且光滑无缺陷，屈服强度、抗拉强度和延伸率相较于对比例2而言显著提升。
[0080]
检测例2
[0081]
将实施例1和对比例1所制备得到的ni-p合金进行研磨拍照，照片分别为图1和图2所示。
[0082]
从图1可以看出通过本发明所提供的ni-p合金的制备方法制备得到的ni-p合金的金相上无明显析出；从图2可以看出采用常规升温烧结过程制备得到的ni-p合金金相上存在大量明显、粗大且不均匀的第二相磷化相析出，并且分布不均匀，严重恶化ni-p合金的机械性能。
[0083]
综上所述，采用高频快速烧结法对新型ni-p合金进行烧结，可有效控制在升温过程中脆性磷化相的形成，从而保证ni-p合金成品的强度和韧性，消除ni-p合金成品的脆性；同时，采用高频快速烧结法对ni-p合金进行烧结，可有效抑制晶粒生长，促使细晶强化，从而获得具有优良性能的ni-p合金，并且也缩短了ni-p合金的整体烧结工艺周期。
[0084]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。