專利名稱：含有精細(xì)分散的沉淀物的抗粘扣合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有精細(xì)分散的沉淀物的抗粘扣合金，特別是含有Ni、Cr、Sn、Bi、Mo、Fe、Si和Te的抗粘扣合金，其中基體具有細(xì)小的樹枝狀結(jié)構(gòu)，并且Bi沉淀物精細(xì)分散在該樹枝狀結(jié)構(gòu)上，從而可顯著提高抗粘扣性能和物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性和硬度。本發(fā)明的抗粘扣合金將非常有助于提高諸如轉(zhuǎn)子、軸、閥和機(jī)械封口的各種潮濕機(jī)器部件的使用壽命和機(jī)械精度。
背景技術(shù)：
抗粘扣合金是指與其他金屬接觸時(shí)能夠保持光滑表面的金屬，這是因?yàn)槠渚哂蟹浅５偷哪Σ料禂?shù)，并且可防止由于接觸應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。所以，抗粘扣合金已廣泛應(yīng)用于具有需要金屬-金屬頻繁接觸的潮濕機(jī)器部件的工業(yè)機(jī)器上。
一般使用含鉛合金作為抗粘扣合金。但由于鉛對(duì)健康有害，所以開發(fā)并使用不含鉛的合金。典型的實(shí)例是含有Bi的Ni基體和Cu基體合金[第3,145,099、4,702,887、5,242,657、6,059,901和5,846,483號(hào)美國專利]。
特別地，已知Ni-Cr-Sn-Bi基合金適合用作驅(qū)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子、軸、閥和其他機(jī)械密封部件，這是因?yàn)槠洳缓U并且具有相對(duì)良好的抗粘扣性能。但Ni-Cr-Sn-Bi基合金的耐磨性不足。具體而言，當(dāng)其與不銹鋼接觸時(shí)，其表面被刮傷而變得粗糙?？焖倌p過程導(dǎo)致給定材料的使用壽命縮短并損害機(jī)械精度，因此其不適合用作各種工業(yè)機(jī)器的潮濕部件或閥。
決定抗粘扣性能的關(guān)鍵因素是合金組成和顯微結(jié)構(gòu)。通常，研究工作集中在改進(jìn)合金組成上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人付出了極大的努力，通過改變基體結(jié)構(gòu)以獲得具有顯著提高的抗粘扣性能、耐腐蝕性和硬度的合金。為獲得上述的優(yōu)良抗粘扣性能，基體應(yīng)具有盡可能小的潤滑沉淀物，并使它們均勻地分散在基體上。最實(shí)際的方法是改變合金組成，從而顯著提高抗粘扣性能，保持相當(dāng)良好的物理化學(xué)性能。
本發(fā)明涉及制造高性能抗粘扣合金的方法，該合金具有顯著提高的抗粘扣性能、耐腐蝕性和硬度，該合金用于潮濕的機(jī)器部件，如各種機(jī)器的轉(zhuǎn)子、軸和機(jī)械封口。


圖1所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金(A)和傳統(tǒng)抗粘扣合金(B)的光學(xué)顯微照片(×50)，比較顯微結(jié)構(gòu)和沉淀物的分散。
圖2所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金基體的EPMA相分析結(jié)果。
圖3所示為白色沉淀物的EPMA相分析結(jié)果。
圖4所示為灰色沉淀物的EPMA相分析結(jié)果。
圖5所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金(A)和傳統(tǒng)抗粘扣合金(B)的光學(xué)顯微照片，比較與不銹鋼接觸并旋轉(zhuǎn)給定的時(shí)間之后合金表面的狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及抗粘扣合金，其含有70至75重量％的Ni、8至14重量％的Cr、3至6重量％的Sn、3至7重量％的Bi、1至4重量％的Mo、少于2.0重量％的(Fe+Si)和1至3重量％的Te，該合金不經(jīng)熱處理即可加以使用。
下面詳細(xì)闡述本發(fā)明。
本發(fā)明的抗粘扣合金的主要成分Ni和Cr影響熱膨脹性和耐腐蝕性。富含Bi的化合物沉積于基體中并產(chǎn)生抗粘扣作用。Sn用作分散劑，幫助Bi沉淀物均勻分散在基體上。Mo影響抗粘扣合金的強(qiáng)度。并且，本發(fā)明的特征成分Te作為晶粒細(xì)化劑形成基體的細(xì)小樹枝狀結(jié)構(gòu)，從而在樹枝狀結(jié)構(gòu)的空隙間精細(xì)分散富含Bi的沉淀物，這顯著提高了抗粘扣性能。
僅當(dāng)合金組成滿足上述條件時(shí)，抗粘扣合金才能具有本發(fā)明所述的性能。
圖1所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金(A)和不含Te的傳統(tǒng)抗粘扣合金(B)的光學(xué)顯微照片(×50)，比較顯微結(jié)構(gòu)和沉淀物的分散狀態(tài)。本發(fā)明的合金具有細(xì)小的樹枝狀結(jié)構(gòu)，而傳統(tǒng)合金的基體由具有粗晶粒尺寸的等軸晶粒組成。而且，本發(fā)明合金的Bi沉淀物(黑點(diǎn))精細(xì)且均勻地以小間隔分布，而傳統(tǒng)合金的沉淀物擴(kuò)散式地分布，并以六邊形大粒度地生長。當(dāng)沉淀物的含量相等時(shí)，若抗粘扣沉淀物精細(xì)地分布，則對(duì)于本發(fā)明而言，當(dāng)與其他金屬接觸時(shí)，它們均勻地涂覆在合金表面上，從而提高了抗粘扣作用。所以，摩擦系數(shù)下降。而且解決了表面刮落粘扣問題，避免了抗粘扣合金與其他金屬的粘連或粘附。
圖2所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金基體的EPMA相分析結(jié)果。圖3所示為白色沉淀物的EPMA相分析結(jié)果。圖4所示為灰色沉淀物的EPMA相分析結(jié)果。圖2顯示了合金成分Ni、Cr、Sn和Mo的各個(gè)峰。圖3和圖4顯示了Bi和Sn的峰，這表明Bi和Sn形成了沉淀物，并且促進(jìn)抗粘扣作用。
圖5所示為本發(fā)明的含Te抗粘扣合金(A)和傳統(tǒng)的抗粘扣合金(B)的光學(xué)顯微照片，比較粘扣實(shí)驗(yàn)之后合金表面的狀態(tài)。本發(fā)明的合金具有相對(duì)光滑的磨損表面，而傳統(tǒng)的Bi抗粘扣合金具有相對(duì)明顯的刮痕，所以表明其對(duì)粘扣壓力更敏感。
本發(fā)明的抗粘扣合金具有光滑的磨損表面，這是因?yàn)樵谥П壑g均勻分布著細(xì)小的Bi沉淀物，如圖1所示，并在磨損過程中覆蓋合金表面，從而提供抗粘扣作用。
以如下方式制備本發(fā)明的抗粘扣合金。首先熔化具有高熔點(diǎn)的Ni、Cr和Mo，在形成熔體之后加入易蒸發(fā)的Sn、Bi和Te，以降低蒸發(fā)損失。具體而言，建議以Sn-Bi母合金或Te-Bi母合金的形式添加Bi，這是因?yàn)橹苯蛹尤隑i會(huì)產(chǎn)生黃色煙霧?？墒褂秒娮锠t或高頻爐作為熔煉爐?？紤]到合金組成的均勻性，建議使用配備有攪拌器的高頻爐。而且，在空氣中熔融的情況下，需使用脫氧劑和脫氣劑。本發(fā)明的合金無需額外的熱處理即可加以使用。
下面通過實(shí)施例更詳細(xì)地闡明本發(fā)明。但以下實(shí)施例僅用于理解本發(fā)明，并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例于Ar氣氛中，在1550℃的高頻感應(yīng)熔煉爐中熔融具有如表1所示組成的100千克金屬，并鑄造成合金樣品。
表1

圖1所示為本發(fā)明合金和傳統(tǒng)抗粘扣合金的光學(xué)顯微照片，比較顯微結(jié)構(gòu)和沉淀物的分散狀態(tài)，而圖2至4所示為EPMA相分析結(jié)果。
測(cè)試實(shí)施例以如下方式測(cè)定本發(fā)明合金和對(duì)照組合金的物理化學(xué)性能，包括磨損率、耐腐蝕性和硬度。
1、粘扣測(cè)試之后的表面狀態(tài)依據(jù)ASTM G-99實(shí)施磨損測(cè)試，以觀察接觸和移動(dòng)樣品的表面磨損狀態(tài)。將由直徑為2mm的針處理過的合金樣品與以100rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的圓盤(不銹鋼316)以20千克的負(fù)載摩擦60分鐘。然后觀察樣品的磨損表面。
如圖5所示，對(duì)照組合金的表面上存在磨損。而本發(fā)明的合金具有非常光滑的表面，這證明其具有優(yōu)良的抗粘扣性能。
2、磨損率的評(píng)價(jià)在磨損測(cè)試之后，以各種合金的重量損失為基準(zhǔn)測(cè)定其磨損率。結(jié)果如以下的表2所示。本發(fā)明合金的磨損率低于對(duì)照組合金。
表2

3、腐蝕測(cè)試將本發(fā)明的合金用于化學(xué)機(jī)器和食品加工機(jī)器以及工業(yè)機(jī)器中，其應(yīng)具有耐酸性。為測(cè)試耐酸性，將各種合金樣品浸漬在強(qiáng)硫酸、強(qiáng)鹽酸和強(qiáng)硝酸溶液中，在50℃下保持360小時(shí)，測(cè)定其腐蝕率。結(jié)果如以下的表3所示。在硫酸溶液中，本發(fā)明合金和對(duì)照組合金具有可比較的腐蝕率。但在鹽酸和硝酸溶液中，本發(fā)明合金的腐蝕率明顯低于對(duì)照組合金，所以其具有優(yōu)良的耐酸性。
表3

4、硬度測(cè)試因?yàn)楸景l(fā)明合金需要用于潮濕的結(jié)構(gòu)機(jī)器部件上，如轉(zhuǎn)子和軸，所以合金應(yīng)具有一定的硬度。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定Vickers硬度。如以下的表4所示，本發(fā)明合金與對(duì)照組合金相比，具有可比較的或更優(yōu)的硬度?？瓷先ミ@是由于細(xì)小結(jié)構(gòu)以及細(xì)小沉淀物的均勻分布而產(chǎn)生的釘扎效應(yīng)。
表4

如上所述，本發(fā)明涉及具有新組成的抗粘扣合金，其中將Te添加到傳統(tǒng)的Ni-Cr基合金中。添加Te使其具有細(xì)小的樹枝狀結(jié)構(gòu)，而非傳統(tǒng)合金的粒狀結(jié)構(gòu)。而且，抗粘扣性的Bi沉淀物均勻地分布在傳統(tǒng)合金的晶界上，而含有Te且富含Bi的細(xì)小沉淀物均勻地分布在本發(fā)明的樹枝狀結(jié)構(gòu)之間。因?yàn)樵谀p過程中沉淀物均勻地覆蓋合金表面，從而使合金避免了粘扣現(xiàn)象或表面劃痕。而且，由于降低了其摩擦系數(shù)，而使磨損率降低并使材料的使用壽命延長。此外，本發(fā)明合金具有令人滿意的物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性和硬度，如測(cè)試實(shí)施例所示。
因此，本發(fā)明的抗粘扣合金可用于潮濕的機(jī)器部件中，如轉(zhuǎn)子、軸和閥，以取代傳統(tǒng)合金，并且顯著地延長了使用壽命，并提高了機(jī)械精度。
使用優(yōu)選的具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解其各種變化和替換可由此實(shí)現(xiàn)，而不背離如所附權(quán)利要求書闡明的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.抗粘扣合金，其包含70至75重量％的Ni、8至14重量％的Cr、3至7重量％的Bi、3至6重量％的Sn、1至4重量％的Mo、少于2重量％的(Fe+Si)和1至3重量％的Te，該合金不經(jīng)熱處理即可加以使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗粘扣合金，其中所述抗粘扣合金的基體具有細(xì)小的樹枝狀結(jié)構(gòu)，從而使富含Bi的細(xì)小沉淀物均勻地分散在所述樹枝狀結(jié)構(gòu)的空隙中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗粘扣合金，其中由于所述富含Bi的細(xì)小沉淀物的分布情況，所述抗粘扣合金具有樹枝狀結(jié)構(gòu)，并且具有良好的抗粘扣特性、耐腐蝕性和硬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗粘扣合金，其中當(dāng)所述合金與其他金屬接觸時(shí)，所述富含Bi的沉淀物覆蓋合金表面以降低摩擦系數(shù)和磨損率，并且防止由于壓力而在磨損表面產(chǎn)生裂紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗粘扣合金，其中所述抗粘扣合金用作潮濕機(jī)器的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及含有精細(xì)分散的沉淀物的抗粘扣合金，特別是含有Ni、Cr、Sn、Bi、Mo、Fe、Si和Te的抗粘扣合金，其中基體具有細(xì)小的樹枝狀結(jié)構(gòu)，并且富含Bi的沉淀物精細(xì)地分散在該樹枝狀結(jié)構(gòu)之間，從而可顯著提高抗粘扣性能，并且不損害物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性和硬度。本發(fā)明的抗粘扣合金將非常有助于提高諸如轉(zhuǎn)子、軸、閥和機(jī)械封口的各種潮濕機(jī)器部件的使用壽命和機(jī)械精度。
文檔編號(hào)C22C1/06GK1839211SQ200380110450
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2003年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者何亨必, 申在東, 金京泰 申請(qǐng)人:韓國抗粘扣金屬材料有限公司