本發(fā)明涉及一種粉末冶金領(lǐng)域，且特別涉及一種fe-ni-p合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

ni在鐵基粉末冶金中具有重要的作用，不僅可以提高粉末的燒結(jié)性能，提高材料的致密度，還能夠有效地提高燒結(jié)體的強(qiáng)度、塑性，改善材料的韌性。此外，ni還能增強(qiáng)鐵基材料的耐蝕性，因而在不銹鋼材料中被大量應(yīng)用。fe-ni合金因其在弱磁場中擁有高的磁導(dǎo)率、低的矯頑力而在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。fe-ni合金中的因瓦合金在室溫至373k的溫度范圍內(nèi)，其熱膨脹系數(shù)小于1.5×10^-6/k。因其優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，因瓦合金被廣泛引用于制造精密儀器、標(biāo)準(zhǔn)量具、諧振腔、波導(dǎo)管、可變電容葉片、硬盤驅(qū)動器、天然氣儲存容器等方面。但是，由于fe-ni合金的綜合力學(xué)性能較差，嚴(yán)重限制了其在結(jié)構(gòu)件方面的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種fe-ni-p合金，此fe-ni-p合金的硬度、強(qiáng)度、磁性能以及塑性好。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種fe-ni-p合金的制備方法，通過此方法制備得到的fe-ni-p合金的硬度、強(qiáng)度、磁性能以及塑性好。并且，此方法工藝簡單，成本低廉，具有較高的工業(yè)化前景。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。

本發(fā)明提出一種fe-ni-p合金，fe-ni-p合金的主要成分按質(zhì)量百分比計為：

fe：65～71％、ni：25～30％、p：3～5％以及c：≤0.05％。

本發(fā)明提出一種fe-ni-p合金的制備方法，包括：將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末，其中，fe-ni-p復(fù)合粉末的主要成分按質(zhì)量百分比計為：fe：65～71％，ni：25～30％，p：3～5％，c：≤0.05％；

將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

本發(fā)明實施例提供的一種fe-ni-p合金及其制備方法的有益效果是：

通過將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末，其中，fe-ni-p復(fù)合粉末主要由按質(zhì)量百分比計的以下原料制備而成：fe：65～71％，ni：25～30％，p：3～5％，c：≤0.05％。其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行快速燒結(jié)成型，使燒結(jié)條件有利于形成完全γ相結(jié)構(gòu)的fe-ni-p合金，控制燒結(jié)過程中磷的存在狀態(tài)、抑制含磷的脆性相析出，加強(qiáng)磷元素的固溶強(qiáng)化效果，從而使得最終得到的鐵鎳磷合金不但具有γ相結(jié)構(gòu)且具有高硬度、高強(qiáng)度和優(yōu)異的塑性，并且fe-ni-p合金的主要成分按質(zhì)量百分比計也為：fe：65～71％、ni：25～30％、p：3～5％以及c：≤0.05％。此外，上述鐵鎳磷合金的制備方法的工藝簡單，成本低廉，具有較高的工業(yè)化前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的900℃條件下放電等離子燒結(jié)的fe-ni-p合金的微觀形貌圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的900℃條件下放電等離子燒結(jié)fe-ni-p合金的壓縮曲線圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的900℃條件下放電等離子燒結(jié)fe-ni-p合金的xrd物相分析圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的900℃條件下放電等離子燒結(jié)fe-ni-p合金的磁性能曲線圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例的fe-ni-p合金及其制備方法進(jìn)行具體說明。

一種fe-ni-p合金，的主要成分按質(zhì)量百分比計為：

fe：65～71％、ni：25～30％、p：3～5％以及c：≤0.05％。

具體地，ni在鐵基粉末冶金中具有重要的作用，不僅可以提高粉末的燒結(jié)性能，提高材料的致密度，還能夠有效地提高燒結(jié)體的強(qiáng)度、塑性，改善材料的韌性。此外，ni還能增強(qiáng)鐵基材料的耐蝕性，因而在不銹鋼材料中被大量應(yīng)用。但是，由于fe-ni合金的綜合力學(xué)性能較差，嚴(yán)重限制了其在結(jié)構(gòu)件方面的應(yīng)用。通常認(rèn)為p在鋼中是一種有害元素，因其在鐵中擴(kuò)散速度慢，且易在晶界處產(chǎn)生偏析，從而導(dǎo)致材料的力學(xué)性能惡化。然而，fe-p本身便可作為一種軟磁材料，適量的p與fe形成fe-p固溶體能夠有效提高材料的硬度和強(qiáng)度，且p與ni的共晶點僅有880℃，在大于ni-p共晶點的燒結(jié)溫度下會形成持續(xù)的液相，從而粉末的流動性也會增加，粉末的燒結(jié)性能得到改善，材料組織也更加均勻。同時，p的添加能顯著提高材料的電阻率，從而降低在交變磁場中的產(chǎn)生的渦流損耗。且p的添加方式也會對材料的組織和性能產(chǎn)生影響。并且，加入少量的碳有利于增加鐵素體的晶格畸變以及fe3c的出現(xiàn)，而晶格畸變以及硬度很高的脆性相的fe3c的出現(xiàn)將顯著提高燒結(jié)體的硬度以及強(qiáng)度。

具體地，參閱圖1至圖4，fe-ni-p合金為γ相結(jié)構(gòu)，且密度為≥7.8g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度>260hv、壓縮屈服強(qiáng)度>800mpa，壓縮強(qiáng)度>2.2gpa，飽和磁化強(qiáng)度在50～60emu/g，矯頑力為50～70oe。

本發(fā)明的實施例還提供了上述fe-ni-p合金的制備方法，首先，將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末，其中，fe-ni-p復(fù)合粉末的主要成分按質(zhì)量百分比計為：fe：65～71％，ni：25～30％，p：3～5％，c：≤0.05％。

具體地，羰基鐵粉的粒徑為5～8μm，鎳磷鍍層的厚度為0.9～1.2μm。其中，羰基鐵粉的純度＞99.9％，碳含量≥0.05％。通過控制羰基鐵粉的粒徑、含碳量、純度以及鎳磷鍍層的厚度有利于形成γ相結(jié)構(gòu)的fe-ni-p合金，控制燒結(jié)過程中磷化物的形態(tài)、析出和分布，使磷化物的脆性轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)化相，制備出高強(qiáng)、高塑性的γ相fe-ni-p軟磁合金。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實施例中，羰基鐵粉的粒徑、含碳量、純度以及鎳磷鍍層的厚度均可以根據(jù)具體地情況進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整，本發(fā)明不做限定。

具體地，鍍液包括硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉、果酸以及蒸餾水，其中，硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉以及蒸餾水的質(zhì)量比為(25～30)：(9～10)：(15～20)：(20～25)：(1000～1100)，蒸餾水與果酸的體積比為1:(0.007～0.009)。

其中，硫酸鎳為鎳元素的來源，次亞磷酸鈉為磷元素的來源。味精的加入能使鍍液有較好的導(dǎo)電性能，使鍍層白而柔軟。醋酸銨的加入可以對鍍液的ph進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)節(jié)。果酸的加入有利于維持鍍液的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選的方案，采用氨水調(diào)節(jié)鍍液的ph，至鍍液的ph值為6.0～6.5，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的溫度為65～75℃，時間為0.5～1h。再此標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行化學(xué)鍍能獲得更優(yōu)異的鍍層。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實施例中，鍍液的ph值、化學(xué)鍍鎳磷的溫度、時間以及調(diào)節(jié)ph所采用的試劑，均可以根據(jù)具體地需求進(jìn)行相應(yīng)地改進(jìn)或調(diào)整，本發(fā)明不做限定。

具體地，在化學(xué)鍍過程中不間斷地進(jìn)行攪拌，以使鍍層均勻，然后將得到的鐵-鎳-磷復(fù)合粉末在酒精中清洗3次。最后，將上述粉末置于酒精溶液中進(jìn)行超聲波干燥。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實施例中，清洗的次數(shù)以及干燥所采用的設(shè)備均可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，本發(fā)明不做限定。

其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

具體地，預(yù)壓成型是將fe-ni-p復(fù)合粉末放入模具中，在9～11mpa的軸向壓力下進(jìn)行預(yù)壓成型。fe-ni-p復(fù)合粉末與模具之間用石墨紙隔開。模具為圓筒形模具，石墨紙的厚度0.1mm。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實施例中，模具的形狀、預(yù)壓成型的壓力以及石墨紙的厚度均可以根據(jù)需求進(jìn)行選擇，本發(fā)明不做限定。

具體地，燒結(jié)是將裝有fe-ni-p復(fù)合粉末的模具在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，優(yōu)選地，進(jìn)行燒結(jié)的燒結(jié)溫度為875～925℃，燒結(jié)過程中施加的軸向壓力≥20mpa，升溫速度≥100℃/min，保溫時間≤5min，燒結(jié)后在真空條件下隨爐冷至室溫。并且，優(yōu)選地，fe-ni-p合金由ni-p鍍層占粉末總質(zhì)量28-35％的fe-ni-p復(fù)合粉末燒結(jié)而成，燒結(jié)方法為真空條件下的放電等離子燒結(jié)(sps)。

通過控制燒結(jié)溫度、升溫速率、燒結(jié)時間和成型過程中的壓力等重要參數(shù)，使燒結(jié)條件有利于形成γ相結(jié)構(gòu)的fe-ni-p合金，控制燒結(jié)過程中磷化物的形態(tài)、析出和分布，使磷化物的脆性轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)化相，制備出高強(qiáng)、高塑性的γ相fe-ni-p軟磁合金。

作為優(yōu)選的方案，在進(jìn)行燒結(jié)前還可以將預(yù)壓成型的鐵-鎳-磷復(fù)合粉末及模具于碳粉保護(hù)下進(jìn)行封裝進(jìn)套筒中，以防止鐵-鎳-磷復(fù)合粉末以及不銹鋼模具在燒結(jié)過程中被氧化。

請再次參閱圖1至圖4，通過此方法制備可得到密度為≥7.8g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度>260hv、壓縮屈服強(qiáng)度>800mpa，壓縮強(qiáng)度>2.2gpa，飽和磁化強(qiáng)度在50～60emu/g，矯頑力為50～70oe的γ相結(jié)構(gòu)fe-ni-p合金。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實施例1

本實施例提供了一種fe-ni-p合金，通過以下fe-ni-p合金的制備方法制備而成：

首先，將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末。鍍液的ph值為6.0，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的溫度為65℃，時間為0.5h。

其中，鍍液包括硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉、果酸以及蒸餾水，其中，硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉以及蒸餾水的質(zhì)量比為25：9：15：20：1000，蒸餾水與果酸的體積比為1:0.007。

其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

其中，預(yù)壓成型是將fe-ni-p復(fù)合粉末放入模具中在9mpa的壓力下成型，且fe-ni-p復(fù)合粉末與模具之間用石墨紙隔開。燒結(jié)是將裝有fe-ni-p復(fù)合粉末的模具在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到fe-ni-p合金。燒結(jié)的燒結(jié)溫度為875℃，燒結(jié)過程中施加的軸向壓力20mpa，升溫速度100℃/min，保溫時間5min，燒結(jié)后在真空條件下隨爐冷至室溫。

參閱圖1至圖4，在本實施例中制備得到的fe-ni-p復(fù)合粉末和fe-ni-p合金的主要成分經(jīng)過檢測均為按質(zhì)量百分比計的fe：71％、ni：25％、p：3％以及c：0.05％。fe-ni-p合金的晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)過測試為γ相結(jié)構(gòu)。并且，密度為7.9g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度260hv、壓縮屈服強(qiáng)度800mpa，壓縮強(qiáng)度2.2gpa，飽和磁化強(qiáng)度在50emu/g，矯頑力為50oe。

實施例2

本實施例提供了一種fe-ni-p合金，通過fe-ni-p合金的制備方法制備而成，此fe-ni-p合金的制備方法與實施例1提供的fe-ni-p合金的制備方法的區(qū)別在于：

首先，將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末。鍍液的ph值為6.1，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的溫度為71℃，時間為0.6h。

其中，鍍液包括硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉、果酸以及蒸餾水，其中，硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉以及蒸餾水的質(zhì)量比為27：9.5：17：22：1050，蒸餾水與果酸的體積比為1:0.008。

其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

其中，預(yù)壓成型是將fe-ni-p復(fù)合粉末放入模具中在9～11mpa的壓力下成型，且fe-ni-p復(fù)合粉末與模具之間用石墨紙隔開。燒結(jié)是將裝有fe-ni-p復(fù)合粉末的模具在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到fe-ni-p合金。燒結(jié)的燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)過程中施加的軸向壓力22mpa，升溫速度105℃/min，保溫時間4min，燒結(jié)后在真空條件下隨爐冷至室溫。

參閱圖1至圖4，在本實施例中制備得到的fe-ni-p復(fù)合粉末和fe-ni-p合金的主要成分經(jīng)過檢測均為按質(zhì)量百分比計的fe：68％、ni：26％、p：5％以及c：0.045％。fe-ni-p合金的晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)過測試為γ相結(jié)構(gòu)。并且，密度為7.95g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度262hv、壓縮屈服強(qiáng)度810mpa，壓縮強(qiáng)度2.3gpa，飽和磁化強(qiáng)度在52emu/g，矯頑力為53oe。

實施例3

本實施例提供了一種fe-ni-p合金，通過fe-ni-p合金的制備方法制備而成，此fe-ni-p合金的制備方法與實施例1提供的fe-ni-p合金的制備方法的區(qū)別在于：

首先，將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末。鍍液的ph值為6.4，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的溫度為70℃，時間為0.8h。

其中，鍍液包括硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉、果酸以及蒸餾水，其中，硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉以及蒸餾水的質(zhì)量比為28：9.7：18：23：1080，蒸餾水與果酸的體積比為1:0.085。

其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

其中，預(yù)壓成型是將fe-ni-p復(fù)合粉末放入模具中在10.5mpa的壓力下成型，且fe-ni-p復(fù)合粉末與模具之間用石墨紙隔開。燒結(jié)是將裝有fe-ni-p復(fù)合粉末的模具在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到fe-ni-p合金。燒結(jié)的燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)過程中施加的軸向壓力25mpa，升溫速度108℃/min，保溫時間3min，燒結(jié)后在真空條件下隨爐冷至室溫。

參閱圖1至圖3，在本實施例中制備得到的fe-ni-p復(fù)合粉末和fe-ni-p合金的主要成分經(jīng)過檢測均為按質(zhì)量百分比計的fe：68％、ni：28％、p：3.5％以及c：0.04％。fe-ni-p合金的晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)過測試為γ相結(jié)構(gòu)。并且，密度為8.0g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度264hv、壓縮屈服強(qiáng)度820mpa，壓縮強(qiáng)度2.4gpa，飽和磁化強(qiáng)度在58emu/g，矯頑力為58oe。

實施例4

本實施例提供了一種fe-ni-p合金，通過fe-ni-p合金的制備方法制備而成，此fe-ni-p合金的制備方法與實施例1提供的fe-ni-p合金的制備方法的區(qū)別在于：

首先，將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末。鍍液的ph值為6.5，進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷的溫度為75℃，時間為1.0h。

其中，鍍液包括硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉、果酸以及蒸餾水，其中，硫酸鎳、醋酸銨、味精、次亞磷酸鈉以及蒸餾水的質(zhì)量比為30：10：20：25：1100，蒸餾水與果酸的體積比為1:0.009。

其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)。

其中，預(yù)壓成型是將fe-ni-p復(fù)合粉末放入模具中在11mpa的壓力下成型，且fe-ni-p復(fù)合粉末與模具之間用石墨紙隔開。燒結(jié)是將裝有fe-ni-p復(fù)合粉末的模具在高溫爐中進(jìn)行燒結(jié)，得到fe-ni-p合金。燒結(jié)的燒結(jié)溫度為875～925℃，燒結(jié)過程中施加的軸向壓力25mpa，升溫速度110℃/min，保溫時間3min，燒結(jié)后在真空條件下隨爐冷至室溫。

參閱圖1至圖3，在本實施例中制備得到的fe-ni-p復(fù)合粉末和fe-ni-p合金的主要成分經(jīng)過檢測均為按質(zhì)量百分比計的fe：65％、ni：30％、p：3％以及c：0.03％。fe-ni-p合金的晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)過測試為γ相結(jié)構(gòu)。并且，密度為8.1g/cm3，且fe-ni-p合金的硬度268hv、壓縮屈服強(qiáng)度821mpa，壓縮強(qiáng)度2.45gpa，飽和磁化強(qiáng)度在60emu/g，矯頑力為70oe。

綜上，本發(fā)明實施例提供的一種fe-ni-p合金及其制備方法的有益效果為：

通過將羰基鐵粉在主要成分為硫酸鎳和次亞磷酸鈉的鍍液中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳磷，得到fe-ni-p復(fù)合粉末，其中，fe-ni-p復(fù)合粉末主要由按質(zhì)量百分比計的以下原料制備而成：fe：65～71％，ni：25～30％，p：3～5％，c：≤0.05％。其次，將fe-ni-p復(fù)合粉末進(jìn)行預(yù)壓成型后進(jìn)行燒結(jié)，使燒結(jié)條件有利于形成γ相結(jié)構(gòu)的fe-ni-p合金，控制燒結(jié)過程中磷化物的形態(tài)、析出和分布，使磷化物的脆性轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)化相，從而使得最終得到的鐵鎳磷合金具有γ相結(jié)構(gòu)且具有高硬度、高強(qiáng)度的優(yōu)點，并且fe-ni-p合金的主要成分按質(zhì)量百分比計也為：fe：65～71％、ni：25～30％、p：3～5％以及c：≤0.05％。此外，上述鐵鎳磷合金的制備方法的工藝簡單，成本低廉，具有較高的工業(yè)化前景。

以上所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。