专利名称：一种Ni基稀土无Co触媒合金及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于生产大颗粒优晶高强度人造金刚石的触媒合金。
触媒合金是随着人造金刚石的需求而发展起来的一类具有特殊功能的催化(活性)材料，已成为用于合成金刚石不可缺少的主要原材料之一。在人造金刚石产业中起着举足轻重的作用，因此，不断改进和研制新型触媒合金是提高人造金刚石质量和降低成本的有效途径。但是触媒合金所用的原材料含贵重金属Co，成本很高，使人造金刚石的价格也居高不下。本发明人在专利申请号为95110188.9的技术中虽然公开的不含Co的触媒合金，但它是一种粉料，不能制成片料，制成的金刚石粉也不能用于切割。所用的主要粉状原料成本很高，不易获得。目前生产的触媒合金多使用25-50公斤的真空感应炉熔炼，工艺要点不适于大中型真空感应炉熔炼，不能有效利用能源。
针对以上提出的问题，本发明提供一种触媒合金片，其目的在于解决成本高、金刚石的合成单产较低，不能够实现规模生产的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的一种Ni基稀土无Co触媒合金，适用于生产大颗粒优晶高强度人造金刚石，该触媒合金的组元构成如下(以重量计)Ni55～75、Mn25～32、Cr3～6、混合稀土R0.5～1.5、Mg0.02～0.05。一种Ni基稀土无Co触媒合金的生产方法，该生产工艺以下列顺序进行首先将该触媒合金的主元素进行配料，配料后采用真空感应炉熔炼，合炉后抽真空，真空度达到20Pa～1Pa，进行送电熔化，待熔清后破真空在充人氩气保护下添加金属锰；之后再次合炉抽真空保持高温高真空精炼，真空度控制在1Pa以上，温度1500℃，持续时间15-20分；精炼完毕停电加入稀上和Ni-Mg合金，当温度控制在1350-1400℃进行浇注，对冷却后的合金锭进行扒皮，之后经过热轧开坯和酸洗，再进行两轧程多道次的冷轧，完成后进行冲剪和抛光。
本发明的设计构思是以石墨转化为金刚石的晶体结构和电子结构对应条件为依据。并以合金组元的d电子百分数(百分浓度)～40％为判据，同时要考虑合成工艺以及经济效果诸因素进优选设计的。本系列合金的组织结构为稳定的单相奥氏体。
本发明的优点1.本发明所公开的Ni基稀土无Co触媒合金作为一项技术产品具有很高的经济效益。产值利润者很高。与目前国内广泛使用的含Co的触媒合金相比，仅其原材料吨成本可降低达30％以上，具有很强的市场竞争力。
2.稀土元素和Mg(或Zr、B)，本系列触媒合金配入适量的稀土元素La、Ce、Pr、Na、Sm，并以混合稀土方式添加此乃本发明一大特点。稀土元素配入量虽少，但其作用不可低估，不仅能净化合金液，细化铸态组织，改善热加工性能，而且能明显提高金刚石的合成单产，并能改善金刚石质量、晶形和色泽等。
3.由于本发明所公开的合金组元中含有微量活性元素而使本系列触媒合金具有较好的中温塑性和较低的缺口敏感性。改善了合金的加工性能，从而使本触媒合金向超薄带精轧提供有效的技术保障。
4.由本发明所公开的熔炼要点，即使用于小型真空感应炉熔炼。更适于0.1～0.5吨中型真空感应炉熔炼。这将为有效利用能源，实现规模生产，降低生产成本提供了有利条件。
附
图1为本发明的主元素在6组实施例中的配比图；附图2为本发明的工艺执行简图。
下面结合附图通过实施方式对本发明加以具体说明该触媒合金以附图1表中的6组实施例以重量百分比配入，上、下限如图所示，表中合金的杂质含量控制范围C-0.02/0.04；Si-＜0.05；S-0.06；P-＜0.03；O2-0.015；H2，N2-0.003，其生产工艺按顺序如下进行1.配料按附表所列合金组元进行全元素(包括杂质含量)配料计算其中主元素采用高纯电解镍Ni、电解锰Mn、铁Fe、铬Cr、钒V、铜Cu采用工业纯度。
混合稀土R的主要元素有La、Ce、Pr，它们占混合稀土总重量的70-80％；混合稀土R的主要元素还包括Nd、Sm。
镁元素采用的Ni-Mg中间合金。
2.熔炼本系列触媒合金采用真空感应炉熔炼，本实施例采用200Kg型。
(1)熔化期一将配好的原料经合理布料装入坩埚内。合炉抽真空、送电熔化。待熔清后破真空氩气保护下添加金属锰。真空度20Pa-1Pa，温度1500℃，时间15-20min。
(2)精炼期一目的是去除气体及有害杂质，此期要保持高温和高真空，真空度应控制在1Pa以上，以保证充分精炼合金化。精炼完毕停电加入稀土和Ni-Mg中间合金。并同时注意观察钢液的反应状况及液面结膜过程，以调节钢液温度。
(3)浇注一浇注是熔炼工艺中的重要环节直接关系到合金锭的质量和成材率。为此需掌握好注温和注速，以保证钢流不断为标准。浇注温一般控制在1350℃-1400℃。
全部熔炼过程可参照附图。
3.对合金锭必须进行扒皮，以清除表面砂眼，夹碴以及表裂等低倍缺陷。表面清整后转入热轧开坯。
4.热轧开坯将经过扒皮后的合金锭装入电阻炉进行加热，加热开坯工艺加热温度；1020℃±10℃保温时间40分～60分开轧温度1000℃±10℃终轧温度～750℃开坯尺寸；开坯前φ40～60mm(厚)×60～90mm(宽)×500～550mm(长)开坯后3～4mm(厚)×100～150mm(宽)×～1500mm长(板坯)5.对坯料酸洗酸洗可采用三酸母液经稀释后使用采用H2O2(过氧化氢)浸洗以清洁表面。
6.冷轧冷轧是将清整后的坯料精轧成小于0.5mm厚的薄带。本系列触媒合金采用两个轧程多次轧制完成。
第一轧程由～4mm厚的带坯经多道次精轧到0.8～1.0mm厚的薄带，然后经再结晶退火消除加工硬化并调整奥氏体晶粒度5-7级。
温度为850℃±10℃，时间60min，第二轧程由0.8～1.0mm，精轧到小于0.5mm厚的薄带即成品带材，此轧程内的技术关键是只允许用两道次精轧完成总变形量。
7.冲剪；按要求将＜0.5mm厚的薄带冲剪成不同规格的触媒片即φ18mm±0.05；φ20mm±0.05；φ23mm±0.05。
8.抛光抛光是将冲好的不同规格的触媒片经滚磨去除卷边、毛刺并抛光表面。最后经选片后即为成品触媒片。
权利要求
1.一种Ni基稀土无Co触媒合金，适用于生产大颗粒优晶高强度人造金刚石，其特征在于该触媒合金的组元构成如下(以重量计)Ni55～75、Mn；25～32、Cr3～6、混合稀土R0.5～1.5、Mg0.02～0.05。
2.根据权利要求1所述的Ni基稀土无Co触媒合金，其特征在于混合稀土R的主要元素有La、Ce、Pr，它们占混合稀土总重量的70-80％。
3.根据权利要求2所述的Ni基稀土无Co触媒合金，其特征在于混合稀土R的主要元素还包括Nd、Sm。
4.根据权利要求1所述的Ni基稀上无Co触媒合金，其特征在于以上组份不变，该触媒合金还包括有V、Cu元素(以重量计)V1～3.Cu0.5-2。
5.根据权利要求1、2或4所述的Ni基稀上无Co触媒合金，其特征在于以上组份不变，该触媒合金还包括有Fe元素(以重量计)Fe5-10。
6.一种Ni基稀上无Co触媒合金的生产方法，其特征在于该生产工艺以下列顺序进行；首先将该触媒合金的主元素进行配料，配料后采用真空感应炉熔炼，合炉后抽真空，真空度达到20Pa～1Pa，进行送电熔化，待熔清后破真空在充入氩气保护下添加金属锰；之后再次合炉抽真空保持高温高真空精炼，真空度控制在1Pa以上，温度1500℃，持续时间15-20分；精炼完毕停电加入稀土和Ni-Mg合金，当温度控制在1350-1400℃进行浇注，对冷却后的合金锭进行扒皮，之后经过热轧开坯和酸洗，再进行两轧程多道次的冷轧，完成后进行冲剪和抛光。
7.根据权利要求6所述的Ni基稀土无Co触媒合金的生产方法，其特征在于浇注速度要以保证钢流不断为标准。
8.根据权利要求6所述的Ni基稀土无Co触媒合金的生产方法，其特征在于热轧开坯工序中合金锭装入电阻炉进行加热，加热温度1020℃±10℃，时间40-60分，开轧温度1000℃±10℃，终轧温度控制在750℃以上。
9.根据权利要求6所述的Ni基稀土无Co触媒合金的生产方法，其特征在于在冷轧的第一轧程中，经再结晶退火消除加工硬化，其温度为850℃±10℃，时间为60分钟；第二轧程后成品带材达到小于0.5mm厚。
全文摘要
本发明涉及一种适于生产优晶高强度人造金刚石用的触媒合金，其特征在于以Ni为基并添加Mn、Cr、Mg及稀土等元素所构成的一组多元单相固溶体合金，其生产方法的特征在于在熔清后破真空加Mn，精炼后期加Ni-Mg中间合金和混合稀土，并控制好精轧时的第二轧程。本发明不仅解决了耗用贵重金属Co的问题，而且用本合金所合成的金刚石单产高、质量优。此外，本合金具有较好的中温塑性和较低的缺口敏感性，为实现精薄轧制提供了基本保障。
文档编号B01J23/889GK1149001SQ96115538
公开日1997年5月7日 申请日期1996年8月19日 优先权日1996年8月19日
发明者朱贵增, 苗宗福, 郭东章 申请人:朱贵增, 苗宗福