一種高機械強度鎢合金材料及其製備方法與流程

2024-04-01 20:36:05

技術領域：

本發明涉及汽車粉末冶金材料製備領域，更具體的說是涉及一種高機械強度鎢合金材料及其製備方法，涉及w-ni-fe系合金及其他金屬粉末與化合物的摻雜而製備的鎢合金材料。

背景技術：
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鎢基合金是一種以鎢為硬質相，以鎳銅或鎳鐵為黏結相組成的複合材料。鎢基合金具有密度高、韌性好、熱膨脹係數小以及抗腐蝕性強被廣泛應用在信息能源、冶金、航空航天、國防軍工以及核行業。隨著科技的發展以及人們的需求，對鎢合金的性能有了更高的要求，現有常規鎢合金主要由鎢鎳鐵粉合成，通常摻雜鈷粉與鉬粉，而目前一般鎢合金(通常為鎢鎳鐵合金)的硬度為45-50hrc，抗拉強度為800-1150mpa，目前一般鎢合金已經不能滿足人們的需求，因此有必要在保證其綜合性能(高比重，熱膨脹係數小和抗腐蝕性)不受影響的前提提高鎢合金的硬度以及抗拉強度。

技術實現要素：
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本發明是針對現有技術的不足之處，目的之一是提供一種高機械強度鎢合金材料，目的之二是提供一種高機械強度鎢合金材料的製備方法，本發明通過氮化矽的摻雜，在保證鎢基合金的綜合性能(高比重，熱膨脹係數小和抗腐蝕性)不受影響的前提下提高鎢合金的硬度以及抗拉強度。

本發明的技術解決措施如下：

一種高機械強度鎢合金材料，鎢合金材料由按質量百分比計的以下物質組成：w：90％；ni：3-5％；fe：1-3％；:mo：1-3％；co：0.1-1％；si3n4:0.1-2％。

作為優選，所述w、ni、fe、moco和si3n4分別為粉末狀材料，所述鎢粉的粒徑為1-10um；鎳粉為羰基鎳粉，粒徑小於10um；鐵粉為羰基鐵粉，粒徑為1-10um。

一種高機械強度鎢合金材料的製備方法，包括如下步驟：

第一步：將原料粉末按配比稱量加入到真空球磨罐中，加入研磨介質，用真空泵抽真空；

第二步：將真空球磨罐放入高能球磨機中球磨15-30h，所用磨球為鎢合金球，球料比為10:1；

第三步：取出真空球磨罐，快速揮發研磨介質乙醇，通過模具壓製成成型的坯體；

第四步：將成型的坯體放入真空管式爐中燒結，燒結溫度為1220-1280℃，保溫時間為30-90min。

作為優選，所述研磨介質為乙醇。

作為優選，第二步中，所述的球磨機的球磨轉速為250r/min。

作為優選，第四步中，所述的燒結過程中通入氬氣作為保護氣體。

本發明的有益效果在於：

本發明旨在解決鎢合金強度低，抗拉強度低，變形量大以及成本等問題。現有常規鎢合金主要由鎢鎳鐵粉合成，通常摻雜鈷粉與鉬粉，本發明在此基礎通過摻雜氮化矽來提高鎢合金材料的機械性能。

本發明配方合理，加入適量的鈷和鉬以及氮化矽。由於鉬的原子半徑與鎢相近，在燒結過程中，鉬可以取代部分鎢，從而阻止鎢晶粒長大。氮化矽為一種超硬物質，而且本身具有潤滑性，在燒結過程中對形變的控制具有良好的輔助作用，並且提升鎢合金的強度。鈷的加入可以改善鎳基固溶體對鎢顆粒的浸潤性與界面結合力，彌補鉬摻雜對鎢合金延伸率下降的不足。按本發明成分配方製備的鎢合金具有較高的強度與硬度。

具體實施方式：

實施例1，

一種高機械強度鎢合金材料及其製備方法，由按質量百分比計的以下物質組成：w：90％；ni：4.2％；fe：1.8％；:mo：2％；co：1％；si3n4:1％。將上述原料粉末按配比稱量加入到真空球磨罐中，加入25ml乙醇作為研磨介質，用真空泵抽真空；將真空球磨罐放入高能球磨機中球磨24h，所用磨球為鎢合金球，球料比為10:1，球磨將多種原粉充分混合均勻，並將粉料磨的更細，粉料越細活性會更好，越有利於燒結；取出真空球磨罐，將乙醇快速烘乾，用固定的磨具通過dy-30型壓片機製成坯體；將成型的坯體放入真空管式爐中燒結，通入氬氣作為保護氣體，燒結溫度為1250℃，保溫時間為1h。

通過實施例1的配方和方法製備的鎢合金材料，按要求對樣品進行後序加工，其鎢合金常溫下硬度為55hrc，抗拉強度為1250mpa。

實施例2：

一種高機械強度鎢合金材料及其製備方法，由按質量百分比計的以下物質組成：w：90％；ni：3.5％；fe：1.5％；:mo：2％；co：1％；si3n4:2％。將上述原料粉末按配比稱量加入到真空球磨罐中，加入25ml乙醇作為研磨介質，用真空泵抽真空；將真空球磨罐放入高能球磨機中球磨24h，所用磨球為鎢合金球，球料比為10:1；取出真空球磨罐，將乙醇快速烘乾，用固定的磨具通過dy-30型壓片機製成坯體；將成型的坯體放入真空管式爐中燒結，通入氬氣作為保護氣體，燒結溫度為1250℃，保溫時間為1h。

通過實施例2的配方和方法製備的鎢合金材料，按要求對樣品進行後序加工，其鎢合金常溫下硬度為60hrc，抗拉強度為1280mpa。

上述實施例是對本發明進行的具體描述，只是對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限定，本領域的技術人員根據上述發明的內容作出一些非本質的改進和調整均落入本發明的保護範圍之內。