CN101239388B - 一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末及制备方法 - Google Patents
一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末及制备方法，该种无磁硬质合金粉末的制备是以镍钨合金粉、镍钨铬合金粉、镍铬合金粉或镍铬铝合金粉为粘结相，以碳化钨或碳化钨+碳化铬为硬质相，经团聚或喷雾干燥、烧结而成。采用以上无磁硬质合金粉末可制备无磁硬质合金涂层和无磁硬质合金零部件。
Description
技术领域
本发明的由金属镍钨、镍铬合金类为粘结相构成的热喷涂用无磁硬质合金粉末及涂层制备方法涉及的技术领域为：热喷涂工程技术领域、热喷涂材料工程领域、粉末冶金材料领域、无磁硬质合金材料领域等。
该粉末材料除适用于热喷涂(高速火焰喷涂、等离子喷涂或普通火焰等)工艺制备无磁硬质合金涂层外，还可适用于粉末冶金工艺烧结制备无磁硬质合金零部件。
背景技术
在现代工业领域中，磁性材料已成为重要的基础材料。为了获得高性能的永磁材料，生产中要求在强磁场下进行压制，这就要求成型模具在某个方向上采用无磁材料。在近20年来，生产这种无磁模具除使用无磁钢(如1Cr18Ni9Ti，70Mn，9Mn9等)外，人们还研发应用了WC-Ni系无磁硬质合金来生产这种无磁模具。无磁硬质合金模具的应用，大大改善了磁性粉末在加工时，由于模具易粘粉所造成的模具内壁产生拉毛，以致影响磁粉坯的尺寸粒度及表面质量。同时，这种无磁硬质合金模具在耐磨性等综合机械性能也成倍的高于不锈钢模具，提高了模具的使用寿命。但是，目前在生产制备无磁硬质合金(WC-Ni)存在以下工艺上的难点。
在WC-Ni系无磁硬质合金生产中，无磁性所要求的两相合金中的碳区较窄，导致在生产中碳含量的控制极为困难。
大体积(大于10kg以上)的WC-Ni系无磁硬质合金模具的生产较为困难。这是由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀。另外，大体积的无磁硬质合金模具在脱胶、烧结过程中易开裂和变形。
为降低生产WC-Ni系无磁硬质合金的生产难度，人们近几年在WC-Ni中又加入Cr、Al、Cr3C2等添加剂，这些添加剂的加入主要是使该种材料中的粘结相成为Ni-W-Al，Ni-Cr-Al等无磁相，但在实际生产中，粘结相元素扩散等因素难以控制，使得最终的产品在性能上达不到预期的物理及机械性能要求。
如何解决上述工艺难点，目前尚无明确报道，特别是在用镍钨、镍铬合金合金类为粘结性的热喷涂用无磁硬质合金粉末制备在国内外尚无资料报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末及制备方法。
本发明以镍钨合金粉(含15～35wt％W)、镍-钨-铝合金粉(含15～35wt％W、3～15wt％Al)、镍-铬合金粉(含5～45wt％Cr)以及镍铬铝合金粉(含5～45wt％Cr、3～15wt％Al)中任一合金粉为粘结相，以碳化钨粉、碳化钨-碳化铬(含10～15wt％Cr3C2)合金粉末中任一合金粉为硬质相，所述的粘结相占该种无磁硬质合金粉末质量总量的10～50wt％，硬质相粉末占90～50wt％
进一步地，所述粘结相是由雾化制得，粉末颗粒度为104～2.5μm。
进一步地，所述雾化包括真空雾化、普通雾化、水雾化。
进一步地，所述硬质相中各种碳化物合金粉末的颗粒度为74～1.25μm，所述的碳化钨包括铸造碳化钨合金粉末。
生产一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将粘结相粉末与硬质相粉末置于球磨罐中，球磨混料4～72小时，球料比为2∶1～4∶1，得到混合均匀的粉未。
(2)将粉末进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙稀醇或聚乙稀吡洛烷酮，喷雾干燥温度一般控制在150～300℃。
(3)经喷雾干燥制粒后的该种无磁硬质合金粉末进行真空烧结，烧结温度为
900～1400℃，烧结时间1～4小时，烧结后产品进行粒度筛分，即得热喷涂用无磁硬质合金粉末。
本发明的优点：
本发明提供的该种粉末及涂层在物理磁性能上低于目前市场上无磁奥化体不锈钢(1Cr18Ni9Ti，70Mn，9Mn9等)，用该方法制备的粉末粘结相与硬质相分布较为均匀，团聚密度高，流动性好，可满足热喷涂(高速火焰喷涂HVOF、等离子热喷涂、普通火焰喷涂)工艺的要求。使用该粉末可制备出涂层致密、结合强度高的无磁硬质合金涂层。
附图说明
图1所示为Ni-W、Ni-Cr合金粉末制备及无磁涂层制备的工艺流程图。
图2所示为Ni-Cr合金粉与WC粉末经喷雾干燥制得的无磁硬质合金粉末的表面形貌图(SEM)。
具体实施方式
如图1所示，本发明的制备方法如下：
1镍钨、镍铬合金类粘结相粉末的制备
将镍、钨、铬和铝等金属或合金按所需合金粉末的重量百分比，置于熔炼炉内(真空雾化将在真空熔炼炉内)熔炼成合金溶液而后进行雾化。真空雾化或普通气雾化用惰性气体氮或氩，雾化气体压力一般控制在1.5～2.5MPa之间；水雾化压力则控制在20～40MPa。由上述熔炼及雾化工艺可以生产出颗粒度在104～2.5μm的无磁镍钨、镍铬合金类合金粉末，根据客户要求可将由上述工艺生产出的无磁合金粉末筛分出不同的粉末颗粒度段：如104～2.5μm、74～2.5μm、或38～2.5μm。
2混料
将上述的镍钨、镍铬合金类无磁粘结相合金粉末与硬质相合金粉末碳化钨、碳化钨+碳化铬，按客户要求的重量配比进行混料球磨。通常这些碳化物硬质相粉末颗粒度在38～1.25μm，该发明中所述的硬质相碳化物合金粉末的费氏颗粒度为2.5μm左右。球磨介质为酒精，球磨用球普通硬质合金球。
球磨中球、料、介质比为3∶1∶1。
球磨时间一般为12～72小时。
3喷雾干燥或团聚制粒
喷雾干燥：料、胶、水(酒精)比为3∶1∶1的配比，搅拌成料浆后待喷雾干燥罐内温度达到150～280℃时，进行喷雾干燥制粒。
喷雾干燥后的粉末，可按要求进行初筛分，分级放置待下道工艺用。
团聚制粒：按所需粘结相粉末与硬质相粉末重量百分比进行称量并置-搅拌容器中，加入粘结剂等，通常选用聚氨酯类或清漆为粘结剂。粘结剂添加量为总粉末重量的1～2％，固化剂是0.5～1％，稀释剂为3～5％，将以上粘结剂置入搅拌器内与粉末进行搅拌，团聚制粒待粉末制粒固化后，按要求进行筛分分级放置待下道工艺用。
4真空烧结
将喷雾干燥或团聚制粒得到的粉末放置于高温陶瓷罐或石墨罐体内，真空烧结。烧结温度900～1400℃保温时间1～4小时，待炉温至室温后，取出炉内粉体，按要求再进行筛分，按不同颗粒粒度范围分别包装放置即可。
表1所示为镍钨、镍铬类无磁硬质合金的配比，本发明中的无磁硬质合金的配比含量按照表1中所示的进行。
表1镍钨、镍铬类无磁硬质合金配比表
| 粘接相类别 | 合金粘接相含量/wt％ | 合金硬质相含量/wt％ | |
| WC | Cr3C2 | ||
| NiW类(含15～20wt％W) | 12～17 | 88～83 | - |
| 78～68 | 10～15 | ||
| 20～25 | 80～75 | - | |
| 70～60 | 10～15- | ||
| 25～50 | 75～50 | - | |
| 65～35 | 10～15 | ||
| NiWAl类(含15～20wt％W，3～15wt％Al) | 12～17 | 88～83 | - |
| 78～68 | 10～15 | ||
| 20～25 | 80～75 | - | |
| 70～60 | 10～15- | ||
| 25～50 | 75～50 | - | |
| 65～35 | 10～15 | ||
| NiCr类(含5～45％Cr) | 12～17 | 88～83 | - |
| 78～68 | 10～15 | ||
| 20～25 | 80～75 | - | |
| 70～60 | 10～15- | ||
| 25～50 | 75～50 | - | |
| 65～35 | 10～15 | ||
| NiCrAl类(含5～45％Cr，3～15wt％Al) | 12～17 | 88～83 | - |
| 78～68 | 10～15 | ||
| 20～25 | 80～75 | - |
| 70～60 | 10～15- | ||
| 25～50 | 75～50 | - | |
| 65～35 | 10～15 |
实施例1
1雾化
将镍、钨金属按质量比4∶1置于熔炼炉内，熔炼成合金溶液后进行普通气雾化。雾化用惰性气体为氮气，气体压力一般控制在1.5～2.5MPa之间，之后对生产出的镍钨无磁粘结相合金粉末进行筛分。
2混料
选用粒度小于30μm的镍钨合金粉(W含量为15～20wt％)为粘接相粉末，粒度小于2.7μm的碳化钨为硬质相粉末，两种粉末的质量分别占12％、88％，后进行混料球磨。球磨介质为无水乙醇，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为48小时。
3喷雾干燥
将球磨混合后的粉末按照料、胶、水(酒精)比为3∶1∶1的配比，搅拌20～30分钟，胶选用聚乙烯醇，之后采用离心喷雾干燥法制粒。其中喷雾干燥温度为150～280℃。之后根据需要进行筛分。
4真空烧结
将喷雾干燥后的粉末放置于高温陶瓷罐或石墨罐体内，进行真空烧结。烧结温度为1000～1300℃，真空度为5～10Pa，保温时间2～34小时。后筛分得到15～45μm和45～75μm的粉末。
实施例2
1雾化
将镍、钨金属按质量比4∶1置于熔炼炉内，熔炼成合金溶液后进行普通气雾化。雾化用惰性气体为氮气，气体压力一般控制在1.5～2.5MPa之间，之后对生产出的镍钨无磁粘结相合金粉末进行筛分。
2混料
选用粒度小于30μm的镍钨合金粉(W含量为15～20wt％)为粘接相粉末，粒度小于2.7μm的碳化钨为硬质相粉末，两种粉末的质量分别占20％、80％，后进行混料球磨。球磨介质为无水乙醇，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为48小时。
3喷雾干燥
将球磨混合后的粉末按照料、胶、水(酒精)比为3∶1∶1的配比，搅拌20～30分钟，胶选用聚乙烯醇，之后采用离心喷雾干燥法制粒。其中喷雾干燥温度为150～280℃。之后根据需要进行筛分。
4真空烧结
将喷雾干燥后的粉末放置于高温陶瓷罐或石墨罐体内，进行真空烧结。烧结温度为1000～1300℃，真空度为5～10Pa，保温时间2～34小时。后筛分得到1 5～45μm和45～75μm的粉末。
实施例3
1雾化
将镍、钨金属按质量比4∶1置于熔炼炉内，熔炼成合金溶液后进行普通气雾化。雾化用惰性气体为氮气，气体压力一般控制在1.5～2.5MPa之间，之后对生产出的镍钨无磁粘结相合金粉末进行筛分。
2混料
选用粒度小于30μm的镍钨合金粉(W含量为15～20wt％)为粘接相粉末，粒度小于2.7μm的碳化钨为硬质相粉末，两种粉末的质量分别占50％、50％，后进行混料球磨。球磨介质为无水乙醇，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为48小时。
3喷雾干燥
将球磨混合后的粉末按照料、胶、水(酒精)比为3∶1∶1的配比，搅拌20～30分钟，胶选用聚乙烯醇，之后采用离心喷雾干燥法制粒。其中喷雾干燥温度为150～280℃。之后根据需要进行筛分。
4真空烧结
将喷雾干燥后的粉末放置于高温陶瓷罐或石墨罐体内，进行真空烧结。烧结温度为1000～1300℃，真空度为5～10Pa，保温时间2～34小时。后筛分得到15～45μm和45～75μm的粉末。
Claims (5)
1.一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末，其特征在于以含15～35wt％W的镍钨合金粉、含15～35wt％W、3～15wt％Al的镍-钨-铝合金粉、含5～45wt％Cr的镍-铬合金粉以及含5～45wt％Cr、3～15wt％Al的镍铬铝合金粉中任一合金粉为粘结相，以碳化钨粉、含10～15wt％Cr3C2的碳化钨-碳化铬合金粉末中任一合金粉为硬质相，所述的粘结相占该种无磁硬质合金粉末质量总量的10～50wt％，硬质相粉末占90～50wt％。
2.根据权利要求1所述的一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末，其特征在于所述粘结相是由雾化制得，粉末颗粒度为104～2.5μm。
3.根据权利要求2所述的一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末，其特征在于所述雾化包括真空雾化、气雾化、水雾化。
4.根据权利要求1所述的一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末，其特征是所述硬质相中各种碳化物合金粉末的颗粒度为74～1.25μm，所述的碳化钨包括铸造碳化钨合金粉末。
5.生产如权利要求1所述的该种无磁硬质合金粉末的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)将粘结相粉末与硬质相粉末置于球磨罐中，球磨混料4～72小时，球料比为2∶1～4∶1，得到混合均匀的粉末；
(2)将粉末进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙稀醇或聚乙稀吡洛烷酮，喷雾干燥温度一般控制在150～300℃；
(3)经喷雾干燥制粒后的该种无磁硬质合金粉末进行真空烧结，烧结温度为900～1400℃，烧结时间1～4小时，烧结后产品进行粒度筛分，即得热喷涂用无磁硬质合金粉末。
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