CN101514422A

CN101514422A - 一种无磁硬质合金粉末及其制备方法

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Publication number: CN101514422A
Application number: CNA2009101193123A
Authority: CN
Inventors: 宋爽
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2009-08-26

Abstract

本发明涉及一种无磁硬质合金粉末及制备方法，该种无磁硬质合金粉末是以镍钼合金粉或镍铬钼合金粉为粘结相，以碳化钨或碳化铬或碳化钨与碳化铬的混合物为硬质相，经团聚或喷雾干燥制粒后烧结而成。采用以上无磁硬质合金粉末经热喷涂工艺可制备无磁硬质合金涂层，也可采用粉末冶金方法制成无磁硬质合金零部件。

Description

一种无磁硬质合金粉末及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无磁硬质合金粉末及其制备方法，该粉末材料适用于热喷涂(高速火焰喷涂、等离子喷涂或普通火焰等)工艺制备模具等表面无磁硬质合金涂层，还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，由于避免了磁性粉末在加工时，模具易粘粉所造成的模具内壁拉毛现象，大大改善了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VC，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-V-W，Ni-Cr-W等无磁相，但在实际生产中，V、W、Cr等粘结相元素是以单质金属粉末加入到混料步骤中的，在烧结过程中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。

另外，在核电站的核聚变堆中，超导发电、磁流体发电等高技术领域中，都会用到大量的无磁材料。由于各种原因，目前只能采用无磁钢材料，而在有高磨损和强腐蚀的环境下，这种无磁钢就不可能较好的承担这些高磨损和强腐蚀的负载。

热喷涂是一种重要的表面工程技术，通过在基底上喷涂功能涂层，可以使部件获得相应的耐磨、防腐、隔热等性能。本申请人与另一共同申请人在早期申请的专利(公开号CN101239388、CN101259528)中，提出通过在常规模具表面热喷涂无磁硬质合金涂层，解决WC-Ni系无磁硬质合金模具的生产较为困难、尤其是大体积模具生产困难的问题，并开发出数种无磁硬质合金粉末。但是前期开发的无磁硬质合金粉末通过热喷涂制备的无磁硬质合金涂层或者通过传统粉末冶金方法制备的无磁硬质合金部件，难以适应高温、高磨损和强腐蚀等恶劣工况。

发明内容

本发明目的就是提供一种无磁硬质合金粉末及其制备方法，该无磁硬质合金粉末适于热喷涂加工无磁硬质合金涂层，也适于传统粉末冶金方法制备无磁硬质合金部件，所获得的涂层或部件能适应高温、高磨损和强腐蚀等恶劣工况。

为达到上述目的，本发明开发的无磁硬质合金粉末由粘接相粉末和硬质相粉末复合而成，粘接相为镍钼(含6～25wt％Mo)合金粉或镍铬钼(含5～30wt％Cr、1～20wt％Mo)合金粉。硬质相为碳化钨粉或碳化铬粉或碳化钨与碳化铬粉混合物(含10～50wt％Cr₃C₂)。粘结相占该种无磁硬质合金粉末的12～85wt％，硬质相占15～88wt％。

进一步地，所述粘结相粉末是由雾化制得，粉末粒度为2.5～106μm。

进一步地，所述雾化包括真空雾化、普通气雾化和水雾化。

进一步地，所述硬质相各种碳化物粉末粒度为1.25～75μm。

如图1所示，本发明的无磁硬质合金粉末制备方法如下：

1镍钼、镍铬钼合金类粘结相粉末的制备

将镍钼或镍铬钼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。雾化工艺为真空雾化；或者普通气雾化，雾化用惰性气体氮或氩，雾化气体压力控制在1.5～2.5MPa之间；或者水雾化，雾化压力控制在20～40MPa。由上述熔炼及雾化工艺可生产出颗粒度在2.5～106μm的无磁镍钼或镍铬钼合金粉末，根据应用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2.5～106μm、2.5～38μm、或38～106μm。

2混料

将上述的镍钼或镍铬钼无磁粘结相合金粉末与硬质相合金粉末碳化钨或碳化铬或碳化钨与碳化铬混合物，按应用要求的重量配比进行混料球磨。球磨介质可选用酒精等常用有机溶剂，球磨用球可选用普通硬质合金球或无磁硬质合金球等球磨用球。

球磨中球、料、介质比为2∶1∶1～4∶1∶1。

球磨时间为4～72小时。

3喷雾干燥或团聚制粒

喷雾干燥：将混匀的粉末与粘接剂(如聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮等)、介质(如水或酒精等)按一定配比，搅拌成料浆后进行喷雾干燥制粒。喷雾干燥后的粉末，按要求进行筛分分级后放置待下道工艺用。

团聚制粒：将混匀的粉末置于搅拌容器中，边搅拌边加入粘结剂(根据粉末数量与粘接剂粘稠程度可选择添加固化剂、稀释剂)，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1～5％，搅拌均匀成粒后烘干，按要求进行筛分分级后放置待下道工艺用。

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，待炉温降至室温后，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。

本发明制备的无磁硬质合金粉末粘结相与硬质相分布较为均匀，团聚密度高，流动性好，适于采用热喷涂工艺在常规模具表面制备无磁硬质合金涂层，解决了WC-Ni系无磁硬质合金模具的生产较为困难，尤其是大体积模具生产困难的问题，也解决了某些特殊领域用材料基体只能使用无磁钢材料的问题。当然，本发明提供的无磁硬质合金合金粉末也适于传统粉末冶金方法制备无磁硬质合金部件。该种粉末及所制成的涂层、零部件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)。由于采用镍钼或镍铬钼作为粘接相，与本申请人前期开发的无磁硬质合金粉末相比，制成的涂层、零部件耐蚀性能明显改善，可以适应高温、高磨损和强腐蚀等恶劣工况。

附图说明

图1所示为Ni-Mo、Ni-Cr-Mo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-Mo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

实施例1

1 雾化

将镍、钼金属或镍钼合金块按所需合金配比量(Mo含量为6～15wt％)置于熔炼炉内，熔炼成合金溶液后进行气雾化。气雾化用惰性气体为氮气，气体压力控制在1.5～2.5MPa之间。之后对生产出的镍钼无磁粘结相合金粉末进行筛分。

2 混料

选用粒度范围为2.5～38μm的镍钼合金粉为粘接相粉末，粒度范围为1.25～25μm的碳化钨为硬质相粉末。镍钼合金粉质量比为12～17％，碳化钨为余量。将两种粉末进行混料球磨，球磨介质为酒精，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为12小时。

3 喷雾干燥

将球磨混合后的粉末按照料、聚乙烯醇、酒精3∶1∶1的配比，搅拌20～30分钟。之后采用离心喷雾干燥法制粒，喷雾干燥温度为150～300℃。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，进行真空烧结。烧结温度为900～1200℃，真空度为10Pa以下，保温时间2～4小时。冷却到室温后按应用粒度要求筛分即得产品。

实施例2

1 雾化

将镍、钼金属或镍钼合金按所需合金配比量(Mo含量为15～25wt％)置于熔炼炉内，熔炼成合金溶液后进行真空雾化。之后对生产出的镍钼无磁粘结相合金粉末进行筛分。

2 混料

选用粒度范围为38～106μm的镍钼合金粉为粘接相粉末，粒度范围为1.25～25m碳化铬为硬质相粉末。镍钼合金粉质量比为12～17％，碳化铬为余量。将两种粉末进行混料球磨。球磨介质为酒精，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为24小时。

3 喷雾干燥

4 真空烧结

将喷雾干燥后的粉末放置于石墨罐体内，进行真空烧结。烧结温度为1000～1300℃，真空度为10Pa以下，保温时间2～4小时。冷却到室温后按应用粒度要求筛分即得产品。

实施例3

1 雾化

将镍、铬、钼金属或合金按下列配比(wt％)置于熔炼炉内：Cr 5～18，Mo 1～10，Ni余量。熔炼成合金溶液后进行水雾化，雾化压力为20～40MPa。之后对生产出的镍铬钼无磁粘结相合金粉末进行筛分。

2 混料

选用粒度范围为38～106μm的镍铬钼合金粉为粘接相粉末，粒度范围为25～75μm、含10～20wt％Cr₃C₂的碳化钨与碳化铬混合物为硬质相粉末。镍铬钼合金粉质量比为17～25％，碳化钨与碳化铬混合物为余量。将三种粉末进行混料球磨。球磨介质为酒精，球磨中球、料、介质比为3∶1∶1，球磨时间为48小时。

3 团聚制粒

将混匀的粉末置于搅拌容器中，边搅拌边加入清漆作为粘结剂，清漆添加量为总粉末重量的1～5％，搅拌均匀成粒后烘干。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体内，进行真空烧结。烧结温度为1100～1400℃，真空度为10Pa以下，保温时间2～4小时。冷却到室温后按应用粒度要求筛分即得产品。

实施例4

1 雾化

将镍、铬、钼金属或合金按下列配比(wt％)置于熔炼炉内：Cr 5～18，Mo 10～20，Ni余量。熔炼成合金溶液后进行气雾化。气雾化用惰性气体为氮气，气体压力控制在1.5～2.5MPa之间。之后对生产出的镍铬钼无磁粘结相合金粉末进行筛分。

2 混料

选用粒度范围为2.5～38μm的镍铬钼合金粉为粘接相粉末，粒度范围为1.25～25μm、含25～35wt％Cr₃C₂的碳化钨与碳化铬混合物为硬质相粉末。镍铬钼合金粉质量比为45～55％，碳化钨与碳化铬混合物为余量。将三种粉末进行混料球磨。球磨介质为酒精，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

4 真空烧结

将喷雾干燥后的粉末放置于高温陶瓷罐体内，进行真空烧结。烧结温度为1000～1300℃，真空度为10Pa以下，保温时间2～4小时。冷却到室温后按应用粒度要求筛分即得产品。

实施例5

1 雾化

将镍、铬、钼金属或合金按下列配比(wt％)置于熔炼炉内：Cr18～30，Mo 1～10，Ni余量。熔炼成合金溶液后进行气雾化。气雾化用惰性气体为氮气，气体压力控制在1.5～2.5MPa之间。之后对生产出的镍铬钼无磁粘结相合金粉末进行筛分。

2 混料

选用粒度范围为2.5～38μm的镍铬钼合金粉为粘接相粉末，粒度范围为1.25～25μm、含40～50wt％Cr₃C₂的碳化钨与碳化铬混合物为硬质相粉末。镍铬钼合金粉质量比为75～85％，碳化钨与碳化铬混合物为余量。将三种粉末进行混料球磨。球磨介质为酒精，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、聚乙烯吡咯烷酮、水3∶1∶1的配比，搅拌20～30分钟。之后采用离心喷雾干燥法制粒，喷雾干燥温度为150～300℃。之后根据需要进行筛分。

4 真空烧结

Claims

1.一种无磁硬质合金粉末，由粘接相粉末和硬质相粉末复合而成，其特征在于：粘结相为含6～25wt％Mo的镍钼合金粉或者含5～30wt％Cr、1～20wt％Mo的镍铬钼合金粉。

2.根据权利要求1所述的无磁硬质合金粉末，其特征在于：硬质相为碳化钨或碳化铬或含10～50wt％Cr₃C₂的碳化钨与碳化铬混合物。

3.根据权利要求1或2所述的无磁硬质合金粉末，其特征在于：粘结相占12～85wt％，硬质相占15～88wt％。

4.根据权利要求1或2所述的无磁硬质合金粉末，其特征在于：粘结相合金粉末是由雾化制得，粒度为2.5～106μm。

5.根据权利要求4所述的无磁硬质合金粉末，其特征在于：雾化工艺为真空雾化、普通气雾化或者水雾化。

6.根据权利要求2所述的无磁硬质合金粉末，其特征在于：所述硬质相碳化物粉末粒度为1.25～75μm。

7.一种根据权利要求1或2所述的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，球磨混料得到混匀的粉末；

(2)将混匀的粉末制粒；

(3)将制粒后粉末真空烧结，烧结后按产品粒度要求进行筛分。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述制粒方法为喷雾干燥。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述制粒方法为团聚制粒。