CN106158341A - 一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构和方法，采用由合金中含有的磁性成分为主或全部制成球芯，或用其包裹所述钨合金球中部分任意成分形成的任意形状的内芯制成复合球芯，其余的钨合金包裹于球芯或复合球芯外侧，形成带有高饱和磁化强度的复合圆球。该结构或者方法在保证钨合金球各合金成分质量比不变的前提下，将钨合金球的饱和磁化强度较以往提高了5倍以上，同时，由于各层连接处形成了部分共熔体，保证了钨合金球球体的高密度、高强度、大导热系数、高吸收射线能力等性能。

Description

一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构及方法

技术领域

本发明涉及钨合金领域，具体涉及一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构及方法。

背景技术

钨合金球是一种密度大，强度高，耐高温腐蚀的金属球体，可用于配重、枪弹、炮弹、核工业用靶材等领域，且可用作对射线的屏蔽体。钨合金球具有很好的物理化学性能，如密度高、硬度强、延展性好，耐高温腐蚀等。由钨合金中具有代表性的W-Ni-Fe高密度合金制造的烧结态钨合金球其压馈性在载荷500N的情况下，变形率小于20%，其延展性大于10%，硬度大于26HRC，屈服强度大于550MPa，拉伸强度大于800MPa，经过热处理后，其力学性能还会提升。且其具有良好的电性能、良好的导热性和较低的线膨胀系数、良好的耐腐蚀性和抗氧化性等性能，所以在特殊环境下的使用很广泛。

钨合金球采用将主要成分钨和附加成分如镍、铁、钴、锰、铜等其他成分中的一种或几种按照既定比例均匀混合后掺入粘合剂，采用模具压制成球胚，经脱粘、烧结、磨制、筛选等工序制成，近年来也有采用mimi注射成型法、滚制成型法等方法制造球胚的，后续工艺和模具压制成胚的后续制法一样。

多年来，随着应用领域技术的发展，部分领域特别是军工、核工业领域对钨合金球的饱和磁化强度提出了较高的要求，特别是核工业领域，在对钨合金球中主要成分钨的质量百分比有较高要求的同时，还要求钨合金球具备较高的饱和磁化强度，而因为钨是非磁性材料，钨合金球的饱和磁化强度主要来源于钨合金球中所含的镍、铁、钴、锰等铁磁性成分。这也就是说，需要提高钨合金球的饱和磁化强度，在钨的质量百分比一定的前提下，只有对镍、铁、钴、锰等铁磁性成分的百分比进行调整，以达到提高钨合金球饱和磁化强度的目的，下表是对钨合金球中具有代表性的钨镍铁合金球在钨的质量百分比一定的前提下调整镍、铁的质量百分比的测试数据，其中钨镍铁合金球的直径都为1mm：

由此可见，在钨合金球中具有代表性的钨镍铁合金球中当钨含量保持一定的前提下，通过调整铁磁性成分镍、铁的质量百分比，其饱和磁化强度的变化范围并不大。虽然，也有部分领域通过降低钨镍铁合金球中钨的质量百分比、提高镍、铁、钴、锰等磁性成分的质量百分比的方式使得钨镍铁合金球中铁磁性成分比例增加，从而来提高钨镍铁合金球的饱和磁化强度，但因钨合金球中合金成分的质量百分比发生变化，从而导致钨镍铁合金球的性能大大降低，特别是在核工业领域，在应用钨合金球高强度、导热性能好等特点的同时，还主要应用的是钨合金中钨对射线的吸收能力，当主要成分钨的质量百分比降低的情况下，会导致吸收射线的能力减弱，甚至无法使用。

所以，多年来，如何在保证钨合金球中主要成分钨的质量百分比一定的情况下提高钨合金球的饱和磁化强度，成为一道长期一直存在且长期无法解决的难题，因为在传统的结构中，当钨合金球中各合金成分保持一定的前提下，其铁磁性成分总量保持一定，故其饱和磁化强度无法较大范围提升。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术中的缺陷，提供了一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构和方法。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构，其特征在于，由球芯或复合球芯外裹包裹层组成的复合圆球体构成；其中

所述球芯由钨合金球中所含的部分磁性成分或以该部分磁性成分为主的成分制成；

所述复合球芯由钨合金球中所含的部分磁性成分或以该部分磁性成分为主的成分包裹内芯而成，所述内芯由钨合金球的任意成分制成；

所述包裹层由钨合金球中除去球芯或复合球芯的其余钨合金材料构成。

进一步的，所述球芯、复合球芯及内芯的形状为任意形状。

进一步的，所述包裹层中含有和球芯或复合球芯同样的或能共熔的成分，球芯或复合球芯与包裹层在结合处紧密连接。

本发明还提供了一种提高钨合金球饱和磁化强度的方法，其特征在于，在保证钨合金各成分质量百分比一定的前提下，将传统钨合金球的单一结构改变为多层复合结构而提高其饱和磁化强度。

所述多层复合结构为将钨合金球中所含部分磁性成分或以其为主制成钨合金球的球芯，或用其包裹钨合金球中任意成分制成的内芯形成复合球芯，用钨合金球中其余的钨合金包裹于球芯、或复合球芯的外侧形成符合所需尺寸的钨合金球多层复合结构。

所述球芯、复合球芯及内芯的形状为任意形状。

包裹于球芯或复合球芯外侧的包裹层中含有和球芯或复合球芯同样的或能共熔的成分。

本发明具有的有益效果：本发明提供一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构和方法，和以往的结构和方法相比，以这种包裹方法形成的复合球，以钨为主的钨合金成分质量百分比未改变，从而其高密度、高强度、大导热系数、高吸收射线能力等性能没有大的改变，而磁性成分在一定程度上的汇集使得整颗球体的饱和磁化强度得到大范围提升；在钨合金各成分含量质量百分比没有改变的前提下，饱和磁化强度较以往提高了5倍以上，同时，其主要性能没有发生明显变化，由于各层连接处形成了部分共熔体，保证了钨合金球球体的高密度、高强度、大导热系数、高吸收射线能力等性能。满足了航空航天、核工业等多种领域的需求。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步说明：

图1-6为本发明所述的提高钨合金球饱和磁化强度的一种结构；

图7-12为本发明所述的提高钨合金球饱和磁化强度的另外一种结构；

其中：

图1-6中，1-表示各种形状的球芯，2表示包裹分界线，3表示包裹层，4表示形成的复合球体；

图7-12中，5表示钨合金球中任意质量比的成分形成的任意形状的内芯；6表示内包裹分界线；7表示任意质量比的成分包裹内芯形成任意形状的复合球芯，8表示外包裹分界线，9为包裹层，10表示用其余钨合金包裹复合球芯形成的钨合金复合球。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明所述的提高钨合金球保护磁化强度的方法提供两种结构，一种结构如图1-6所示，汇聚（通过计算在混料前提取，因为钨合金球是在主要成分钨粉中添加其他粉末混合制成原料，通过成胚、烧结等工序制得，所以通过计算后将需汇集部分原料直接在混合原料前取出来即可）钨合金球中所含部分磁性成分（包括铁、镍、钴、锰中的一种或几种或含有它们中一种或几种的合金），以磁性成分为主要成分或全部成分制成任意形状的球芯1，所述球芯1的外侧包裹钨合金形成钨合金复合球体4，所述外侧包裹层3中含有和球芯1中所含磁性成分能共熔的物质（同样的物质或能共熔的物质），从而使得在制造过程中在高温下球芯1和包裹层3能形成共熔体，整个球体中各层之间不分层紧密连接。

另一种结构如图7-12所示，汇聚（通过计算在混料前提取）钨合金球中部分成分制成内芯5（可以为任意形状），且汇聚（通过计算在混料前提取）钨合金球中所含部分磁性成分（包括铁、镍、钴、锰中的一种或几种或含有它们中一种或几种的合金），以磁性成分为主或全部包裹内芯5，形成复合球芯8（可以为任意形状），所述复合球芯8的外侧包裹其余钨合金形成钨合金复合球体10，所述外侧包裹层9中含有和复合球芯8的外层部分7中所含成分能共熔的物质（同样的物质或能共熔的物质），从而使得在制造过程中在高温下复合球芯8和包裹层9能形成共熔体，整个球体中各层之间不分层紧密连接。

针对上述两种结构，提供如下实施例：

实施例1：

针对各成分质量比为92.3%W-4.49%Ni-3.21%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的铁磁性成分铁制成直径为0.25mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%，用其包裹直径为0.25mm的圆球芯，形成直径为1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.25mm的圆球芯中所含铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

对该1mm直径的复合球进行磁学性能测试，其饱和磁化强度为MS=36.1(emu/g)，相对传统的钨合金球提高了5倍以上。

实施例2：

针对各成分质量比为92.66%W-4.48%Ni-2.86%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的铁磁性成分铁制成直径为0.2mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%，用其包裹直径为0.2mm的圆球芯，形成直径为1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.2mm的圆球芯中所含铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

实施例3：

针对各成分质量比为91.87%W-4.45%Ni-3.68%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的铁磁性成分铁制成直径为0.3mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%，用其包裹直径为0.3mm的圆球芯，形成直径为1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.3mm的圆球芯中所含铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

实施例4:

针对各成分质量比为91.8%W-5.1%Ni-3.1%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的镍铁合金圆球芯（质量百分比镍：铁=1:1）制成直径为0.3mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%，用其包裹直径为0.3mm的镍铁合金球芯圆球芯，形成直径为1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.3mm的圆球芯中所含镍、铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

实施例5

针对各成分质量比为93.9%W-3.1%Ni-3.0%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的铁磁性成分铁制成直径为0.3mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=95%-3%：2%，用其包裹直径为0.3mm的圆球芯，形成直径为1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.3mm的圆球芯中所含铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

实施例6

针对各成分质量比为92.15%W-4.46%Ni-3.39%Fe的直径为1.1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的铁磁性成分铁制成直径为0.3mm的圆球芯，剩余的钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=95%-3%：2%，用其包裹直径为0.3mm的圆球芯，形成直径为1.1mm的复合球。因为包裹层中所含镍、铁和0.3mm的圆球芯中所含铁可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

实施例7

针对各成分质量比为92.21%W-4.46%Ni-3.33%Fe的直径为1mm的钨镍铁合金球，通过计算，得知用其中的质量百分比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%的钨镍铁合金制成直径为0.2mm内芯，用合金中的铁磁性成分包裹直径0.2mm内芯制成总直径0.3mm的复合圆球芯，剩余钨合金中钨、镍、铁的质量比为W：Ni：Fe=93%-4.5%：2.5%，用其包裹直径为0.3mm的复合圆球芯，形成总直径为1mm的复合球。因为0.2mm小球芯中所含镍、铁和复合球芯包裹层中的铁可以共熔，所以在结合处不分层，复合球芯外侧所含铁和外层包裹层中所含镍、铁和可以共熔，所以在结合处形成共熔而不分层。

以上具体实施方式描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明的保护范围不受上述实施例的限制，任何不经过创造性劳动想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构，其特征在于，由球芯或复合球芯外裹包裹层组成的复合圆球体构成；其中

所述球芯由钨合金球中所含的部分磁性成分或以该部分磁性成分为主的成分制成；

所述复合球芯由钨合金球中所含的部分磁性成分或以该部分磁性成分为主的成分包裹内芯而成，所述内芯由钨合金球的任意成分制成；

所述包裹层由钨合金球中除去球芯或复合球芯的其余钨合金材料构成。

2.如权利要求1所述的一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构，其特征在于，所述球芯、复合球芯及内芯的形状为任意形状。

3.如权利要求1所述的一种提高钨合金球饱和磁化强度的结构，其特征在于，所述包裹层中含有和球芯或复合球芯中部分同样的或能共熔的成分，球芯或复合球芯与包裹层在结合处形成共熔。

4.一种提高钨合金球饱和磁化强度的方法，其特征在于，在保证钨合金各成分质量百分比一定的前提下，将传统钨合金球的单一结构改变为多层复合结构而提高其饱和磁化强度。

5.如权利要求4所述的一种提高钨合金球饱和磁化强度的方法，其特征在于，所述多层复合结构为将钨合金球中所含部分磁性成分或以其为主制成钨合金球的球芯，或用其包裹钨合金球中任意成分制成的内芯形成复合球芯，用钨合金球中其余的钨合金包裹于球芯、或复合球芯的外侧形成符合所需尺寸的钨合金球多层复合结构。

6.如权利要求5所述的一种提高钨合金球饱和磁化强度的方法，其特征在于，所述球芯、复合球芯及内芯的形状为任意形状。

7.如权利要求4所述的一种提高钨合金球饱和磁化强度的方法，其特征在于，包裹于球芯或复合球芯外侧的包裹层中含有和球芯或复合球芯中部分同样的或能共熔的成分。