CN107267835A - 一种无磁硬质合金及其制备方法 - Google Patents

一种无磁硬质合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硬质合金技术领域。一种无磁硬质合金，包括如下质量百分比的配方组分：碳化钨及钨金属的混合物75～80%，镍粉17～20%，碳化铬0.5～2.5%，氧化铈粉0.15～0.5%，铜粉1.5～3.0%。一种无磁硬质合金的制备方法包括如下步骤：(1)将过量钨粉与碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；(2)将混合物研磨过筛得到混合粉；(3)取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；(4)对复合粉进行球磨，烘干后得到球磨产物；(5)将球磨产物压制成型得到坯料；(6)对坯料进行烧结，冷却后得到产品。本发明的合金具有良好的性能，而且本发明所提供的方法过程简单，操作性强。

Description

一种无磁硬质合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及硬质合金技术领域，具体而言涉及一种无磁硬质合金及其制备方法。
背景技术
无磁硬质合金在粉末冶金行业强磁性粉末的成型用模具、密封环等方面具有明显的优势，不但具有很高的硬度和耐磨性，而且可避免强磁性粉末成型时发生粘模情况，提高抗腐蚀能力，因此广泛地应用于航空航天、冶金、机械等领域。而且其具有其制备速度快，环境污染小的优点。
常用的无磁材料或无磁模具主要为高锰钢、无磁钢或无磁不锈钢。由于这些钢材的硬度较低，一般要对采用这些钢材制作的模具的模腔进行氯化处理以提高其硬度和耐磨性，尽管如此，硬度也仅为34～47HRC，硬度差，使用寿命短，最终也导致其制品的成本较高且效益较低。
WC-Ni系无磁硬质合金具有较高的硬度和强度，且其表面光洁度高、尺寸稳定，是一种较好的无磁模具材料。中国专利CN 101239388A一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末公开了以下技术方案：该合金粉以镍钨合金粉为粘结相以碳化钨为硬质相经团聚烧结而成，但由于其粘结相为金属镍、钨和其他的金属单质，易引起晶粒的粗大，导致这个专利的材料性能仍较低，硬度仍显不足。
中国专利CN 105039821A无磁防腐耐磨硬质合金的制备方法公开了以下方案：第一步：按质量比称取12％镍粉，0.5％铬粉，0.5％钼粉，1％钽粉和余量碳化钨，将这些原料混合均匀形成浆料加入湿磨机中，并添加混合介质无水酒精进行球磨形成浆料；第二步：球磨之后，将上述浆料置于双螺旋混合器中进行干燥，抽出酒精，通过酒精回收器皿进行回收，干燥后的浆料通过振动筛进行过筛；第三步：将混合物和成型剂加入混合器中，成型剂与混合物的比例为80g/kg，干湿调匀3小时后初步成型，即可卸料，卸料后过筛处理；第四步：将初步成型的产品装入模具内并置于挤压机内进行挤压，压力为100-300Mpa，然后再风干72小时。该方案存在以下问题：该方案中加入镍金属可以降低晶粒的大小，同时为了稳定晶粒及降低居里点加入铬粉，导致产品的脆性增加，强度下降。
因此目前需要一种具有高强度、高硬度的无磁硬质合金。
发明内容
为了解决目前存在的无磁硬质合金强度、硬度较低，耐磨性差的问题，提供一种具有高强度、高硬度的无磁硬质合金，本发明采用以下技术方案：
一种无磁硬质合金，其特征在于，包括如下质量百分比的配方组分：
碳化钨及钨金属的混合物占75～80％，
镍粉占17～20％，
碳化铬占0.5～2.5％，
氧化铈粉占0.15～0.5％，
铜粉占1.5～3.0％。
首先本发明使用了碳化钨及钨金属的混合物作为原料，防止了由于金属单质互相粘结导致晶粒异常生长。其次本发明通过用碳化铬取代传统工艺中所用的金属铬作为原料。一方面可以提高原料中的含碳量，防止稀土氧化物中氧元素对于硬质合金的脱碳作用，防止在烧结过程产生的产品开裂等问题，保证合金的结构稳定以保证无磁硬质合金原本的抗弯强度和耐腐蚀性，另一方面，也防止了无磁硬质合金原本中产生大量的镍铬合金破坏无磁硬质合金原本的结构，导致无磁硬质合金的强度降低。
另外本发明在原料中加入了铜粉，在无磁硬质合金的生产过程中Ni与Cu形成固溶体，固溶物填充在WC晶粒之间，可以加强晶粒之间的粘结能力，同时也避免了晶粒之间相互接触，避免了晶粒之间发生互溶及异常生长的情况，提高了合金的强度。
作为优选，稀土氧化物为氧化铈。
本发明在原料中加入了氧化铈粉，氧化铈明显改善了合金的性能，可以提高合金的耐磨性，韧性，同时也提高了合金的耐腐蚀能力，此外氧化铈用量极少，一方面减少其中的氧元素对合金的影响，另一方面也可以减少稀土聚合物的产生，以保证合金的结构稳定。
一种无磁硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将过量钨粉与碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；
(2)将所述的混合物研磨过筛得到混合粉；
(3)按照配比取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；
(4)对所述的复合粉进行球磨，烘干后得到球磨产物；
(5)将球磨产物压制成型得到坯料；
(6)对所述的坯料进行烧结，冷却后得到产品。
作为优选，在步骤(2)研磨前向混合物中加入单质碳0.1～0.2wt％。
在步骤(2)研磨前的混合物中加入了少量的单质碳，碳单质可以促进晶粒生长，碳化铬具有较强的细化晶粒的作用，但是碳化铬作用过强会导致晶粒过小，影响合金的强度，因此由碳单质与碳化铬共同使用，可以起到改善晶粒大小的作用，另一方面碳单质可以进一步消除了稀土氧化物中氧元素对整个制备过程的影响，同时碳单质在后续制备过程中可以继续和原料中的钨金属反应成碳化钨，不会对无磁硬质合金的制备过程产生不良影响。
作为优选，步骤(4)中所述的球磨过程中采用无水乙醇作为球磨介质，球料比为2：1～6：1，固液比为1：3～1：6，球磨时间为24～48小时。
作为优选，在步骤(6)中所述的坯料的烧结温度1400～1500摄氏度，然后在保护气氛中保温，保温时间为60～100分钟。
作为优选，所述的保护气氛为氩气。
在保护气体中进行制备过程，可以防止空气尤其是空气中的氧气对无磁硬质合金的制备过程产生影响，保障了产品的性能。
作为优选，在所述的保护气氛中加入乙烯气体，其体积百分比为0.1～0.5％。
在步骤(6)的烧结过程中，乙烯气体可以起到促进晶粒生长的作用，与碳单质共同使用提高了碳元素用量的稳定性，同时乙烯也是优秀的脱氧剂，可以进一步消除稀土氧化物中氧元素的不良影响。
本发明的有益效果在于：(1)本发明的无磁硬质合金具有高强度、高硬度、高耐磨性的特点，可以满足工业需求(2)本发明加入了稀土氧化物改善了合金性能，同时解决了稀土氧化物带来的不良影响，稳定了合金的各项性能(3)本发明所提供的方法过程简单，操作性强。
具体实施方式
实施例1
一种无磁硬质合金，原料包括如下组分：
碳化钨及钨金属的混合物239.1kg，
镍粉54kg，
碳化铬6kg，
氧化铈粉0.9kg，
铜粉7kg。
在制备上述的一种无磁硬质合金时采取如下制备方法：
(1)将668.34kg钨粉与42.66kg碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；
(2)混合物中加入0.4kg的碳粉，研磨过筛得到混合粉；
(3)按照配比取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；
(4)对所述的复合粉进行球磨，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，球料比为4：1，固液比为1：5，球磨36小时，烘干后得到球磨产物；
(5)将球磨产物压制成型得到坯料；
(6)对所述的坯料在含有进行烧结，烧结温度1430摄氏度，然后在保护气氛中保温，保护气氛中有体积百分比为99.9％的氩气和体积百分比为0.1％的乙烯气体，保温时间为100分钟，冷却后得到产品。
实施例2
一种无磁硬质合金，原料包括如下组分：
碳化钨及钨金属的混合物237kg，
镍粉54kg，
碳化铬3.3kg，
氧化铈粉0.9kg，
铜粉4.8kg。
在制备上述的一种无磁硬质合金时采取如下制备方法：
(1)将668.34kg钨粉与42.66kg碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；
(2)混合物中加入0.4kg的碳粉，研磨过筛得到混合粉；
(3)按照配比取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；
(4)对所述的复合粉进行球磨，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，球料比为4：1，固液比为1：5，球磨36小时，烘干后得到球磨产物；
(5)将球磨产物压制成型得到坯料；
(6)对所述的坯料在含有进行烧结，烧结温度1430摄氏度，然后在保护气氛中保温，保护气氛中有体积百分比为99.9％的氩气和体积百分比为0.1％的乙烯气体，保温时间为100分钟，冷却后得到产品。
实施例3
一种无磁硬质合金，原料包括如下组分：
碳化钨及钨金属的混合物226kg，
镍粉59kg，
碳化铬7.5kg，
氧化铈粉1.2kg，
铜粉6.3kg。
在制备上述的一种无磁硬质合金时采取如下制备方法：
(1)将668.34kg钨粉与42.66kg碳黑混合,经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；
(2)混合物中加入0.4kg的碳粉，研磨过筛得到混合粉；
(3)按照配比取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；
(4)对所述的复合粉进行球磨，球磨过程采用无水乙醇作为球磨介质，球料比为4：1，固液比为1：5，球磨36小时，烘干后得到球磨产物；
(5)将球磨产物压制成型得到坯料；
(6)对所述的坯料在含有进行烧结，烧结温度1430摄氏度，然后在保护气氛中保温，保护气氛中有体积百分比为99.9％的氩气和体积百分比为0.1％的乙烯气体，保温时间为100分钟，冷却后得到产品。
将本发明实施例的优选实施例即实施例1所得的合金进行性能测试，结果如下：
通过结果，可以看出本发明得到的一种无磁硬质合金在具有标准的密度和硬度的同时具有较高的强度，可以满足工业生产的需求。

Claims (8)

1.一种无磁硬质合金，其特征在于，包括如下质量百分比的配方组分：
碳化钨及钨金属的混合物占75～80%，
镍粉占17～20%，
碳化铬占0.5～2.5%，
稀土氧化物粉占0.15～0.5%，
铜粉占1.5～3.0%。
2.根据权利要求1所述的一种无磁硬质合金，其特征在于：所述的稀土氧化物为氧化铈。
3.根据权利要求1或2所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将过量钨粉与碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；
(2)将所述的混合物研磨过筛得到混合粉；
(3)按照配比取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；
(4)对所述的复合粉进行球磨，烘干后得到球磨产物；
(5)将球磨产物压制成型得到坯料；
(6)对所述的坯料进行烧结，冷却后得到产品。
4.根据权利要求3所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征在于：在步骤(2)研磨前向混合物中加入单质碳0.1~0.2wt%。
5.根据权利要求3所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征是：步骤(4)中所述的球磨过程中采用无水乙醇作为球磨介质，球料比为2：1～6：1，固液比为1：3～1：6，球磨时间为24～48小时。
6.根据权利要求3所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征是：在步骤(6)中所述的坯料的烧结温度1400～1500摄氏度，然后在保护气氛中保温，保温时间为60～100分钟。
7.根据权利要求6所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征是：所述的保护气氛为氩气。
8.根据权利要求6所述的一种无磁硬质合金的制备方法，其特征是：在所述的保护气氛中加入乙烯气体，其体积百分比为0.1~0.5%。
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