CN109837441B

CN109837441B - 一种新型钨镍钴材料及其制备方法

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Publication number: CN109837441B
Application number: CN201910137347.3A
Authority: CN
Inventors: 裘利铭
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: CN109837441A

Abstract

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种新型钨镍钴材料及其制备方法。所述新型钨镍钴材料的制备原料为以下质量百分比的物质：钨粉95～97wt％，钴0.8～1.5wt％、镍1.5～3.0wt％、铁0.1～0.5wt％和铬0～0.5wt％；所述制备方法包括：配料；湿磨；烘干；掺胶干燥；制粒；成型；排胶烧结。本发明所制得的新型钨镍钴材料具有极高的强度和韧性，远优于现有的钨镍钴材料；具有良好的耐高温高湿和盐雾抗腐蚀性能；能够避免磁性的产生；制备方法相较于传统工艺具有制备效率更高、制备效果更优的特点；避免了电镀工艺的使用，更加环保。

Description

一种新型钨镍钴材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料领域，尤其涉及一种新型钨镍钴材料及其制备方法。

背景技术

手机马达质量块材料用于手机震动马达领域，因此对产品密度的要求较高，一般采用钨基合金进行生产制备，同时由于磁性能在生产与使用过程会产生一定不利影响，因此通常情况下会要求材料不能够被磁化，且由于手机要求长时间处于不同条件下使用，不可避免会接触到微量或少量如水蒸气此类的腐蚀性气体，因此震动马达质量块材料还要求具备一定的抗腐蚀性能，具体抗腐蚀性能通过高温高湿和盐雾试验进行检测和体现。而最重要的，由于手机马达生产工艺的要求，质量块产品需要与其他部件进行过盈连接配合，因此其具有较优的材料强度。

针对以上条件，目前国内钨基合金钨基合金普遍采用钨镍铜系材料，由于钨镍铜系材料不具备抗腐蚀性能，所以需要对其进行电镀镍，以增强其抗腐蚀性能，但电镀镍后镍层具备磁性能，因此在电镀镍过程中还需要严格控制电镀镍制备得到的镍层厚度，制备工艺繁琐、效率低下且要求较高。

另一方面，随着近几年来环保要求的提升，对电镀工艺筛查愈发严格，若因为环境保护的要求，不允许采用电镀工序，那么钨镍铜系材料就不能够再用于马达质量块的生产。因此，为预防马达质量块材料出现产能空缺的问题发生，部分本领域技术人员已经开始研制替代产品，如钨镍铁系材料。钨镍铁系材料如中国专利局于2013年4月24日公开了一种制备钨镍铁合金零部件的方法的发明专利申请，申请公开号为CN103056372A，其包括如下步骤：1)备料：所用金属粉末为还原钨粉、羟基镍粉和羟基铁粉；2)配粉：将W粉、Fe粉、Ni粉按照比例称取，其重量比为W：95，Ni：3.5，Fe：1.5；3)黏结剂的制备；4)钨镍铁混、喂料；5)制粒；6)注射成形；7)溶剂脱脂；8)热脱脂；9)烧结；10)烧结后热处理。又如中国专利局于2014年5月14日公开了一种制备高密度钨镍铁合金的烧结工艺的发明专利授权，授权公开号为CN102787249B，其包括如下步骤：1)备料：钨粉的W含量>99.95％；镍粉的Ni含量>99.8％；铁粉的Fe含量>99.5％；2)选粉：使用200目的筛子，对原材料粉末进行筛选；3)配粉；4)装模：将上述混合后的合金粉，填充在橡胶模袋中；5)冷等静压压制成型；6)烧结：采用两步烧结法在通氢气保护的中频感应炉内烧结，分为预烧结、固相烧结、液相烧结三个阶段。以上两个公开的发明专利均提供了钨镍铁系材料的制备方法，但是，经过研究后发现，钨镍铁系材料虽然具备一定的抗腐蚀性能，但其抗腐蚀性能仅是略优于钨镍铜系材料，不能完全达到电镀镍的效果，并且钨镍铁系材料无法解决其自身带磁的问题，在生产加工以及使用过程中存在着较大的不便。因此，还有部分技术人员考虑用钨镍钴系材料制备马达质量块，如但钨镍钴系材料脆性大，材料强度低，在部分质量块的装配过程中出现开裂问题，无法推广使用。而部分钢铁行业的技术人员研制了一些具备高强或高韧性能的钨镍钴系材料，如中国专利局于2017年5月24日公开的硼强化高密度高强度钨镍钴合金及制备方法的发明专利申请，申请公开号为CN106702241A，和中国专利局于2017年6月23日公开的一种双相高密度可铸锻动能钨镍钴合金及制备方法的发明专利授权，授权公开号为CN105088017B。以上钨镍钴合金确实具备了高强高韧的性能，但其镍和钴的含量远高于正常马达质量块所用材料中镍钴含量，成本大幅度上升，因此也不适用。

为此，急需研制一种低成本，却具备良好力学性能的手机马达质量块材料。

发明内容

为解决现有的手机马达质量块材料中钨镍铜系材料需要电镀增强抗腐蚀性能、钨镍铁系材料抗腐蚀性能有限并且具有磁性、钨镍钴系材料力学性能不佳，进而导致目前手机马达质量块并没有一种合适的材料用以制备的问题，本发明提供了一种新型钨镍钴材料。其首先要实现减少材料烧结过程中脆性相的产生，提高材料的强韧性的目的，并在此基础上确保材料本身无磁性，并且具备良好的抗腐蚀性能和抗氧化性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种新型钨镍钴材料，所述新型钨镍钴材料的制备原料为以下质量百分比的物质：钨粉95～97wt％，钴0.8～1.5wt％、镍1.5～3.0wt％、铁0.1～0.5wt％和铬0～0.5wt％。

由于钴的特性与镍十分接近，因此，钨镍钴合金特性与钨镍合金特性极为相似。其作为马达质量块使用时具有良好的使用效果，具有较好的抗腐蚀性能并且本身不具备磁性。但钨镍或钨镍钴系材料如果按照常规的工艺生产，在烧结过程中容易出现液相，钨在镍钴中的溶解性很高，大量的钨溶解到镍钴合金中，形成镍钴钨液相，此液相在冷却过程中会在钨颗粒与液相之间析出Ni₄W、NiW₂和NiW等金属化合物，其中尤以Ni₄W为主要析出相，而这些金属化合物均为脆性相，使材料表现出脆性。而铁和铬元素的添加，使得钨在镍和钴中的溶解度大幅度下降，能够避免脆性相的析出，提高材料的强度和韧性等多方面的力学性能。

一种新型钨镍钴材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)配料：按照比例对原料进行称量配料；

2)湿磨：将称量得到原料、球磨介质和液相介质混合置于球磨机中球磨，球磨后将球磨介质分离去除，即得到混合料；

3)烘干：对混合料进行真空烘干；

4)掺胶干燥：利用胶料在加热条件下对烘干后的混合料进行掺胶处理，掺胶同时进行烘干；

5)制粒：烘干完成后在筛网上擦筛制粒，制粒完成后烘干并分级过筛备用；

6)成型：依据产品尺寸需求，利用模具进行压制成型，得到初胚；

7)排胶烧结：采用排胶烧结一体工艺，将初胚置于炉中进行排胶同时进行高温烧结，排胶烧结结束后自然冷却至一定温度再通气冷却，通气冷却后即得到新型钨镍钴材料。

配料按照钨粉95～97wt％，钴0.8～1.5wt％、镍1.5～3.0wt％、铁0.1～0.5wt％和铬0～0.5wt％的比例称取原料，湿磨过程使得各原料混合均匀，并且使得各原料变得更细，有利于后续烧结。并且本发明湿磨相较于常规干混工艺，可以提高合金致密化驱动力，大大提高材料的致密化速度，还能够降低后续烧结温度，结合后续排胶烧结采用的高温快速推舟工艺进行，使得合金快速致密化，再通过通气冷却加快冷却速度，可减少钨镍钴脆性相的产生，进而可提高材料的强度。此外，掺胶干燥同步进行能够提高生产制造的效率，在加热条件下对混合料进行掺胶处理能够提高掺胶的均匀性，相较于常规的掺胶工艺，本发明中掺胶干燥一体化具有高效率和高均匀性的优点。

作为优选，步骤2)所述原料、球磨介质和液相介质以质量比1：(2～4)：(0.3～0.6)的比例混合。

该物料比混合的三者在球磨后能够大大提高粉末活性，使材料烧结温度降低，在较低的烧结温度下使材料完成致密化，减少了烧结过程中液相产生数量，从而减少脆性相的产生。

作为优选，步骤2)所述球磨介质为不锈钢球，液相介质为乙醇。

不锈钢球不会产生与掺杂杂质，乙醇能够在后续烘干过程中快速挥发。

作为优选，步骤3)所述真空烘干条件为：烘干温度为65～80℃，真空度为-0.08～-0.04MPa，烘干时间为1.5～3h。

真空烘干具有较高的干燥效率，并且能够避免物料氧化问题的发生。

作为优选，步骤4)所述掺胶干燥过程中掺胶步骤在80～95℃条件下进行，掺胶结束后可调节温度为60～100℃继续烘干。

在65～80℃条件下掺胶能够提高掺胶效率以及掺胶的均匀性，提高掺胶品质，掺胶与干燥同时进行能够提高生产制备的效率。

作为优选，步骤4)所用掺胶处理过程所用胶料为PVA成型剂。

PVA成型剂为掺胶处理常用胶料之一，其在65～80℃下能够实现良好的掺胶效果并能够保持良好的稳定性、不发生分解。

作为优选，步骤7)所述排胶烧结过程中排胶推速为2～5cm/min，烧结温度为1480～1580℃。

由于通过湿磨使得物料粉末活性大幅度提高，降低了烧结温度并提高了合金致密化速率，配合排胶过程中推速为2～5cm/min的快速推舟，能够实现快速烧结和快速冷却，以实现大幅度减少钨镍或钨镍钴脆性相产生，进而提高材料的强度和韧性。

作为优选，步骤7)所述排胶烧结结束后自然冷却至1300～1350℃再进行通气冷却。

钨镍钴系材料在900～1300℃的冷却期间极易析出Ni₄W、NiW₂和NiW等金属化合物，尤其以Ni₄W为主要析出相，而这些金属化合物均为脆性相，使材料表现出脆性。加快在这个温度区间内的冷速后，能够大幅度减少脆性相的析出，配合铁和铬元素对脆性相析出的抑制效果，能够大幅度地提高所制得的钨镍钴系材料的强度和韧性。

本发明的有益效果是：

1)本发明所制得的新型钨镍钴材料具有极高的强度和韧性，远优于现有的钨镍钴材料；

2)本发明所制得的新型钨镍钴材料具有良好的耐高温高湿和盐雾抗腐蚀性能，作为手机马达质量块材料使用时具有良好的使用效果；

3)本发明所制得的新型钨镍钴材料在掺杂铁元素后能够避免磁性的产生，具有良好的使用效果；

4)本发明制备方法相较于传统工艺具有制备效率更高、制备效果更优的特点；

5)避免了电镀工艺的使用，更加环保。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作出进一步清楚详细的描述说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1～5

一种新型钨镍钴材料，所述新型钨镍钴材料由以下工艺制备：

1)配料：按照比例对原料进行称量配料；

2)湿磨：将称量得到的原料30kg、不锈钢球60kg和乙醇6kg混合置于40L球磨机中球磨6h，球磨机转速为40r/min，球磨后将球磨介质分离去除，即得到混合料；

3)烘干：将混合料置于70℃、真空度-0.06MPa条件下进行真空烘干2h；

4)掺胶干燥：在加热至90℃条件下利用PVA成型剂对烘干后的混合料进行掺胶，并在搅拌掺胶完成后继续置于90℃条件下进行干燥处理；

5)制粒：烘干完成后在筛网上擦筛制粒，制粒完成后烘干并分别过80目、100目和120目筛备用；

7)排胶烧结：采用排胶烧结一体工艺，将初胚置于炉中进行推速为3cm/min的排胶处理，同时进行1550℃的高温烧结，排胶烧结结束后自然冷却至1300℃后通入氮气和空气的混合气体进行冷却，通气冷却后即得到新型钨镍钴材料。

其中，实施例1～5的配料过程中各原料的百分比如下表表1所示。

表1实施例1～5原料比

对实施例1～5所制得的新型钨镍钴材料进行强度和延伸率检测，此外再以国标GB/T24243.1进行高温高湿测试、以国标GB/T 2423.17进行盐雾抗腐蚀性能测试，并进行磁性能检测。检测结果与市售的普通钨镍钴材料(含95～97wt％的钨)、钨镍铁材料(含95～97wt％的钨)和钨镍铜材料(含95～97wt％的钨)各项性能进行比对。所述检测和测试数据均进行取二十次有效结果的均值。检测和测试结果及比对如下表表2所示。

表2性能检测和比对

从上表表2可明显看出，本发明所制得的新型钨镍钴材料在强度和延伸率表现上远优于现有的普通钨镍钴材料，在高温高湿性能上优于钨镍铁材料，且克服了钨镍铁材料带磁性的重大缺陷，在高温高湿性能和盐雾抗腐蚀性能上远优于钨镍铜材料。因此作为手机马达质量块材料使用时性能远优于现有的手机马达质量块材料。

对比例1

所有步骤均依照实施例3所记载，且原料配比相同，仅将实施例3中步骤2)所述湿磨工艺替换为传统钨镍钴材料制备所用的干混工艺。

对对比例1进行性能检测，并与实施例3进行比对，比对结果如下表表3所示。

表3对比例1与实施例3的性能对比

由上表表3也可明显看出，虽传统的干混工艺可以满足产品要求，且所制得的材料也优于普通钨镍钴材料，但性能仍远远不及经过湿磨这一步骤的实施例3所制得的材料。这是由于实施例3在采用本发明湿磨改进工艺后，大大提高了材料致密化的速度，因此可采用高温快速推舟的烧结工艺进行烧结，使合金快速致密化、快速冷却，以达到减少钨镍和钨镍钴脆性相的产生，从而提高了材料的强度和延伸率。

对比例2

原料配比与实施例3所记载相同，且除步骤7)排胶烧结过程外其余步骤均相同，对比例2采用传统烧结工艺进行烧结。

对对比例2进行性能检测，并与实施例3进行比对，比对结果如下表表4所示。

表4对比例2与实施例3的性能对比

由上表表4可看出，在传统烧结工艺进行烧结后，随强度相较于普通钨镍钴材料有着明显提升，但延伸率提升不明显，相较于实施例3所制得的材料，性能远远落后。这是由于在传统烧结工艺中并不配合快速推舟，如此一来烧结时间变长、冷却速度变慢，且本发明通过通气的方式进一步加快了1300～900℃这一降温过程的降温速度，实现快速冷却，减少脆性相的产生，对提高材料的强度和延伸率都有极大的好处。

实施例6～10

1)配料：按照实施例3所记载的配比对原料进行称量配料；

2)湿磨：将称量得到原料、不锈钢球和无水乙醇混合置于球磨机中球磨，球磨后将球磨介质分离去除，即得到混合料；

3)烘干：对混合料进行真空烘干；

4)掺胶干燥：在加热条件下利用PVA成型剂对烘干后的混合料进行掺胶干燥处理；

7)排胶烧结：采用排胶烧结一体工艺，将初胚置于炉中进行排胶同时进行高温烧结，排胶烧结结束后自然冷却至一定温度再通气冷却，通气冷却后即得到手机马达质量块材料。

其中，实施例6～10各步骤的具体参数如下表表5和表6所示。

表5实施例6～10具体制备参数(I)

表6实施例6～10具体制备参数(II)

对实施例6～10同样进行各项性能检测。经检测，实施例6～10均通过高温高湿检测和盐雾抗腐蚀性能检测，具有良好的耐高温高湿性能和抗腐蚀性能。并且经检测实施例6～10均无磁性。此外，经检测，实施例6～10的强度均≥760MPa，延伸率均≥15％。

从上述实施例1～10及各项性能检测及对比可明显看出，本发明所制得的新型钨镍钴材料相较于市售的普通钨镍钴材料，在力学性能上具有非常巨大的提升，接近钨镍铁合金的力学性能，但耐高温高湿性能优于钨镍铁合金，且无带磁问题，因此本发明所制得的新型钨镍钴材料在手机马达质量块材料具有非常巨大的应用前景。

Claims

1.一种新型钨镍钴材料，其特征在于，所述新型钨镍钴的制备原料为以下质量百分比的物质：钨粉95～97wt%，钴0.8～1.5wt%、镍1.5～3.0wt%、铁0.1～0.5wt%和铬0～0.5wt%；

所述制备方法包括以下步骤：

1）配料：按照比例对原料进行称量配料；

2）湿磨：将称量得到原料、球磨介质和液相介质混合置于球磨机中球磨，球磨后将球磨介质分离去除，即得到混合料；

3）烘干：对混合料进行真空烘干；

4）掺胶干燥：在加热条件下利用胶料对烘干后的混合料进行掺胶干燥处理；

5）制粒：烘干完成后在筛网上擦筛制粒，制粒完成后烘干并分级过筛备用；

6）成型：依据产品尺寸需求，利用模具进行压制成型，得到初胚；

7）排胶烧结：采用排胶烧结一体工艺，将初胚置于炉中进行排胶同时进行1480～1580℃高温烧结，排胶烧结结束后自然冷却至一定温度再通气冷却，通气冷却后即得到新型钨镍钴材料；

所述排胶烧结过程中排胶推速为2～5cm/min；

所述排胶烧结结束后自然冷却至1300～1350℃再进行通气冷却。

2.根据权利要求1所述的一种新型钨镍钴材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述原料、球磨介质和液相介质以质量比1：（2～4）：（0.3～0.6）的比例混合。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型钨镍钴材料的制备方法，其特征在于，步骤2）所述球磨介质为不锈钢球，液相介质为乙醇。

4.根据权利要求1所述的一种新型钨镍钴材料的制备方法，其特征在于，步骤3）所述真空烘干条件为：烘干温度为65～80℃，真空度为-0.08～-0.04MPa，烘干时间为1.5～3h。

5.根据权利要求1所述的一种新型钨镍钴材料的制备方法，其特征在于，步骤4）所述掺胶干燥过程中掺胶步骤在80～95℃条件下进行，掺胶结束后调节温度为60～100℃继续烘干。

6.根据权利要求1或5所述的一种新型钨镍钴材料的制备方法，其特征在于，步骤4）所用掺胶处理过程所用胶料为PVA成型剂。