專利名稱：一種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末及其制備方法，該粉末材料適 用于熱噴涂(高速火焰噴涂、等離子噴涂或普通火焰等)工藝制備模 具等表面無(wú)磁硬質(zhì)合金涂層，還適用于粉末冶金工藝燒結(jié)制備無(wú)磁硬 質(zhì)合金零部件。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中，磁性材料已成為重要的基礎(chǔ)材料。為了獲得 高性能的永磁材料，生產(chǎn)中要求在強(qiáng)磁場(chǎng)下進(jìn)行壓制，這就要求成型
模具在某個(gè)方向上采用無(wú)磁材料。在近20年來(lái)，生產(chǎn)這種無(wú)磁模具除 使用無(wú)磁鋼(如1Crl8Ni9Ti， 70Mn, 9Mn9等)夕卜，人們還研發(fā)應(yīng)用 了 WC-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金來(lái)生產(chǎn)這種無(wú)磁模具。無(wú)磁硬質(zhì)合金模具 的應(yīng)用，由于避免了磁性粉末在加工時(shí)，模具易粘粉所造成的模具內(nèi) 壁拉毛現(xiàn)象，大大改善了磁粉坯的尺寸粒度及表面質(zhì)量。同時(shí)，這種 無(wú)磁硬質(zhì)合金模具在耐磨性等綜合機(jī)械性能也成倍高于不銹鋼模具， 提高了模具的使用壽命。但是，目前在生產(chǎn)制備無(wú)磁硬質(zhì)合金(WC-Ni)存在以下工藝上的難點(diǎn)。
在WC-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，無(wú)磁性所要求的兩相合金中 的碳區(qū)較窄，導(dǎo)致在生產(chǎn)中碳含量的控制極為困難。
大體積(大于10kg以上)的WC - Ni系無(wú)》茲硬質(zhì)合金模具的生產(chǎn) 較為困難。這是由于模具體積大，模具內(nèi)外的碳含量不易控制均勻。 另外，大體積的無(wú)磁硬質(zhì)合金模具在脫膠、燒結(jié)過(guò)程中易開(kāi)裂和變形。
為降低生產(chǎn)WC-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金的生產(chǎn)難度，人們近幾年在WC - Ni中又加入VC， Cr3C2等添加劑，這些添加劑的加入主要是使 該種材料中的粘結(jié)相成為Ni-V-W, Ni-Cr-W等無(wú)f茲相，但在實(shí) 際生產(chǎn)中，V、 W、 Cr等粘結(jié)相元素是以單質(zhì)金屬粉末加入到混料步 驟中的，在燒結(jié)過(guò)程中元素?cái)U(kuò)散等因素難以控制，使得最終的產(chǎn)品在 性能上達(dá)不到預(yù)期的物理及機(jī)械性能要求。
另外，在核電站的核聚變堆中，超導(dǎo)發(fā)電、磁流體發(fā)電等高技術(shù) 領(lǐng)域中，都會(huì)用到大量的無(wú)磁材料。由于各種原因，目前只能采用無(wú) 磁鋼材料，而在有高磨損和強(qiáng)腐蝕的環(huán)境下，這種無(wú)磁鋼就不可能較 好的承擔(dān)這些高磨損和強(qiáng)腐蝕的負(fù)載。
熱噴涂是一種重要的表面工程技術(shù)，通過(guò)在基底上噴涂功能涂層， 可以使部件獲得相應(yīng)的耐磨、防腐、隔熱等性能。本申請(qǐng)人與另一共 同申請(qǐng)人在早期申請(qǐng)的專利(公開(kāi)號(hào)CN101239388、 CN101259528 ) 中，提出通過(guò)在常規(guī)模具表面熱噴涂無(wú)磁硬質(zhì)合金涂層，解決wc-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金模具的生產(chǎn)較為困難、尤其是大體積模具生產(chǎn)困難 的問(wèn)題，并開(kāi)發(fā)出數(shù)種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末。但是前期開(kāi)發(fā)的無(wú)磁硬質(zhì) 合金粉末通過(guò)熱噴涂制備的無(wú)磁硬質(zhì)合金涂層或者通過(guò)傳統(tǒng)粉末冶金 方法制備的無(wú)磁硬質(zhì)合金部件，難以適應(yīng)高溫、高磨損和強(qiáng)腐蝕等惡 劣工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是提供一種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末及其制備方法，該無(wú) 磁硬質(zhì)合金粉末適于熱噴涂加工無(wú)磁硬質(zhì)合金涂層，也適于傳統(tǒng)粉末 冶金方法制備無(wú)磁硬質(zhì)合金部件，所獲得的涂層或部件能適應(yīng)高溫、 高磨損和強(qiáng)腐蝕等惡劣工況。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明開(kāi)發(fā)的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末由粘接相粉末 和硬質(zhì)相粉末復(fù)合而成，粘接相為鎳鉬(含6 ~ 25 wt % Mo )合金粉或
4鎳鉻鉬(含5 ~ 30 wt % Cr、 1 ~ 20 wt % Mo )合金粉。硬質(zhì)相為碳化鎢 粉或碳化鉻粉或碳化鎢與碳化鉻粉混合物(含10~50wt%Cr3C2)。粘 結(jié)相占該種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末的12 ~ 85wt % ，硬質(zhì)相占15 ~ 88wt % 。 進(jìn)一步地，所述粘結(jié)相粉末是由霧化制得，粉末粒度為2.5 ~ 106,。
進(jìn)一步地，所述霧化包括真空霧化、普通氣霧化和水霧化。 進(jìn)一步地，所述硬質(zhì)相各種碳化物粉末粒度為1.25 -75pm。 如圖l所示，本發(fā)明的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末制備方法如下 1鎳鉬、鎳鉻鉬合金類粘結(jié)相粉末的制備
將鎳鉬或鎳鉻鉬等金屬或合金按所需合金粉末的重量百分比，置 于熔煉爐內(nèi)(真空霧化將在真空熔煉爐內(nèi))熔煉成合金溶液而后進(jìn)行 霧化。霧化工藝為真空霧化；或者普通氣霧化，霧化用惰性氣體氮或 氬，霧化氣體壓力控制在L5 2.5MPa之間；或者水霧化，霧化壓力 控制在20 40MPa。由上述熔煉及霧化工藝可生產(chǎn)出顆粒度在2.5 ~ 106jim的無(wú)磁鎳鉬或鎳鉻鉬合金粉末，根據(jù)應(yīng)用要求可將由上述工藝 生產(chǎn)出的無(wú)磁合金粉末篩分出不同的粉末顆粒度段如2.5 ~ 106pm、 2,5~38拜、或38~106拜。
2混料
將上述的鎳鉬或鎳鉻鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末與硬質(zhì)相合金粉末碳 化鴒或碳化鉻或碳化鵠與碳化鉻混合物，按應(yīng)用要求的重量配比進(jìn)行 混料球磨。球磨介質(zhì)可選用酒精等常用有機(jī)溶劑，球磨用球可選用普 通硬質(zhì)合金球或無(wú)磁硬質(zhì)合金球等球磨用球。
5求磨中5求、泮牛、介質(zhì)比為2: 1: 1~4: 1: 1。
J求磨時(shí)間為4~72小時(shí)。
3噴霧干燥或團(tuán)聚制粒噴霧干燥將混勻的粉末與粘接劑(如聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷 酮等)、介質(zhì)(如水或酒精等)按一定配比，攪拌成料漿后進(jìn)行噴霧 干燥制粒。噴霧干燥后的粉末，按要求進(jìn)行篩分分級(jí)后放置待下道工 藝用。
團(tuán)聚制粒將混勻的粉末置于攪拌容器中，邊攪拌邊加入粘結(jié)劑 (根據(jù)粉末數(shù)量與粘接劑粘稠程度可選擇添加固化劑、稀釋劑)，通 常選用聚氨酯類或清漆為粘結(jié)劑，粘結(jié)劑添加量為總粉末重量的1~5 %，攪拌均勻成粒后烘干，按要求進(jìn)行篩分分級(jí)后放置待下道工藝用。 4真空燒結(jié)
將噴霧干燥或團(tuán)聚制粒得到的粉末放置于高溫陶瓷罐或石墨罐體 內(nèi)真空燒結(jié)。燒結(jié)溫度900 1400。C，保溫時(shí)間l-4小時(shí)，待爐溫降 至室溫后，取出爐內(nèi)粉體，按要求再進(jìn)行篩分，按不同顆粒粒度范圍 分別包裝放置即可。
本發(fā)明制備的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末粘結(jié)相與硬質(zhì)相分布較為均勻， 團(tuán)聚密度高，流動(dòng)性好，適于采用熱噴涂工藝在常規(guī)模具表面制備無(wú) 磁硬質(zhì)合金涂層，解決了 WC-Ni系無(wú)磁硬質(zhì)合金模具的生產(chǎn)較為困難， 尤其是大體積模具生產(chǎn)困難的問(wèn)題，也解決了某些特殊領(lǐng)域用材料基 體只能使用無(wú)磁鋼材料的問(wèn)題。當(dāng)然，本發(fā)明提供的無(wú)磁硬質(zhì)合金合 金粉末也適于傳統(tǒng)粉末冶金方法制備無(wú)石茲硬質(zhì)合金部件。該種粉末及 所制成的涂層、零部件在物理磁性能上低于目前市場(chǎng)上無(wú)磁奧化體不 銹鋼(lCrl8M9Ti, 70Mn, 9Mn9等)。由于采用鎳鉬或鎳鉻鉬作為 粘接相，與本申請(qǐng)人前期開(kāi)發(fā)的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末相比，制成的涂層、 零部件耐蝕性能明顯改善，可以適應(yīng)高溫、高磨損和強(qiáng)腐蝕等惡劣工 況。


圖1所示為Ni-Mo、 Ni-Cr-Mo合金粉末制備及無(wú)磁涂層制備的工
藝流程圖。
圖2所示為Ni-Mo合金粉與WC粉末經(jīng)噴霧干燥制得的無(wú)磁硬質(zhì) 合金粉末的表面形貌圖(SEM)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 1霧化
將鎳、鉬金屬或鎳鉬合金塊按所需合金配比量(Mo含量為6~ 15wt%)置于熔煉爐內(nèi)，熔煉成合金溶液后進(jìn)行氣霧化。氣霧化用惰性 氣體為氮?dú)?，氣體壓力控制在1.5~2.5MPa之間。之后對(duì)生產(chǎn)出的鎳 鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末進(jìn)行篩分。
2混料
選用粒度范圍為2.5~38|am的鎳鉬合金粉為粘接相粉末，粒度范 圍為1.25 ~ 25pm的碳化鴒為硬質(zhì)相粉末。鎳鉬合金粉質(zhì)量比為 12 17%,碳化鎢為余量。將兩種粉末進(jìn)行混料球磨，球磨介質(zhì)為酒精， 球磨中球、料、介質(zhì)比為3: 1: 1,球磨時(shí)間為12小時(shí)。
3噴霧干燥
將球磨混合后的粉末按照料、聚乙烯醇、酒精3:1:1的配比，攪拌 20~30分鐘。之后采用離心噴霧干燥法制粒，噴霧干燥溫度為150~ 300°C。之后根據(jù)需要進(jìn)行篩分。
4真空燒結(jié)
將噴霧干燥后的粉末放置于高溫陶瓷罐，進(jìn)行真空燒結(jié)。燒結(jié)溫 度為900~ 1200°C，真空度為10Pa以下，保溫時(shí)間2 4小時(shí)。冷卻到 室溫后按應(yīng)用粒度要求篩分即得產(chǎn)品。實(shí)施例2 1霧化
將鎳、鉬金屬或鎳鉬合金按所需合金配比量(Mo含量為15-25wt%)置于熔煉爐內(nèi)，熔煉成合金溶液后進(jìn)行真空霧化。之后對(duì)生產(chǎn) 出的鎳鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末進(jìn)行篩分。
2混料
選用粒度范圍為38 ~ 106jam的鎳鉬合金粉為粘接相粉末，粒度范 圍為1.25 25pm碳化鉻為硬質(zhì)相粉末。鎳鉬合金粉質(zhì)量比為12~17%, 碳化鉻為余量。將兩種粉末進(jìn)行混料球磨。球磨介質(zhì)為酒精，球磨中 球、料、介質(zhì)比為3: 1: 1,球磨時(shí)間為24小時(shí)。
3噴霧干燥
將球磨混合后的粉末按照料、聚乙烯醇、酒精3:1:1的配比，攪拌 20-30分鐘。之后采用離心噴霧干燥法制粒，噴霧干燥溫度為150~ 300°C。之后根據(jù)需要進(jìn)行篩分。
4真空燒結(jié)
將噴霧干燥后的粉末放置于石墨罐體內(nèi)，進(jìn)行真空燒結(jié)。燒結(jié)溫 度為1000~ 1300°C，真空度為10Pa以下，保溫時(shí)間2 4小時(shí)。冷卻 到室溫后按應(yīng)用粒度要求篩分即得產(chǎn)品。
實(shí)施例3 1霧化
將鎳、鉻、鉬金屬或合金按下列配比(wt% )置于熔煉爐內(nèi)Cr 5~18， Mo 1~10, Ni余量。熔煉成合金溶液后進(jìn)行水霧化，霧化壓力為20 40MPa。之后對(duì)生產(chǎn)出的鎳鉻鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末進(jìn)行篩分。
2混料
選用粒度范圍為38 ~ 106pm的鎳鉻鉬合金粉為粘接相粉末，粒度范圍為25 ~ 75pm、含10 ~ 20wt% Cr3C2的碳化鎢與碳化鉻混合物為硬 質(zhì)相粉末。鎳鉻鉬合金粉質(zhì)量比為17~25%,碳化鴒與碳化鉻混合物為 余量。將三種粉末進(jìn)行混料球磨。球磨介質(zhì)為酒精，球磨中球、料、 介質(zhì)比為3: 1: 1， J求磨時(shí)間為48小時(shí)。 3團(tuán)聚制粒
將混勻的粉末置于攪拌容器中，邊攪拌邊加入清漆作為粘結(jié)劑， 清漆添加量為總粉末重量的1~5%,攪拌均勻成粒后烘干。之后根據(jù) 需要進(jìn)行篩分。
4真空燒結(jié)
將噴霧干燥后的粉末放置于高溫陶瓷罐體內(nèi)，進(jìn)行真空燒結(jié)。燒 結(jié)溫度為1100~ 1400°C,真空度為10Pa以下，保溫時(shí)間2~4小時(shí)。 冷卻到室溫后按應(yīng)用粒度要求篩分即得產(chǎn)品。
實(shí)施例4 1霧化
將鎳、鉻、鉬金屬或合金按下列配比(wt% )置于熔煉爐內(nèi)Cr 5 18， Mo10 20， Ni余量。熔煉成合金溶液后進(jìn)行氣霧化。氣霧化用惰性氣 體為氮?dú)?，氣體壓力控制在1.5~2.5MPa之間。之后對(duì)生產(chǎn)出的鎳鉻 鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末進(jìn)行篩分。
2混料
選用粒度范圍為2.5~38|im的鎳鉻鉬合金粉為粘接相粉末，粒度 范圍為1.25~25|im、含25 35wt0/。 Cr3C2的碳化鴒與石灰化4各混合物為 硬質(zhì)相粉末。鎳鉻鉬合金粉質(zhì)量比為45 55 %，碳化鴒與碳化鉻混合物 為余量。將三種粉末進(jìn)行混料球磨。球磨介質(zhì)為酒精，球磨中球、料、 介質(zhì)比為3: 1: 1, J求磨時(shí)間為48小時(shí)。
3噴霧干燥將球磨混合后的粉末按照料、聚乙烯醇、酒精3:1:1的配比，攪拌 20~30分鐘。之后采用離心噴霧干燥法制粒，噴霧千燥溫度為150~ 300°C。之后根據(jù)需要進(jìn)行篩分。
4真空燒結(jié)
將噴霧干燥后的粉末放置于高溫陶瓷罐體內(nèi)，進(jìn)行真空燒結(jié)。燒 結(jié)溫度為1000~ 1300°C，真空度為10Pa以下，保溫時(shí)間2 4小時(shí)。 冷卻到室溫后按應(yīng)用粒度要求篩分即得產(chǎn)品。
實(shí)施例5 1霧化
將鎳、鉻、鉬金屬或合金按下列配比(wt%)置于熔煉爐內(nèi)Cr 18~30, Mol-lO, Ni余量。熔煉成合金溶液后進(jìn)行氣霧化。氣霧化用 惰性氣體為氮?dú)猓瑲怏w壓力控制在L5 2.5MPa之間。之后對(duì)生產(chǎn)出 的鎳鉻鉬無(wú)磁粘結(jié)相合金粉末進(jìn)行篩分。
2混料
選用粒度范圍為2.5~38|im的鎳鉻鉬合金粉為粘接相粉末，粒度 范圍為1.25~25pm、含40-50wt。/。 Cr3C2的碳化鎢與碳化鉻混合物為 硬質(zhì)相粉末。鎳鉻鉬合金粉質(zhì)量比為75~85%，碳化鎢與碳化鉻混合物 為余量。將三種粉末進(jìn)行混料球磨。球磨介質(zhì)為酒精，球磨中球、料、 介質(zhì)比為3: 1: 1, ^^磨時(shí)間為48小時(shí)。
3噴霧干燥
將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， 攪拌20~30分鐘。之后采用離心噴霧干燥法制粒，噴霧干燥溫度為 150~300°C。之后根據(jù)需要進(jìn)行篩分。
4真空燒結(jié)
將噴霧干燥后的粉末放置于高溫陶瓷罐體內(nèi)，進(jìn)行真空燒結(jié)。燒結(jié)溫度為1000~ 1300°C，真空度為10Pa以下，保溫時(shí)間2 4小時(shí)。 冷卻到室溫后"^姿應(yīng)用粒度要求篩分即得產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末，由粘接相粉末和硬質(zhì)相粉末復(fù)合而成，其特征在于粘結(jié)相為含6～25wt％Mo的鎳鉬合金粉或者含5～30wt％Cr、1～20wt％Mo的鎳鉻鉬合金粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)石茲硬質(zhì)合金粉末，其特征在于硬質(zhì)相 為碳化鴒或碳化鉻或含10 ~ 50wt% Cf3C2的碳化鴒與碳化鉻混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末，其特征在于粘結(jié) 相占12 ~ 85wt % ,硬質(zhì)相占15 ~ 88wt % 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末，其特征在于粘結(jié) 相合金粉末是由霧化制得，粒度為2.5 ~ 106nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末，其特征在于霧化工藝 為真空霧化、普通氣霧化或者水霧化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末，其特征在于所述硬質(zhì) 相碳化物粉末粒度為1.25~75|im。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末的制備方法，其 特征在于該方法包括以下步驟(1) 將粘結(jié)相粉末與硬質(zhì)相粉末置于球磨罐中，球磨混料得到混勻的粉 末；(2) 將混勻的粉末制粒；(3) 將制粒后粉末真空燒結(jié)，燒結(jié)后按產(chǎn)品粒度要求進(jìn)行篩分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述制粒方法為噴 霧干燥。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于所述制粒方法為團(tuán) 聚制粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末及制備方法，該種無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末是以鎳鉬合金粉或鎳鉻鉬合金粉為粘結(jié)相，以碳化鎢或碳化鉻或碳化鎢與碳化鉻的混合物為硬質(zhì)相，經(jīng)團(tuán)聚或噴霧干燥制粒后燒結(jié)而成。采用以上無(wú)磁硬質(zhì)合金粉末經(jīng)熱噴涂工藝可制備無(wú)磁硬質(zhì)合金涂層，也可采用粉末冶金方法制成無(wú)磁硬質(zhì)合金零部件。
文檔編號(hào)C22C19/03GK101514422SQ20091011931
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者爽 宋 申請(qǐng)人:爽 宋