一種高密度飛塊的鎢合金配方及其低溫?zé)Y(jié)制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鎢基高密度合金配方，尤其是鎢基高密度合金中的W-Ni-Mn系合 金配方，更確切地的說是一種高密度飛塊的鎢合金配方及其低溫?zé)Y(jié)制備方法。屬于鎢合 金材料及制備技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】 鎢基高密度合金（Tungsten Heavy Alloys，WHAs)也被稱作"高密度合金"或"鎢基重 合金"，它是一種以鎢為硬質(zhì)相，以鎳、銅或鎳、鐵等為黏結(jié)相構(gòu)成的復(fù)合材料。鎢基高密度 合金具有密度高、強(qiáng)度高、延性好、韌性好、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異特性，被廣泛的應(yīng)用 在信息、能源、冶金、航空航天、國防軍工和核工業(yè)等領(lǐng)域。
[0003] 飛塊是工程機(jī)械發(fā)動機(jī)分配泵調(diào)速控制器中的一個關(guān)鍵零件。在工作時，四只 飛塊同時由飛塊座帶動作高速旋轉(zhuǎn)，在不同轉(zhuǎn)速下飛塊張開角度不同，改變油量調(diào)節(jié)桿的 位置，從而調(diào)節(jié)油量以控制發(fā)動機(jī)速度，保證柴油發(fā)動機(jī)：（1)穩(wěn)定在怠速轉(zhuǎn)動時的最低轉(zhuǎn) 速，使發(fā)動機(jī)不熄火。（2)限制柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，防止飛車。飛塊是發(fā)動機(jī)中一個致關(guān)重 要的部件。
[0004] 從飛塊的工作狀況來看，飛塊既要有高的密度和一致的質(zhì)量，高的力學(xué)性能又要 有高的尺寸精度和低的表面粗糙度，才能確保油泵仍至整個發(fā)動機(jī)的正常工作。由于飛塊 形狀復(fù)雜、技術(shù)要求高，長期以來一直依賴進(jìn)口。
[0005] 鎢基高密度合金的主要成分是鎢，此外還必須添加一些黏結(jié)金屬，以起到液相燒 結(jié)的作用。根據(jù)添加的黏結(jié)金屬來分類，可分為W-Ni-Fe高密度合金，W-Ni-Cu高密度合金， W-Ni-Co高密度合金和W-Ni-Mn高密度合金等。
[0006] 對于W-Ni-Fe系高密度合金，當(dāng)《 (Ni) /? (Fe) =7/3時，形成液相的溫度最低，為 1435°C ;對于W-Ni-Co系高密度合金，當(dāng)Co的含量為0時，形成液相的溫度最低，此時液相 生成溫度即為Ni的熔點(diǎn)1455°C，隨著Co含量的增加，液相生成溫度提高；對于W-Ni-Cu系 高密度合金，其Ni-Cu二元是完全固溶體系，當(dāng)《 (Ni)/? (Cu)=4/6時，液相生成溫度至少 為1250°C以上；而對于W-Ni-Mn系高密度合金，當(dāng)《 (Ni) / ? (Mn) =4/6時，Ni與Mn結(jié)合形 成黏結(jié)相的液相生成的熔點(diǎn)約為l〇14°C，與Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cu作為黏結(jié)相比，其液相生 成溫度大大降低。
[0007] 常規(guī)的以鎢為基，Ni、Fe、Cu等為黏結(jié)相的鎢基高密度合金的燒結(jié)溫度高，對燒結(jié) 爐的要求高，且對燒結(jié)爐的損害嚴(yán)重，從而縮短了其使用壽命。而Mn與Ni結(jié)合形成黏結(jié)相 的液相生成的熔點(diǎn)約為1040°C，不僅可以減少對燒結(jié)爐的損傷，還可以在很大的程度上節(jié) 約燒結(jié)成本。
[0008]目前飛塊生產(chǎn)的主要是鐵基粉末冶金制品，由于鐵的密度只有7. 86g/cm3,其粉末 冶金飛塊的密度最多不超過鐵的密度。因而生產(chǎn)的鐵基飛塊密度不高，無法完全滿足飛塊 高密度的要求。而鎢的密度高達(dá)19. 3g/cm3,是鐵的兩倍多，用來生產(chǎn)高密度飛塊具有很廣 闊的前景。
[0009] 目前，國內(nèi)外關(guān)于鎢基高密度合金的應(yīng)用已有很多報(bào)道，如申請?zhí)枮?US19970874360的美國專利，發(fā)現(xiàn)了 W-Ni-Mn系高密度合金在絕熱剪切帶方面的應(yīng)用，還發(fā) 現(xiàn)W-Ni-Mn系高密度合金可以替代目前的鐵基粉末冶金制品。但運(yùn)用這種成分獲得的高密 度合金主要是針對其在絕熱剪切帶方面的應(yīng)用。由于其燒結(jié)溫度仍然較高，且粉末的成形 性不好，應(yīng)用到復(fù)雜形狀飛塊仍存在一定問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種鎢基高密度合金配方，尤其是鎢基高密度合金中的 W-Ni-Mn系合金配方，更確切地的說是一種低溫?zé)Y(jié)制備高密度飛塊的鎢基高密度合金配 方。利用該配方，可以生產(chǎn)制備出復(fù)雜形狀的高密度飛塊，生產(chǎn)的飛塊具有密度大，硬度高， 實(shí)際使用效果好等優(yōu)點(diǎn)。
[0011] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)為： 一種高密度飛塊的鎢合金配方，所述鎢合金屬于鎢基高密度合金中的W-Ni-Mn系，具 體包括以下組份，各組份的質(zhì)量比為：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :3-5 :3-5: 0? 5-1. 5 :0-1 :1。
[0012] 其中，W粉中粗W粉占60%，細(xì)W粉占40%，兩者的粒度分別為200目和100目。
[0013]最優(yōu)方案為 W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :4 :4 :0. 5 :0. 5 :1。
[0014] 上述高密度飛塊的低溫?zé)Y(jié)制備方法，按下述方法制備： 第一步，將原料粉末加入反應(yīng)器，加入研磨介質(zhì)及鋼球，混合攪拌； 第二步，揮發(fā)研磨介質(zhì)，將混合后的粉末放到事先涂抹潤滑劑的模具中，高壓壓制； 第三步，對壓制后的飛塊進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為ii〇(Ti2〇(rc，燒結(jié)時間為 2~3h，即制得高密度飛塊。
[0015] 其中，第一步中研磨介質(zhì)選用乙醇，球料比為3:1，混合時間為12小時。
[0016] 第二步中潤滑劑選用硬脂酸鋅和酒精的混合溶液，高壓壓力為200MPa。
[0017] 第三步中燒結(jié)溫度為1120°C，燒結(jié)時間為2h。
[0018] 本發(fā)明專利與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)為： (1) 采用不同粒度的鎢粉和多種合金元素相配合可以改善粉末的成形性能，多種合金 元素還有利于活化燒結(jié)，其中1%的Sn粉可將燒結(jié)溫度降低200°C左右。 (2) 采用正交設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)研究了不同配比對高密度合金性能的影響，所得出的高性 價(jià)比配比可靠全面，具有代表意義。（3)總的來說，該配方具有燒結(jié)溫度低，燒結(jié)致密性好， 燒結(jié)飛塊成品密度高，硬度高，總體質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的相對密度分析圖。
[0021] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的布氏硬度分析圖。
[0022] 圖3是本發(fā)明制備的高密度飛塊的實(shí)物圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明包含以下內(nèi)容，但并不僅限于以下 內(nèi)容。
[0024] 實(shí)施例1 一種高密度飛塊的低溫?zé)Y(jié)制備方法，按下述方法制備： 第一步，將原料粉末加入反應(yīng)器，加入研磨介質(zhì)乙醇及鋼球，混合攪拌，球料比為3:1， 混合時間為12小時。
[0025] 第二步，冷風(fēng)揮發(fā)乙醇，將混合后的粉末放到事先涂抹潤滑劑的模具中，高壓 200MPa壓制，所述潤滑劑選用硬脂酸鋅和酒精的混合溶液； 第三步，對壓制后的飛塊進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1120°C，燒結(jié)時間為2h，即制 得高密度飛塊。
[0026] 上述高密度飛塊的鎢合金屬于鎢基高密度合金中的W-Ni-Mn系，具體包括以下組 份，各組份的質(zhì)量比為：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :3-5 :3-5 :0. 5-1. 5 :0-1 : 1〇
[0027] 其中，W粉中粗W粉占60%，細(xì)W粉占40%，兩者的粒度分別為200目和100目。
[0028]最優(yōu)方案為 W 粉：Ni 粉：Mn 粉：Cu 粉：Co粉：Sn 粉=90 :4 :4 :0. 5 :0. 5 :1。
[0029] 表1給出了本發(fā)明了幾個優(yōu)選實(shí)例，其中W的質(zhì)量均為90g，Sn的質(zhì)量均為lg。所 有實(shí)例均是按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)的，制備方法如實(shí)施例1所述： 表1高密度飛塊試驗(yàn)結(jié)果_
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高密度飛塊的鎢合金配方，其特征在于：所述鎢合金屬于鎢基高密度合金中的 W-Ni-Mn系，具體包括以下組份,各組份的質(zhì)量比為：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉 =90 :3-5 :3-5 :0? 5-1. 5 :0-1 :1。
2. 按權(quán)利要求1所述的鎢合金配方，其特征在于：W粉中粗W粉占60%，細(xì)W粉占40%， 兩者的粒度分別為200目和100目。
3. 按權(quán)利要求1所述的鎢合金配方，其特征在于：最優(yōu)方案為W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉： Co 粉：Sn 粉=90 :4 :4 :0? 5 :0? 5 :1。
4. 一種如權(quán)利要求1所述高密度飛塊的低溫?zé)Y(jié)制備方法，其特征在于按下述方法制 備： 第一步，將原料粉末加入反應(yīng)器，加入研磨介質(zhì)及鋼球，混合攪拌； 第二步，揮發(fā)研磨介質(zhì)，將混合后的粉末放到事先涂抹潤滑劑的模具中，高壓壓制； 第三步，對壓制后的飛塊進(jìn)行氫氣氣氛燒結(jié)，燒結(jié)溫度為ii〇(Ti2〇(rc，燒結(jié)時間為 2~3h，即制得高密度飛塊。
5. 按權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：第一步中研磨介質(zhì)選用乙醇，球料比為 3:1，混合時間為12小時。
6. 按權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：第二步中潤滑劑選用硬脂酸鋅和酒精 的混合溶液，高壓壓力為200MPa。
7. 按權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：第三步中燒結(jié)溫度為1120°C，燒結(jié)時間 為2h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高密度飛塊的鎢合金配方及其低溫?zé)Y(jié)制備方法。配方包括以下組份，各組份的質(zhì)量百分比為：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90：3-5：3-5：0.5-1.5：0-1：1，其中粗W粉占60%，細(xì)W粉占40%。其中最優(yōu)配比為90W-4Ni-4Mn-0.5Cu-0.5Co-1Sn。其制備方法為在氫氣氣氛中1120℃燒結(jié)2h。本發(fā)明與其它發(fā)明專利對比的優(yōu)勢：采用不同粒度的鎢粉和多種合金元素相配合可以改善粉末的成形性能，多種合金元素還有利于活化燒結(jié)，其中1%的Sn粉可將燒結(jié)溫度降低200℃左右。采用正交設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)研究了不同配比對高密度合金性能的影響，所得出的高性價(jià)比配比可靠全面，具有代表意義?？偟膩碚f，該配方及制備方法制備的飛塊具有燒結(jié)溫度低，燒結(jié)致密性好，總體質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C22C27-04, B22F3-16, C22C1-04, B22F1-00
【公開號】CN104745907
【申請?zhí)枴緾N201310734441
【發(fā)明人】王廣, 范李鵬, 申小平, 李蓉, 賀萍
【申請人】南京理工大學(xué), 南京理工金寧粉末冶金有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月27日