一種耐磨鎢合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種合金，具體的說是一種耐磨鎢合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國鎢資源豐富，儲(chǔ)量和鎢產(chǎn)品的消費(fèi)量在世界上雄居第一位，同時(shí)，鎢也是我國的戰(zhàn)略資源。然而，鎢高端制品的生產(chǎn)技術(shù)卻長期被國外所壟斷，尤其是用于高溫耐磨環(huán)境的鎢陀螺儀轉(zhuǎn)子、飛機(jī)控制舵平衡錘等，我國主要依賴進(jìn)口。國內(nèi)仿制品由于熱穩(wěn)定性差、耐磨損性能低、服役時(shí)間短，導(dǎo)致應(yīng)用推廣受到限制。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于各種高端航空、航天、高速切削機(jī)床等高技術(shù)設(shè)備器件的性能要求日益苛刻，而鎢作為此類設(shè)備關(guān)鍵部件的一種制備材料，其性能優(yōu)劣將直接影響設(shè)備器件的應(yīng)用。
[0003]氧化物顆粒彌散強(qiáng)化合金是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)材料。近些年來，氧化物顆粒彌散強(qiáng)化合金雖取得了一些進(jìn)展，卻仍然存在一定的問題，主要體現(xiàn)在氧化物顆粒尺寸方面，尤其是燒結(jié)過程中氧化物顆粒會(huì)顯著長大，影響了合金高溫性能的提高。晶粒細(xì)化技術(shù)作為改善氧化物顆粒彌散強(qiáng)化合金性能的重要手段，一直是氧化物顆粒彌散強(qiáng)化合金應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。
[0004]機(jī)械合金化是一種材料制備新技術(shù)，它是將一種或幾種金屬粉末在球磨機(jī)中長時(shí)間高能球磨，金屬或合金粉末在承受沖擊、壓縮、摩擦、剪切等作用力下，不斷被細(xì)化，大致經(jīng)歷扁平化、冷焊合、合金成分均勻化等一系列過程，從而實(shí)現(xiàn)粉末顆粒細(xì)小均勻并合金化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為解決上述技術(shù)問題的不足，提供一種耐磨鎢合金及其制備方法，通過添加高溫耐磨陶瓷相，制備一種新的高溫耐磨鎢合金，改善鎢部件的性能，從而具備更長的服役時(shí)間。
[0006]—種耐磨鎢合金，氧化鋁和鎢的晶粒都非常細(xì)小，鎢晶粒為0.5?2.1微米，氧化鋁晶粒為50?200納米。
[0007]所述耐磨鎢合金的制備方法，包括如下步驟:
步驟一、按照重量百分比為硝酸鋁21.75?34.36%，偏鎢酸銨25.04?35.66%，檸檬酸40.60?42.59%,稱取硝酸鋁、檸檬酸和偏鎢酸銨;分別在硝酸鋁、檸檬酸和偏鎢酸銨中加水配成硝酸鋁水溶液、檸檬酸水溶液和偏鎢酸銨水溶液;其中水的添加量為使硝酸鋁、檸檬酸或偏鎢酸銨完全溶解為止;將所配硝酸鋁水溶液、檸檬酸水溶液和偏鎢酸銨水溶液混合均勻得到混合溶液;將所得混合溶液的PH值調(diào)節(jié)為0.9-2.0，進(jìn)行溶膠-凝膠化，得到凝膠；將所得凝膠進(jìn)行烘干，焙燒后得到A1203/W03混合粉末，備用；
步驟二、將Al203/W03混合粉末先在500?600 °C氫氣還原反應(yīng)3?4小時(shí)，再在860?9000C氫氣還原反應(yīng)5?6小時(shí)，得到Ah03/W混合粉末，備用；
步驟三、在A1203/W混合粉末中加入混合粉末重量0.5?6%的硬脂酸或無水乙醇后，使用行星式球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨，磨球直徑10mm，球料比為4:1?8:1，轉(zhuǎn)速200?400r/min，球磨時(shí)間24?48h，得到球磨后的A1203/W混合粉末，備用；
步驟四、將球磨后的A1203/W混合粉末壓制成坯料后，所得坯料在氫氣氣氛下1500?1700 °C燒結(jié)5?1小時(shí)，得到鎢合金。
[0008]步驟一中所述溶膠-凝膠化的方法為，將混合溶液置于水溫90°C的水浴鍋中放置
6-8ho
[0009]步驟一中所述烘干為，將所得凝膠置于110°C烘干24_32h。
[0010]步驟一中所述焙燒為，將烘干后凝膠置于580°C下焙燒7小時(shí)。
[0011]步驟四中所述將球磨后的A1203/W混合粉末壓制成型的方法為，將球磨后的Al2O3/W混合粉末在350MPa壓力下冷等靜壓，保壓5分鐘壓制成坯料。
[0012]步驟四中所述燒結(jié)為在中頻感應(yīng)燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。
[0013]有益效果是:
1、本發(fā)明耐磨鎢合金的制備方法中，采用硝酸鋁溶液與偏鎢酸銨粉末的液相混合，硝酸鋁和偏鎢酸銨成分在焙燒過程中首先受熱分解成氧化鋁和氧化鎢，保證了氧化鋁與鎢的均勻混合;此外，對(duì)混合粉末在氫氣還原后進(jìn)行高能球磨細(xì)化，是由于在研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過凝膠細(xì)化后的氧化鎢顆粒在氫氣還原過程中會(huì)發(fā)生一定的吸附聚集，這也同時(shí)影響氧化鋁顆粒，因此采用球磨這一機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，將這些吸附聚集的顆粒打碎，并且使鎢顆粒和氧化鋁顆粒進(jìn)一步得到細(xì)化，從而防止了鎢顆粒和氧化鋁的聚集長大。
[0014]2、本發(fā)明所制備的鎢合金中，氧化鋁顆粒非常細(xì)小且均勻分散于鎢基體的晶界和晶內(nèi)，兩者結(jié)合力得以提高；而且該合金中含有的一定含量氧化鋁的陶瓷相可作為高溫抗磨相，滿足了鎢合金高溫抗磨的要求，提高了鎢合金的實(shí)用性，從而滿足相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域?qū)︽u合金性能的較高要求。
[0015]3、本發(fā)明所制備的鎢合金中，氧化鋁和鎢的晶粒都非常細(xì)小，鎢晶粒為0.5?2.1微米，氧化鋁晶粒為50?200納米。本發(fā)明所制備鎢合金的再結(jié)晶溫度可以達(dá)到1600°C左右。相對(duì)純鎢材料，顯微硬度提高3?20%，高溫耐磨性能提高了5?15%。
【具體實(shí)施方式】
[0016]一種耐磨鎢合金，氧化鋁和鎢的晶粒都非常細(xì)小，鎢晶粒為0.5?2.1微米，氧化鋁晶粒為50?200納米。
[0017]所述耐磨鎢合金的制備方法，包括如下步驟:
步驟一、按照重量百分比為硝酸鋁21.75?34.36%，偏鎢酸銨25.04?35.66%，檸檬酸40.60?42.59%,稱取硝酸鋁、檸檬酸和偏鎢酸銨;分別在硝酸鋁、檸檬酸和偏鎢酸銨中加水配成硝酸鋁水溶液、檸檬酸水溶液和偏鎢酸銨水溶液;其中水的添加量為使硝酸鋁、檸檬酸或偏鎢酸銨完全溶解為止;將所配硝酸鋁水溶液、檸檬酸水溶液和偏鎢酸銨水溶液混合均勻得到混合溶液;將所得混合溶液的PH值調(diào)節(jié)為0.9-2.0，進(jìn)行溶膠-凝膠化，得到凝膠；將所得凝膠進(jìn)行烘干，焙燒后得到A1203/W03混合粉末，備用；
步驟二、將A1203/W03混合粉末先在500?600 °C氫氣還原反應(yīng)3?4小時(shí)，再在860?900°C氫氣還原反應(yīng)5?6小時(shí)，得到AI2O3/W混合粉末，備用；
步驟三、在A1203/W混合粉末中加入混合粉末重量0.5?6%的硬脂酸或無水乙醇后，使用行星式球磨機(jī)進(jìn)行高能球磨，磨球直徑10mm，球料比為4:1?8:1，轉(zhuǎn)速200?400r/min，球磨時(shí)間24?48h，得到球磨后的A1203/W混合粉末，備用；
步驟四、將球磨后的A1203/W混合粉末壓制成坯料后，所得坯料在氫氣氣氛下1500?1700 °C燒結(jié)5?1小時(shí)，得到鎢合金。
[0018]步驟一中所述溶膠-凝膠化的方法為，將混合溶液置于水溫90°C的水浴鍋中放置
6-8ho
[0019]步驟一中所述烘干為，將所得凝膠置于110°C烘干24_32h。
[0020]步驟一中所述焙燒為，將烘干后凝膠置于580°C下焙燒7小時(shí)。
[0021]步驟四中所述將球磨后的A1203/W混合粉末壓制成型的方法為，將球磨后的Al2O3/W混合粉末在350MPa壓力下冷等靜壓，保壓5分鐘壓制成坯料。
[0022]步驟四中所述燒結(jié)為在中頻感應(yīng)燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)。
[0023]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明耐磨鎢合金的制備方法進(jìn)行具體說明，但這并不限定本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0024]實(shí)施例1
本實(shí)施例制備的鎢合金采用原料各組分的重量百分比為:硝酸鋁21.75%，偏鎢酸銨35.66%，檸檬酸42.59%。
[0025]本實(shí)施例鎢合金的制備方法包括以下步驟:
1)根據(jù)上述重量百分比稱取硝酸鋁、偏鎢酸銨和檸檬酸粉末，分別加水配成溶液，再將三種溶液混合均勻，用氨水調(diào)節(jié)其PH值至0.9，置于水溫90°C的水浴鍋中放置6h，使之溶膠-凝膠化，然后在110°C烘干24h得到干凝膠，再將干凝膠在580°C下焙燒7h，得到A1203/W混合粉末；
2)將A1203/W混合粉末在500°C下氫氣還原3小時(shí)把混合粉末中的三氧化鎢還原為二氧化鎢，再在900 °C下氫氣還原5小時(shí)把混合粉末中的二氧化鎢還原為鎢粉；
3)往還原后的A1203/W混合粉末中添加混合粉末重量1.5%的硬脂酸，在行星式球磨機(jī)上，用不銹鋼罐和直徑為1mm的磨球、轉(zhuǎn)速200r/min、球料比6:1條件下球磨24h;
4)把球磨后的混合粉末在35