[发明专利]一种高比重钨基合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属注射成型的合金技术领域，尤其是一种金属注射成型的高比重钨基合金及其制备方法。

背景技术

钨合金材料以其密度大、导热性能好及射线吸收能力强等优点，被广泛应用在通信产品领域。高比重钨基合金主要是有镍、铁、钴、铜、铬等元素组成。现有的制备钨基合金材料的方法通常是粉末注射成型。

目前，利用蜡基体系制作粉末注射成型（MIM）的高比重产品是比较成熟的工艺，但利用蜡基体系制作出的产品，稳定性差，容易变形，而且制作周期长。塑基体系已经被广泛应用于MIM不锈钢产品的制作，但在钨基高比重产品的制作中还处于测试阶段。

主要的难点在于：

1.混料过程粉末表面被氧化，影响烧结的致密性；

2.混炼过程中羰基镍粉和羰基铁粉易燃；

3.催化脱脂炉在脱脂时，浓硝酸使产品表面氧化，表面形成氧化膜，导致产品烧结不彻底，影响产品的致密度；

现有技术中为避免表面氧化对烧结的影响，通常用钼式烧结炉通氢气烧结，设备成本高，维护成本也较高；在制作比重10-16g/cm³钨镍铁合金时，镍铁含量较高，烧结后产品的机械性能偏低。

发明内容

本发明的目的是提供了一种高比重、稳定性好，不易变形的钨基合金及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高比重钨基合金的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料：按一定的重量比称取钨、镍、铁金属粉末混合，得到混合物A；

（2）干磨：将混合物A干磨，混合均匀；

（3）混炼造粒：将经过步骤（2）处理的混合物A在氮气保护下并以10-15转/min的速度搅拌，在200-210℃条件下预热20-25min后；升温并添加塑胶辅料和聚甲醛树脂（POM），然后升温至230-240℃后，保温5-10min，POM熔化后放下压合盖板进行密炼，同时开始降温，降温至200-210℃后继续密炼10-15min至物料表面均匀光滑，再降温至180-190℃后通过螺杆挤出并切成粒料；

（4）注塑：物料经模具型腔中挤出成型；

（5）脱脂；用硝酸催化脱脂。

（6）烧结：在石墨炉或钼式炉中真空烧结。

优选地，所述的钨金属占合金总重量的20-96.5%，镍金属占合金总重量的0.25-40%；铁金属占合金总重量的0.1-40%。

优选地，所述的镍金属与铁金属的重量比为4:6-7:3。

优选地，步骤（2）中干磨的速度为20-30转/min，时间为4-8h。

优选地，所述的塑胶辅料包括HDPE（高密度聚乙烯）、 EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）、蜡和SA（硬脂酸）。

优选地，聚甲醛树脂与塑胶辅料的重量比为88:12-84:16，其中，塑胶辅料中HDPE:EVA:蜡:SA的重量比为7:2:2:1，聚甲醛树脂与塑胶辅料的总添加量为金属粉末重量的8%-12%。

优选地，步骤（4）所使用的注塑机需采用粉末冶金专用螺杆，其注塑时炮筒的温度设定在160-200℃，射胶压力为80-130Bar，射胶速度在35%-70%。

优选地，步骤（5）的脱脂为催化脱脂，分三步进行，第一步：用氮气冲洗炉腔，将炉腔内的空气排除干净；第二步，将纯硝酸气雾化后通入炉腔内，使其与产品中的聚甲醛树脂产生化学反应，将MIM注塑坯中85%以上的聚甲醛树脂分解为甲醛气体排出；第三步：用氮气冲洗炉腔，将炉腔内残留的酸雾冲洗干净。

优选地，步骤（6）中烧结炉的极限真空度≤0.1Pa。烧结分为三个阶段：第一阶段，在800℃以下，脱脂后产品坯料中残留的聚甲醛树脂和塑胶辅料在高温下气化排出；第二阶段，在800-1420℃时，坯料中的镍金属和铁金属在高温下形成液相，将钨金属融入其中，烧结成型；第三阶段，将炉内温度冷却至70℃以下后将产品取出。烧结时间为23-26h。

一种高比重钨基合金，包括以下按重量比计的原料：

钨粉末 20-96.5%

镍粉末 0.25-40%

铁粉末 0.1-40%

优选地，所述的镍金属与铁金属的重量比为4:6-7:3。