專利名稱：一種高比重合金的凝膠注模成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種凝膠注模制備高固相含
量、性能優(yōu)良、復(fù)雜形狀的高比重合金制品的方法。
背景技術(shù)：
高比重合金是指以鎢為基體加入鎳、鐵、銅或其他合金元素，比重在17.0 18.5g/cm3之間。由于具有密度大、強(qiáng)度和硬度高、吸收X射線或Y射線能力強(qiáng)、抗腐蝕和 抗氧化性高、導(dǎo)電性好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，常用作屏蔽材料、觸點(diǎn)材料和穿甲彈材料，廣 泛應(yīng)用于航空航天、能源、軍事、機(jī)械和冶金等領(lǐng)域。 目前高比重鎢合金主要有W-Ni-Cu和W-Ni-Fe兩個系列，其中W_Ni_Cu系一般含 鎢90 95%，鎳銅含量比多為3 : 2。銅可降低鎳粘結(jié)相的熔點(diǎn)和改善合金的燒結(jié)性能。 W-Ni-Fe系一般含鎢90 98X，鎳鐵含量比多為7 : 3或1 : 1，該類合金可進(jìn)行熱處理和 塑性加工。在上述兩類合金的基礎(chǔ)上，還可加入鉬、鉻、鈷、鈮、鉬、釕、鈀和金屬氧化物(或 金屬纖維)等，以改善合金的工藝性能、耐蝕性能和力學(xué)性能。 高比重鎢合金通常采用傳統(tǒng)的粉末冶金模壓-燒結(jié)工藝制備，經(jīng)混料、壓制獲得 壓坯，再通過熱等靜壓、輻射加熱或感應(yīng)燒結(jié)使合金致密化后得到高比重合金零件。但是對 于尺寸公差要求高或形狀復(fù)雜的高比重合金制件，模壓成型很難實(shí)現(xiàn)。此外，傳統(tǒng)方法難以 控制裝料量、壓坯各部分密度不均勻，燒結(jié)收縮后，制件形狀難以控制，使制件重量、尺寸的 分散度高，而且生產(chǎn)率低。生產(chǎn)尺寸精度高、形狀復(fù)雜的高比重合金制件通常采用注射成型 工藝。然而由于粘結(jié)劑及脫脂的影響，目前只能成形形狀相對較復(fù)雜、厚度(或直徑)較小 的(10mm)的零部件。大厚度件或其它形狀更復(fù)雜的大尺寸、截面變化的零部件發(fā)展受到限 制。對于截面變化大、直徑很大0 80mm)、環(huán)厚度和寬度都很小的大尺寸變化的零件和直 徑較大的鎢合金穿甲彈彈芯(大于20mm)，采用目前的粉末注射成形技術(shù)制備非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本制備組織均勻、形狀復(fù)雜、力學(xué)性能優(yōu)異的高 比重合金的方法，改善性能并降低成本。 —種高比重合金的凝膠注模成型方法，其特征在于成型工藝采用凝膠注模成型方 法，具體工藝如下 (1)將鴇、鎳、鐵、銅、鉬等金屬粉末按配比稱重，配成W-Ni-Cu系合金或W-Ni-Fe
系合金，球磨1 20小時使其混合均勻；其中W-Ni-Cu系合金中合金質(zhì)量百分比為W85
98%， Nil. 35 10%， CuO. 6 3%， Mo 0. 05 2%。 W-Ni-Fe系合金中合金質(zhì)量百分比
為W85 98%， Ni 1. 35 10%， Fe 0. 6 2. 5%， Mo 0. 05 2. 5%。 (2)凝膠體系配制將單體及交聯(lián)劑以質(zhì)量比(1 250) : l混合，并將該混合物
溶于去離子水制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 55%的均一穩(wěn)定的凝膠體系溶液； (3)將稱好的合金粉末加入凝膠體系溶液中，并加入合金粉體積0.01 5%的分散劑，在球磨罐中球磨2 10小時，球磨速度在20 100轉(zhuǎn)/分，制成流動性良好的漿料， 放入真空環(huán)境中排氣5 60分鐘； (4)在模具內(nèi)壁涂薄薄一層脫模劑異辛醇或凡士林，量取單體質(zhì)量0. 02 2%的 催化劑和單體質(zhì)量0. 02 5%引發(fā)劑加入漿料中，攪拌均勻后注入模具，在20 7(TC下固 化20 180分鐘，脫模修坯后在20 70。C下干燥30 120小時； (5)將干燥過的坯體在保護(hù)氣氛中或真空中1100 155(TC下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié) 時間0. 5 3小時，得到物理-機(jī)械性能、尺寸、密度均勻的合格的高比重合金制件。
鎢、鉬、鎳、鐵、銅金屬粉末平均粒度為1 100微米。 凝膠體系所用單體為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N， N'-亞甲基雙丙烯 酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸酯。 所述分散劑為Solsperse-6000超分散劑或油酸或聚丙烯酸鹽，催化劑為N， N， N' ，N'-四甲基乙二胺，引發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀。 本發(fā)明的原理如下采用水基凝膠體系對高比重合金進(jìn)行凝膠注模成形。首先將 將單體丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺、交聯(lián)劑N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺與去離子水配制成一 定濃度的預(yù)混液，將鎢、鉬、鎳、鐵、銅等金屬粉末按照合金成分配比在高能球磨機(jī)混料后的 粉末加入預(yù)混液中，加入復(fù)合分散劑使合金粉末懸浮于其中制成高固相含量的漿料，適當(dāng) 調(diào)節(jié)pH后在球磨罐中混料。 一定時間后分離出流動性良好的漿料，加入適量催化劑N， N， N' ，N'-四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨攪拌均勻，經(jīng)排氣后注入模具中，待單體發(fā)生聚 合反應(yīng)固化成坯體。坯體在真空條件或保護(hù)氣氛下干燥、排膠、高溫?zé)Y(jié)得到合格的高比重 合金產(chǎn)品，如圖1。由于凝膠漿料為流體能均勻填充復(fù)雜形狀模腔，坯體的各部位密度均勻， 燒結(jié)時產(chǎn)生均勻收縮，故能很好控制制件形狀及尺寸。 在本發(fā)明中，采用水基丙烯酰胺體系凝膠注模成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)性能均一、尺寸精度 高的高比重合金的成形；一方面由于成型坯體中有機(jī)物含量低，不需要專門的脫脂工序。另 一方面采用凝膠注模成形技術(shù)解決了尺寸精度高、復(fù)雜形狀成形困難的問題，此外該方法 模具成本很低，生產(chǎn)效率高。 本發(fā)明工藝成型高比重合金制件的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)能生產(chǎn)傳統(tǒng)方法難以成形或不能成形的尺寸較大、形狀更復(fù)雜的高比重合金 制件。
(2)合金制件性能一致，重量分散度小、尺寸精度高，并且成品率高。
(3)該技術(shù)不需要復(fù)雜設(shè)備、不需專門脫脂工序，工藝簡單，使生產(chǎn)成本大幅降低。


圖1為本發(fā)明凝膠注模成形高比重合金的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1 :超重合金W-Ni-Cu系凝膠注模成型 1、按超重合金W-Ni-Cu系配方分別將-500目的鎢粉、鎳粉、銅粉和鉬粉(W 85 98%， Nil. 35 10%， Cu 0.6 3%，Mo 0.05 2% )進(jìn)行球磨混料6h后，稱取1. 7kg的 混合合金粉待用。。
2、稱取的24.7g單體丙烯酰胺、0.27g交聯(lián)劑N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺溶于 115ml去離子水中，并加入第1步中的混合合金粉，攪拌均勻； 3、量取0. 7ml的分散劑油酸和0. 2ml自制分散劑加入第2步溶液中，攪拌均勻，球 磨7. 5h后制成流動性適中的漿料，并在真空下將漿料排氣25min ; 4、量取0.8ml催化劑N，N，N' ，N' _四甲基乙二胺和lml引發(fā)劑過硫酸銨，加入 第3步槳料中，攪拌均勻。 5、把漿料緩慢注入所需特定形狀的模具中，使其固化成型得到高比重合金部件毛 坯； 6、將第5步的坯體修坯后置入6(TC恒溫的真空干燥箱內(nèi)干燥60h ; 7、將干燥后的鎢合金坯體在真空度2.5X10—乍a，溫度135(TC下燒結(jié)，獲得
W-Ni-Cu超重合金制件。 實(shí)施例2 :超重合金W-Ni-Fe系配重環(huán)凝膠注模成型 1、按超重合金W-Ni-Fe系配方分別將650目的鎢粉、鎳粉、鐵粉(W 85 98%， Nil. 35 10%， Fe 0. 6 2. 5%， Mo 0. 05 2. 5% )進(jìn)行球磨混料10h后，稱取3. 4kg的
混合合金粉待用。 2、稱取的45.4g單體丙烯酰胺、0.55g交聯(lián)劑N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺溶于 276ml去離子水中，并加入第1步中的混合合金粉，攪拌均勻； 3、量取2. 9ml的分散劑油酸加入第2步溶液中，攪拌均勻，球磨7h后制成流動性 適中的漿料，并在真空下將漿料排氣35min以便排除殘余氣泡； 4、量取2ml催化劑N，N，N' ，N'-四甲基乙二胺和3. 2ml引發(fā)劑過硫酸銨(保證 有足夠注模時間)，加入第3步漿料中，攪拌均勻。 5、把漿料緩慢注入配中環(huán)系列模具中，使其固化成型得到高比重合金配重環(huán)零件
毛坯，并在室溫下放置10h保證配重環(huán)形狀的同心度和尺寸精度； 6、將第5步的配重環(huán)坯體修坯后置入75°。恒溫的真空干燥箱內(nèi)干燥72h ; 7、將干燥后的高比重合金坯體在真空度1. 2X10—乍a，溫度140(TC下燒結(jié)，獲得最
終W-Ni-Fe高比重合金配重環(huán)，其中尺寸精度< 0. 3%，重量分散度±0. 8%。
權(quán)利要求
一種高比重合金的凝膠注模成型方法，其特征包括以下步驟(1)將鎢、鎳、鐵、銅、鉬金屬粉末按配比稱重，配成W-Ni-Cu系合金或W-Ni-Fe系合金，球磨1～20小時使其混合均勻；其中W-Ni-Cu系合金中合金質(zhì)量百分比為W 85～98％，Ni1.35～10％，Cu 0.6～3％，Mo 0.05～2％。W-Ni-Fe系合金中合金質(zhì)量百分比為W 85～98％，Ni1.35～10％，F(xiàn)e 0.6～2.5％，Mo 0.05～2.5％；(2)凝膠體系配制將單體及交聯(lián)劑以質(zhì)量比(1～250)∶1混合，并將該混合物溶于去離子水制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～55％的均一穩(wěn)定的凝膠體系溶液；(3)將稱好的合金粉末加入凝膠體系溶液中，并加入合金粉體積0.01～5％的分散劑，在球磨罐中球磨2～10小時，球磨速度在20～100轉(zhuǎn)/分，制成流動性良好的漿料，放入真空環(huán)境中排氣5～60分鐘；(4)量取單體質(zhì)量0.02～2％的催化劑和單體質(zhì)量0.02～5％引發(fā)劑加入漿料中，攪拌均勻后注入模具，在20～70℃下固化20～180分鐘，脫模修坯后在20～70℃下干燥30～120小時；(5)將干燥過的坯體在保護(hù)氣氛中或真空中1100～1550℃下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)時間0.5～3小時，得到物理-機(jī)械性能、尺寸、密度均勻的合格的高比重合金制件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述高比重合金的凝膠注模成型方法，其特征在于鎢、鉬、鎳、鐵、銅 金屬粉末平均粒度為1 100微米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高比重合金的凝膠注模成型方法，其特征在于凝膠體系所用 單體為丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙 烯酸酯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高比重合金的凝膠注模成型方法，其特征在于所述分散劑為 Solsperse-6000超分散劑或油酸或聚丙烯酸鹽，催化劑為N， N， N' ， N' _四甲基乙二胺， 弓I發(fā)劑為過硫酸銨或過硫酸鉀。
全文摘要
一種高比重合金的凝膠注模成型方法，屬于粉末冶金領(lǐng)域。其特征是首先將平均粒度為1～100微米的原料鎢、鎳、鐵、銅、鉬等金屬粉末按配比稱重，球磨1～20小時使其混合均勻。然后將單體和交聯(lián)劑以質(zhì)量比(1～250)∶1混合，溶于去離子水后得到10～55％的溶液。加入混合均勻的合金粉和其體積0.01～5％的分散劑后球磨2～10小時，制成流動性良好的漿料，并排氣5～60分鐘。加入單體質(zhì)量0.02～2％的催化劑和單體質(zhì)量0.02～5％引發(fā)劑，攪拌均勻并排氣后緩緩注入模具，在20～70℃下固化20～180分鐘后脫模，經(jīng)真空干燥30～120小時后在1100～1550℃下燒結(jié)0.5～3小時，得到高比重合金制件。本發(fā)明成型的合金制件性能一致，重量分散度小、尺寸精度高，并且成品率高。不需要復(fù)雜設(shè)備和專門脫脂工序，工藝簡單、生產(chǎn)成本低。
文檔編號B22F3/22GK101733402SQ20101003373
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月5日
發(fā)明者楊棟華, 林濤, 羅驥, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛 申請人:北京科技大學(xué)