專利名稱：一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎢制品的成形技術(shù)，屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝中金屬零部件制備領(lǐng)
域，特別是提供了一種近凈成形大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品零件的凝膠注模形技術(shù)。
背景技術(shù)：
鎢由于具有密度大、良好的沖擊韌性、高塑性和低屈服強度、比鉛對X射線和Y射線更強的吸收能力、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，是理想的核燃料貯存器與防輻射的屏蔽材料、電子工業(yè)的觸點材料和兵器工業(yè)的穿甲彈材料，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、能源、軍事、機械和冶金等領(lǐng)域。 鎢制品通常采用傳統(tǒng)的粉末冶金工藝和注射成型工藝制備，并通過燒結(jié)工藝使合金致密化達到使用要求。對于大尺寸形狀復(fù)雜的鎢制品，模壓成型很難實現(xiàn)。而且壓坯各部分密度不均，形狀難控制，使制件重量、尺寸的分散度高，而且生產(chǎn)率低。采用注射成型工藝雖然解決了部分問題，但由于粘結(jié)劑及脫脂的影響，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。對于大厚度件或形狀更復(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(>70mm)的零件和復(fù)雜形狀的鎢合金制件，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新的鎢制品的成形技術(shù)，實現(xiàn)大尺寸、形狀復(fù)雜、密度高而均勻、力學(xué)性能優(yōu)良的鎢制品零件。
—種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，其特征包括以下工藝步驟
(1)懸浮漿料配制將有機單體和有機溶劑按體積比1 120 : 1配置成濃度為10 50wt^的預(yù)混液或水基單體和交聯(lián)劑按體積比1 300 : 1的比例加入去離子水配制成濃度為5 50wt^的預(yù)混液；在預(yù)混液中加入預(yù)先混合均勻鎢粉末及其質(zhì)量0. 05 5wt^的分散劑，并調(diào)節(jié)pH值至9. 0 11. O，配制成金屬懸浮漿料； (2)穩(wěn)定膠體的制備將上述配制的金屬懸浮漿料進行攪拌，或球磨2 10h，制成粘度適中、穩(wěn)定的體系；保持體系溫度在20 25t:，再分別加入0. 1 3. 5wt^的催化劑和弓I發(fā)劑進行均勻攪拌，并同時真空除氣，制成鎢粉末漿料； (3)固化成形嚴(yán)格控制固化時間在50s 30min之間，將上述的鎢粉末漿料緩慢倒入模具中，根據(jù)所加粉末的特性，在40 8(TC下固化成型； (4)坯體經(jīng)真空或保護氣氛下干燥，干燥溫度20 9(TC，真空或保護氣氛下1100 140(TC燒結(jié)0. 5 2小時得到最終鴇制件。 所述有機單體為甲基丙烯酸羥乙酯HEMA或甲基丙烯酸乙酯EMA或三甲基丙烷三丙烯酸鹽TMPTA，有機溶劑為甲苯或汽油或長鏈乙醇。 所述水基單體為丙烯酰胺AM或甲基丙烯酰胺MAM，交聯(lián)劑為N， N'-亞甲基雙丙烯酰胺MBAM或乙二醇二甲基丙烯酸酯PEGDMA。
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所述分散劑為Solsperse-6000超分散劑或油酸或聚丙烯酸鹽，催化劑為過氧化苯甲酰BP0或N， N， N' ， N' _四甲基乙二胺TEMED，引發(fā)劑為二甲基苯胺或過硫酸銨或過硫酸鉀。 在本發(fā)明中，采用凝膠注模成形技術(shù)，一方面均勻流動性好的漿料解決了大尺寸復(fù)雜形狀成形困難、密度均勻的問題，提高了毛坯的精度。另一方面，由于成型坯體中有機物含量低，不需要專門的脫脂工序。成型坯體有一定的強度，保證了成型后毛坯的運輸轉(zhuǎn)移。而且模具成本很低，生產(chǎn)成本降低。
與其它成形技術(shù)相比，其優(yōu)點在于 1、與壓力成形相比，由于金屬懸浮凝膠漿料流動性好，避免了由于成形時需要壓力過大造成的復(fù)雜性狀受限及耗能問題，大大改善了成形條件； 2、該技術(shù)只需加入不足5wt^的有機物，與注射成形和熱壓鑄成形需加入大量有
機粘結(jié)劑相比，不需專門脫脂工序，工藝簡單，使生產(chǎn)成本大幅降低。 3、該技術(shù)突破傳統(tǒng)成形技術(shù)，可以制備大尺寸、復(fù)雜形狀的鎢制品。
具體實施例方式
實施例1 :半環(huán)屏蔽材料鎢制品(直徑95mm，壁厚20mm，高度100mm)的凝膠注模成形 1、稱取8. lkg的325目的鎢粉，加入236ml甲基丙烯酸羥乙酯和236ml甲苯的有機溶液中，混合攪拌； 2、稱取20g Solsperse-6000超分散劑加入第1步漿料中，球磨8h混合均勻，制成高濃懸浮漿料； 3、量取1. 8g催化劑過氧化苯甲酰和20ml引發(fā)劑二甲基苯胺加入第2步高濃懸浮漿料中，攪拌均勻并在真空條件下除氣3min ; 4、將經(jīng)真空除氣的第3步漿料注入預(yù)先設(shè)計的模具，緩慢注入后在6(TC的保護氣氛下固化成型，得到環(huán)形坯體； 5、將第4步坯體輕放在預(yù)先設(shè)計的靠板上整形后一起置入6(TC恒溫的真空干燥箱內(nèi)干燥4天； 6、將干燥后的鎢制品坯體在真空度3. 5X10—乍a下緩慢升溫，在50(TC以下，升溫速度1°C /min，其中在30(TC保溫2h，500 145(TC下升溫速度4°C /min，并于145(TC保溫lh，最終獲得大尺寸半環(huán)狀鎢制品，其中尺寸精度< 0. 5% ，重量分散度± 1 % 。
實施例2 :截面變化大的錐狀鎢制品部件(最大直徑為85mm，高度為210mm)的凝
膠注模成形 1、稱取6. 8kg的500目的鎢粉待用。 2、稱取的295g單體丙烯酰胺、2. 5g交聯(lián)劑N，N' _亞甲基雙丙烯酰胺溶于995ml去離子水中，并加入第1步中的鎢粉，攪拌均勻； 3、量取5. 6ml的分散劑油酸加入第2步溶液中，攪拌均勻，球磨6h后制成流動性適中的漿料，并在真空下將漿料排氣15min ; 4、量取5ml催化劑N，N，N' ，N'-四甲基乙二胺和6. 5ml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。
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5、把槳料緩慢注入復(fù)雜形狀的錐形模具中，使其固化成型得到錐形鎢部件毛坯；
6、將第5步的坯體修坯后置入7(TC恒溫的真空干燥箱內(nèi)干燥72h ;
7、將干燥后的坯體在真空度1.0X10—乍a，溫度140(TC下燒結(jié)，獲得最終錐形鎢制品部件，其中尺寸精度< 0. 2% ，重量分散度±0. 8% 。
權(quán)利要求
一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，其特征在于，包括以下工藝步驟(1)懸浮漿料配制將有機單體和有機溶劑按體積比1～120∶1配置成濃度為10～50wt％的預(yù)混液或水基單體和交聯(lián)劑按體積比1～300∶1的比例加入去離子水配制成濃度為5～50wt％的預(yù)混液；在預(yù)混液中加入預(yù)先混合均勻鎢粉末及其質(zhì)量0.05～5wt％的分散劑，并調(diào)節(jié)pH值至9.0～11.0，配制成金屬懸浮漿料；(2)穩(wěn)定膠體的制備將上述配制的金屬懸浮漿料進行攪拌，或球磨2～10h，制成粘度適中、穩(wěn)定的體系；保持體系溫度在20～25℃，再分別加入0.1～3.5wt％的催化劑和引發(fā)劑進行均勻攪拌，并同時真空除氣，制成鎢粉末漿料；(3)固化成形嚴(yán)格控制固化時間在50s～30min之間，將上述的鎢粉末漿料緩慢倒入模具中，根據(jù)所加粉末的特性，在40～80℃下固化成型；(4)坯體經(jīng)真空或保護氣氛下干燥，干燥溫度20～90℃，真空或保護氣氛下1100～1400℃燒結(jié)0.5～2小時得到最終鎢制件。
2. 如權(quán)利要求1所述一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，其特征在于所述有機單體為甲基丙烯酸羥乙酯HEMA或甲基丙烯酸乙酯EMA或三甲基丙烷三丙烯酸鹽TMPTA，有機溶劑為甲苯或汽油或長鏈乙醇。
3. 如權(quán)利要求1所述一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，其特征在于所述水基單體為丙烯酰胺AM或甲基丙烯酰胺MAM，交聯(lián)劑為N，N' _亞甲基雙丙烯酰胺MBAM或乙二醇二甲基丙烯酸酯PEGDMA。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，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，催化劑為過氧化苯甲酰BPO或N，N，N' ，N'-四甲基乙二胺TEMED，引發(fā)劑為二甲基苯胺或過硫酸銨或過硫酸鉀。
全文摘要
一種大尺寸復(fù)雜形狀鎢制品的成形方法，屬于粉末冶金領(lǐng)域，其特征是先將單體和交聯(lián)劑按體積比1～300∶1的比例加入有機溶劑或去離子水中按體積比1～120∶1配置成濃度為5～50wt％的預(yù)混液，然后把鎢粉末與配好的穩(wěn)定的凝膠體系預(yù)混液混合，并加入鎢粉末質(zhì)量的0.05～5wt％的分散劑，調(diào)節(jié)pH值經(jīng)攪拌或球磨2～10h后制成流動性良好的懸浮漿料；加入0.1～3.5wt％的催化劑和引發(fā)劑進行均勻攪拌，并同時真空除氣后注入大尺寸復(fù)雜形狀的模具，在40～90℃下中固化50s～30min后脫模，坯體經(jīng)真空或保護氣氛下干燥，最后進行燒結(jié)成零件。本發(fā)明可制備大尺寸、復(fù)雜形狀的鎢制品，避免了成形時需要壓力過大造成的復(fù)雜性狀受限及耗能問題，并且不需專門脫脂工序，工藝簡單、生產(chǎn)成本低。
文檔編號B22F3/22GK101774021SQ20101003373
公開日2010年7月14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, 樊聯(lián)鵬, 羅驥, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛 申請人:北京科技大學(xué)