本發(fā)明涉及高密度合金制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法。

背景技術(shù)：

鎢鎳鐵合金是一種以鎢為基體(鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％～98％)，添加少量鎳、鐵組成的合金，其密度高達(dá)16.5～19.0g/cm3。鎢鎳鐵合金具有密度、強度和硬度高、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、低熱膨脹系數(shù)、抗腐蝕和抗氧化性好、機(jī)械加工和焊接性好等一系列優(yōu)良的物理力學(xué)性能和使用性能，因此廣泛應(yīng)用于軍工和民用工業(yè)中，而且其應(yīng)用越來越廣泛；特別是在軍工方面，比如美國所提出的一種太空武器“上帝之杖”，該武器系統(tǒng)所需的高密度合金棒直徑300mm、長6.1m。

目前制備鎢鎳鐵高密度合金的工序為：先采用冷等靜壓、金屬注射成型和金屬擠壓成型制得生坯；然后生坯通過燒結(jié)制備出一定尺寸的燒結(jié)坯；最后對燒結(jié)坯進(jìn)行后續(xù)的機(jī)械加工(鍛打、車削等)。

但是，上述工藝制備鎢鎳鐵高密度合金存在著致命的缺陷：1)制得合金生坯的長度有限；2)脫脂工藝不好控制且時間長；3)燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生變形與坍塌；以至于造成生產(chǎn)大塊的、高長徑比(＞2：1)的鎢鎳鐵高密度合金設(shè)備復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、成品率低等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠擺脫了傳統(tǒng)液相燒結(jié)中要將整個坯料置于燒結(jié)爐中才能實現(xiàn)坯料的致密化燒結(jié)的約束的采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法，包括：第一步驟，用于將鎢粉、鎳粉和鐵粉按預(yù)定重量比與將預(yù)定量的粘結(jié)劑進(jìn)行均勻混合以得到合金粉；第二步驟，對第一步驟中制得的合金粉執(zhí)行油壓壓制成型以得到生坯；第三步驟，用于將第二步驟中獲得的生坯以不擠壓的方式并排置于鉬舟中并用氧化鋁粉覆蓋生坯，隨后將鉬舟推入通隧道爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)以獲得預(yù)燒結(jié)坯；第四步驟，用于將第三步驟得到的多個預(yù)燒結(jié)坯推入?yún)^(qū)域燒結(jié)爐，并將多個預(yù)燒結(jié)坯逐個疊加在一起，隨后執(zhí)行液相燒結(jié)以得到合金棒材。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，在第一步驟中，鎢鎳鐵的重量比為W:Ni:Fe＝90:7:3。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，生坯的厚度介于15mm至20mm之間。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，在第一步驟中，將鎢粉、鎳粉和鐵粉按預(yù)定重量比進(jìn)行配比并進(jìn)行初步混合，隨后將初步混合的粉置于混料機(jī)進(jìn)行充分且均勻的干混；然后將預(yù)定量的粘結(jié)劑與干混后的粉末一起放入混料機(jī)中進(jìn)行濕混，使粘結(jié)劑均勻分布在粉末中，得到均勻的合金粉。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，在第三步驟中，預(yù)燒結(jié)的溫度介于1000～1400℃之間、預(yù)燒結(jié)的燒結(jié)時間為介于0.5～3h之間。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，在第四步驟中，液相燒結(jié)的燒結(jié)溫度介于1470～1540℃之間，液相燒結(jié)的燒結(jié)時間介于15min～90min之間。

在本發(fā)明的較佳實施方式中，在第二步驟中，將第一步驟中制得的合金粉置于鋼模中，再將鋼模置于油壓機(jī)上工作臺上并執(zhí)行油壓成型以制得生坯。

本發(fā)明借助于區(qū)域熔煉提出一種新的制備鎢鎳鐵高密度合金的方法，本方法通過油壓制得生坯、預(yù)燒結(jié)和區(qū)域燒結(jié)，解決了現(xiàn)有制備技術(shù)中設(shè)備復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、工藝可控性差和生產(chǎn)成本高等問題，為生產(chǎn)大塊的、高長徑比的鎢鎳鐵高密度合金奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明的采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法是一種連續(xù)、環(huán)保、成本低、能耗低、操作簡單的制備鎢鎳鐵高密度合金的方法。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法的流程示意圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法的流程示意圖。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的采用區(qū)域燒結(jié)法制備鎢鎳鐵合金的方法包括：

第一步驟S1，用于進(jìn)行配粉，其中將鎢粉、鎳粉和鐵粉按預(yù)定重量比與將預(yù)定量的粘結(jié)劑進(jìn)行均勻混合以得到合金粉；優(yōu)選地，鎢鎳鐵的重量比為W:Ni:Fe＝90:7:3；

具體地，在第一步驟S1中，可以將鎢粉、鎳粉和鐵粉按預(yù)定重量比進(jìn)行配比 并進(jìn)行初步混合，隨后將初步混合的粉置于混料機(jī)(例如，V型混料機(jī))進(jìn)行充分且均勻的干混；然后將預(yù)定量的粘結(jié)劑與干混后的粉末一起放入混料機(jī)(例如，攪拌式混料機(jī))中進(jìn)行濕混，使粘結(jié)劑均勻分布在粉末中，得到均勻的合金粉；

第二步驟S2，用于執(zhí)行油壓壓制成型，其中對第一步驟S1中制得的合金粉執(zhí)行油壓壓制成型以得到生坯；優(yōu)選地，生坯的厚度不超過20mm；優(yōu)選地，生坯的厚度一般為介于15mm至20mm之間，因為太薄不利于疊加、太厚不利于液相燒結(jié)(燒不透)；

具體地，在第二步驟S2中，可以將第一步驟S1中制得的合金粉置于鋼模中，再將鋼模置于油壓機(jī)上工作臺上并執(zhí)行油壓成型以制得厚度不超過20mm的生坯；

第三步驟S3，用于執(zhí)行生坯的預(yù)燒結(jié)，其中將第二步驟S2中獲得的生坯以不得擠壓的方式并排置于鉬舟中并用氧化鋁粉覆蓋，隨后將鉬舟推入通氫氣保護(hù)的隧道爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)以獲得預(yù)燒結(jié)坯；優(yōu)選地，預(yù)燒結(jié)的溫度介于1000～1400℃之間、預(yù)燒結(jié)的燒結(jié)時間為介于0.5～3h之間，由此得到形成具有鎢-鎢鏈狀結(jié)構(gòu)且具有一定強度和較低孔隙率的預(yù)燒結(jié)坯；

第四步驟S4，用于執(zhí)行預(yù)燒結(jié)坯的疊加和液相燒結(jié)，其中將第三步驟S3得到的多個預(yù)燒結(jié)坯推入通氫氣保護(hù)的區(qū)域燒結(jié)爐，并將多個預(yù)燒結(jié)坯逐個疊加在一起，隨后執(zhí)行液相燒結(jié)以得到合金棒材；液相燒結(jié)的燒結(jié)溫度介于1470～1540℃之間，液相燒結(jié)的燒結(jié)時間介于15min～90min之間，由此得到無明顯變形與坍塌、力學(xué)性能良好的合金棒材。

本發(fā)明擺脫了傳統(tǒng)液相燒結(jié)中要將整個坯料置于燒結(jié)爐中才能實現(xiàn)坯料的致密化燒結(jié)(即燒結(jié)爐的尺寸決定產(chǎn)品的尺寸)的約束，實現(xiàn)了坯料的區(qū)域燒結(jié)，綜合了固相燒結(jié)和液相燒結(jié)的優(yōu)點，在液相燒結(jié)前，首先在固溶度線下1400℃進(jìn)行固相燒結(jié)，然后再采用液相燒結(jié)的“二步燒結(jié)法”燒結(jié)工藝，有效的控制了液相燒結(jié)過程中容易出現(xiàn)的變形與坍塌；設(shè)備造價成本低、簡單且易于操作。

采用本發(fā)明所制備出的鎢鎳鐵高密度合金有如下性能：無明顯變形與坍塌，表面光滑且具有金屬光澤，片層結(jié)合致密，內(nèi)部化學(xué)成分及顯微組織均勻，內(nèi)部無裂紋、氣泡及大晶粒，力學(xué)性能良好。

下面以具體示例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

示例1：

示例1的工藝步驟如下：

(1)配粉：

1)首先在潔凈的工作環(huán)境中按要求的重量比稱取相應(yīng)重量的鎢粉、鎳粉和鐵粉，鎢鎳鐵重量比為W:90,Ni:7,Fe:3；

2)將鎢粉、鎳粉、鐵粉在不銹鋼桶中初步人工混合：一層鎢粉一層鎳粉一層鐵粉；

3)將初步混合后的合金粉裝入V型混料機(jī)進(jìn)行充分且均勻的干混，干混時間為8h～16h；然后取極少量的粘結(jié)劑，和粉末一起放入攪拌式混料機(jī)中進(jìn)行濕混，濕混時間為2h～4h，使粘結(jié)劑均勻分布在粉末中，得到均勻的混合粉末。

(2)油壓壓制成型：將混合均勻的合金粉置于鋼模中；然后將裝好合金粉的鋼模置于油壓機(jī)的工作臺上，隨即開動油泵進(jìn)行加壓、成型；最后進(jìn)行脫模，取出鎢鎳鐵合金生坯，單個生坯的厚度不超過20mm。

(3)生坯的預(yù)燒結(jié)：將油壓成型的生坯置于鉬舟中，并排列好，各生坯間不得相互擠壓、疊加，之后在排列好的生坯上覆蓋一層氧化鋁粉；再推入通氫氣保護(hù)的隧道爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)溫度為1400℃、燒結(jié)時間為1h；停爐冷卻，取出預(yù)燒結(jié)坯。

(4)預(yù)燒結(jié)坯的疊加和液相燒結(jié)：將預(yù)燒結(jié)坯推入通氫氣保護(hù)的區(qū)域燒結(jié)爐進(jìn)行疊加延長、液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1470℃，燒結(jié)時間為15min～60min，燒結(jié)坯通過水冷卻，得到無明顯變形與坍塌、力學(xué)性能良好的鎢鎳鐵合金。

示例2：

與示例1不同之處在于，示例2的具體燒結(jié)工藝參數(shù)如下：

1)預(yù)燒結(jié)：燒結(jié)溫度為1300℃，燒結(jié)時間為1h；

2)液相燒結(jié)：燒結(jié)溫度為1480℃，燒結(jié)時間為為15min～60min；

示例2同樣能夠得到無明顯變形與坍塌、力學(xué)性能良好的鎢鎳鐵合金。

上述說明示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。