一种制备微型钨基合金零件的方法
【专利摘要】本发明涉及一种钨基合金零件的制备方法。其目在于提供一种制备微型钨基合金零件的方法，采用这种方法易于充型，生坯强度高、保形性好，烧结温度要求低，成品金相结构致密。本发明一种钨基合金零件的制备方法包括取料、复合镀层、混炼、注射成型、生坯脱脂、烧结六个步骤，其中复合镀层步骤对本发明的技术效果有着重要影响。
【专利说明】一种制备微型钨基合金零件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属注射成型技术，特别是涉及一种钨基合金零件的制备方法。
【背景技术】
[0002]金属注射成型(MIM)是现今粉末冶金领域中发展最迅速的新工艺，也是金属成形的新工艺，被称为“第五代”金属成形方法，在制造几何形状复杂、组织结构均匀、高性能的近净形零部件方面具有独特的优势。
[0003]以钨为主要原料的钨基高比重合金(如W-N1-Fe，W-N1-Cu等)具有高强度、高密度、高红硬性、低膨胀系数以及极佳的耐摩耗性、耐腐蚀性等独特的性能优势，因此在尖端科学领域、国防工业和民用工业中得到了非常广泛的应用。也正是由于钨基合金的如上绝佳性能，其才被视为金属注射成型领域的首选原料。
[0004]目前采用金属注射成型技术对钨基合金进行注射制件的工艺大都相似，中国专利CN103056372A公开的一种钨基合金制件工艺比较有代表性，该公开专利提供的工艺包括:备料、混合配粉、制备喂料、注射成型、脱脂、烧结。在使用该工艺进行制件的过程中发现存在两个问题:其一，采用普通方法进行混合配粉，各金属粉末的分散并不均匀，因而为了让基底相与分散相的分散结构均匀，实际烧结温度和烧结时间都超出理论值；其二，由于钨粉的表面特性，制备的喂料中金属粉末含量低于50V0I%，因而喂料的流动性很强，凝塑性较差，因此薄件的射出变得困难，而且烧结时收缩量过大容易变形，且尺寸控制变得困难。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种制备微型钨基合金零件的方法，采用这种方法易于充型，生坯强度高、保形性好，烧结温度要求低，成品金相结构致密。
[0006]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，包括如下步骤:
[0007]I)取料:分别称取各金属粉末。其中，各金属粉末选择为W、Fe和Ni，且各金属粉末的质量比为N1:Fe = 9:1?5:5，W: (Ni+Fe) = 90:10?98:2 ;或者各金属粉末选择为W、Cu和Ni，且各金属粉末的质量比为Ni =Cu = 9:1?5:5, W: (Ni+Cu) = 90:10?98:2 ；
[0008]2)复合镀层:以复合镀层的方式将所述Fe粉/Cu粉和Ni粉依次镀于W粉表面；经复合镀层的W粉储存备用；
[0009]3)混炼:先将粘结剂加入密炼机中加热熔化，再分批加入经复合镀层的W粉至粘接剂中形成混合液，直至经复合镀层的W粉在混合液中的体积百分比为55%?60% ;在100°C?180°C的温度下混炼I?2小时；
[0010]4)注射成型:在注射成型机上安装微注射成型模具注射成型，得到所需形状的微型钨基合金零件生坯；
[0011]5)生坯脱脂:采用二部脱脂工艺，即溶剂脱脂和热脱脂；先在正庚烷溶剂中对生坯进行I?6小时脱脂；再进行热脱脂，热脱脂在真空环境下进行。
[0012]6)烧结:将脱脂后的生坯在真空炉内进行烧结，烧结温度为1200°C?1500°C ;至此得到微型钨基合金零件。
[0013]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，其中所述粘结剂为30PP-10PE-58PW-2SA。
[0014]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，其中所述注射成型时的注射温度为110。。?160。。。
[0015]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，其中所述烧结时的烧结温度为1460°C，烧结时间为10?20分钟。
[0016]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法采用了复合镀层工艺对各粉末进行了处理，即将Fe粉/铜粉和Ni粉依次镀于W粉表面，相对于现有的普通混合技术而言，各金属粉末的均匀性显著提高。也正是基于这个原因，在后续的烧结过程中，只需要低于现有烧结技术的温度即可实现生坯快速达成烧结致密化，且所需烧结时间现对于现有烧结技术要短。另外采用复合镀层工艺对各粉末进行处理后，金属粉末颗粒的表面特性得到了改善，进而粘结剂装载金属粉末的能力得到大幅提升，从而混炼得到的喂料流动性较小，因而更利于钨合金薄壁件的注射成型，大大提高了产品的成品率。
[0017]下面结合附图和实施例对本发明一种制备微型钨基合金零件的方法作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为使用现有技术制备的钨基合金零件的金相结构图；
[0019]图2为使用本发明提供的技术制备的钨基合金零件的金相结构图。
【具体实施方式】
[0020]实施例一:
[0021]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，包括如下步骤:
[0022]I)取料:分别称取各金属粉末。其中，各金属粉选择为W、Fe和Ni。
[0023]2)复合镀层:以复合镀层的方式将所述Fe粉和Ni粉依次镀于W粉表面；经复合镀层的W粉储存备用。
[0024]3)混炼:先将粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA加入密炼机中加热熔化，先将粘结剂加入密炼机中加热熔化，再分批加入经复合镀层的W粉至粘接剂中形成混合液，直至经复合镀层的W粉在混合液中的体积百分比为55% ;在100°C的温度下混炼2小时。
[0025]4)注射成型:在注射成型机上安装微注射成型模具注射成型，得到所需形状的微型钨基合金零件生坯，所述注射成型时的注射温度为110°C。
[0026]5)生坯脱脂:采用二部脱脂工艺，即溶剂脱脂和热脱脂；先在正庚烷溶剂中对生坯进行I小时脱脂；再进行热脱脂，热脱脂在真空环境下进行。
[0027]6)烧结:将脱脂后的生坯在真空炉内进行烧结，烧结温度为1200°C，烧结时间为10分钟。至此得到微型钨基合金零件。
[0028]其中在上述步骤中的第二步复合镀层工艺详细如下:
[0029]a)在W粉表面镀铁。首先将正十二烷和双辛烷基甲基叔胺的混合液加热至100°C;然后依次向该混合液中加入W粉和Fe (CO)5粉末；然后将混合液温度逐渐加热至180°C，并持续该温度4个小时。最后提炼出W-Fe粉末。
[0030]b)在W-Fe表面镀Ni。将上一步骤提炼的W-Fe粉末加入90°C的NiCl2.6H20、N2H4.H20、NHCl、Na3C6H5O7.2H20混合液中，直至混合液的PH为9。最后提炼出W-Fe-Ni粉末。
[0031]本实施例中粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA的成分为:以质量百分比计，30%的聚丙烯、10%的聚乙烯、58%的石蜡、2%的硬脂酸。另外粘结剂30PP30PP-10PE-58PW-2SA还可以由其它粘结剂替换，比如:以质量百分比计石蜡含量不低于30%的蜡基粘结剂；或者以质量百分比计环聚缩醛含量不低于70%的非蜡基粘结剂。
[0032]为了制得三种不同金属粉末配比下的成品，各金属粉末的配比情况选择如下:
[0033]配比一
[0034]N1:Fe = 9:1, W: (Ni+Fe) =90:10;
[0035]配比二
[0036]N1:Fe = 5:5, ff: (Ni+Fe) =98:2；
[0037]配比三
[0038]N1:Fe = 9:5, ff: (Ni+Fe) =95:5；
[0039]首先利用上述三种金属粉末配比方案，使用本发明一种制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件。
[0040]另外利用上述三种金属粉末配比方案，使用现有的制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件，所谓现有的制备微型钨基合金零件的方法就是以中国专利CN103056372A公开的制备方法。
[0041]通过超声无损探伤设备对由两种方法制备的零件进行成品率检验发现:
[0042]以本发明方法制备的9个零件全部为合格产品；
[0043]以现有方法制备的9个零件合格产品有7个，残次品2个。
[0044]实施例二
[0045]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，包括如下步骤:
[0046]I)取料:分别称取各金属粉末。其中，各金属粉选择为W、Cu和Ni。
[0047]2)复合镀层:以复合镀层的方式将所述Cu粉和Ni粉依次镀于W粉表面；经复合镀层的W粉储存备用。
[0048]3)混炼:先将粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA加入密炼机中加热熔化，再分批加入经复合镀层的W粉至粘接剂中形成混合液，直至经复合镀层的W粉在混合液中的体积百分比为58% ;在160°C的温度下混炼1.5小时。
[0049]4)注射成型:在注射成型机上安装微注射成型模具注射成型，得到所需形状的微型钨基合金零件生坯，所述注射成型时的注射温度为140°C。
[0050]5)生坯脱脂:采用二部脱脂工艺，即溶剂脱脂和热脱脂；先在正庚烷溶剂中对生坯进行3小时脱脂；再进行热脱脂，热脱脂在真空环境下进行。
[0051]6)烧结:将脱脂后的生坯在真空炉内进行烧结，烧结温度为1460°C，烧结时间为18分钟。至此得到微型钨基合金零件。
[0052]其中在上述步骤中的第二步复合镀层工艺详细如下:
[0053]a)采用化学电镀的方式在W粉表面镀Cu。将W粉、CuS04.5H202、HCH0、四乙基氯化铵在50°C的温度下混合，直至溶液PH为13。然后提炼出W-Cu粉末。
[0054]b)在W-Cu表面镀Ni。将上一步骤中提取的W-Cu粉末加入90°C的NiCl2.6H20、N2H4.H2O, NHC1, Na3C6H5O7.2H20混合液中，直至混合液的混合液的PH为9。最后提炼出W-Cu-Ni 粉末。
[0055]本实施例中粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA的成分为:以质量百分比计，30%的聚丙烯、10%的聚乙烯、58%的石蜡、2%的硬脂酸。另外粘结剂30PP30PP-10PE-58PW-2SA还可以由其它粘结剂替换，比如:以质量百分比计石蜡含量不低于30%的蜡基粘结剂；或者以质量百分比计环聚缩醛含量不低于70%的非蜡基粘结剂。
[0056]为了制得三种不同金属粉末配比下的成品，各金属粉末的配比情况选择如下:
[0057]配比一
[0058]N1:Cu = 9:l,ff: (Ni Cu) =90:10；
[0059]配比二
[0060]N1:Cu = 5:5, ff: (Ni Cu) = 98:2 ；
[0061]配比三
[0062]N1:Cu = 9:4, ff: (Ni Cu) = 95:4 ；
[0063]首先利用上述三种金属粉末配比方案，使用本发明一种制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件。
[0064]另外利用上述三种金属粉末配比方案，使用现有的制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件，所谓现有的制备微型钨基合金零件的方法就是以中国专利CN103056372A公开的制备方法。
[0065]通过超声无损探伤设备对由两种方法制备的零件进行成品率检验发现:
[0066]以本发明方法制备的9个零件全部为合格产品；
[0067]以现有方法制备的9个零件合格产品有8个，残次品I个。
[0068]实施例三
[0069]本发明一种制备微型钨基合金零件的方法，包括如下步骤:
[0070]I)取料:分别称取各金属粉末。其中，各金属粉选择为W、Cu和Ni。
[0071]2)复合镀层:以复合镀层的方式将所述Cu粉和Ni粉依次镀于W粉表面；经复合镀层的W粉储存备用。
[0072]3)混炼:先将粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA加入密炼机中加热熔化，再分批加入经复合镀层的W粉至粘接剂中形成混合液，直至经复合镀层的W粉在混合液中的体积百分比为60% ;在180°C的温度下混炼I小时。
[0073]4)注射成型:在注射成型机上安装微注射成型模具注射成型，得到所需形状的微型钨基合金零件生坯，所述注射成型时的注射温度为160°C。
[0074]5)生坯脱脂:采用二部脱脂工艺，即溶剂脱脂和热脱脂；先在正庚烷溶剂中对生坯进行6小时脱脂；再进行热脱脂，热脱脂在真空环境下进行。
[0075]6)烧结:将脱脂后的生坯在真空炉内进行烧结，烧结温度为1500°C，烧结时间为20分钟。至此得到微型钨基合金零件。
[0076]其中在上述步骤中的第二步复合镀层工艺详细如下:
[0077]a)采用化学电镀的方式在W粉表面镀Cu。将W粉、CuS04.5H202、HCH0、四乙基氯化铵在50°C的温度下混合，直至溶液PH为13。然后提炼出W-Cu粉末。
[0078]b)在W-Cu表面镀Ni。将上一步骤中提取的W-Cu粉末加入90°C的NiCl2.6H20、N2H4.H2O, NHC1, Na3C6H5O7.2H20混合液中，直至混合液的混合液的PH为9。最后提炼出W-Cu-Ni 粉末。
[0079]本实施例中粘结剂30PP-10PE-58PW-2SA的成分为:以质量百分比计，30%的聚丙烯、10%的聚乙烯、58%的石蜡、2%的硬脂酸。另外粘结剂30PP30PP-10PE-58PW-2SA还可以由其它粘结剂替换，比如:以质量百分比计石蜡含量不低于30%的蜡基粘结剂；或者以质量百分比计环聚缩醛含量不低于70%的非蜡基粘结剂。
[0080]为了制得三种不同金属粉末配比下的成品，各金属粉末的配比情况选择如下:
[0081]配比一
[0082]N1:Cu = 9:l,ff: (Ni Cu) =90:10；
[0083]配比二
[0084]N1:Cu = 5:5, ff: (Ni Cu) = 98:2 ；
[0085]配比三
[0086]N1:Cu = 9:7, ff: (Ni Cu) = 93:7 ；
[0087]首先利用上述三种金属粉末配比方案，使用本发明一种制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件。
[0088]另外利用上述三种金属粉末配比方案，使用现有的制备微型钨基合金零件的方法制备九个微型钨基合金零件，所谓现有的制备微型钨基合金零件的方法就是以中国专利CN103056372A公开的制备方法。
[0089]通过超声无损探伤设备对由两种方法制备的零件进行成品率检验发现:
[0090]以本发明方法制备的9个零件全部为合格产品；
[0091]以现有方法制备的9个零件合格产品有7个，残次品2个。
[0092]从实施例一、实施例二和实施例三种随机抽取一个应用本发明制作的微型钨基合金零件和一个应用现有工艺制备的微型钨基合金零件作金相结构检验。所检验的金相结构如图1、图2所示。从图1中可以看出应用现有工艺制备的微型钨基合金零件成分分散不均匀，从图2中可以看出应用本发明制作的微型钨基合金零件成分分散较均匀。因而本发明提供的方法更利于微型钨基合金零件的生产
[0093]综合实施例一、实施例二和实施例三可以看出使用本发明一种制备微型钨基合金零件的方法制得的钨基合金零件成品率更高，有着很好的应用前景。
[0094]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种制备微型钨基合金零件的方法，包括如下步骤: 1)取料:分别称取各金属粉末，其中，各金属粉末选择为W、Fe和Ni,且各金属粉末的质量比为N1:Fe = 9:1?5:5，ff: (Ni+Fe) = 90:10?98:2 ;或者各金属粉末选择为W、Cu和Ni，且各金属粉末的质量比为Ni =Cu = 9:1?5:5, W: (Ni+Cu) = 90:10?98:2 ； 2)复合镀层:以复合镀层的方式将所述Fe粉/Cu粉和Ni粉依次镀于W粉表面；经复合镀层的W粉储存备用； 3)混炼:先将粘结剂加入密炼机中加热熔化，再分批加入经复合镀层的W粉至粘接剂中形成混合液，直至经复合镀层的W粉在混合液中的体积百分比为55%?60%;在100°C?180°C的温度下混炼I?2小时； 4)注射成型:在注射成型机上安装微注射成型模具注射成型，得到所需形状的微型钨基合金零件生坯； 5)生坯脱脂:采用二部脱脂工艺，即溶剂脱脂和热脱脂；先在正庚烷溶剂中对生坯进行I?6小时脱脂；再进行热脱脂，热脱脂在真空环境下进行； 6)烧结:将脱脂后的生坯在真空炉内进行烧结，烧结温度为1200°C?1500°C;至此得到微型钨基合金零件。
2.根据权利要求1所述的一种制备微型钨基合金零件的方法，其特征在于:所述粘结剂为 30PP-10PE-58PW-2SA。
3.根据权利要求1所述的一种制备微型钨基合金零件的方法，其特征在于:所述注射成型时的注射温度为110°C?160°C。
4.根据权利要求1所述的一种制备微型钨基合金零件的方法，其特征在于:所述烧结时的烧结温度为1460°C，烧结时间为10?20分钟。
【文档编号】B22F3/22GK104174854SQ201410331988
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】纪国章, 林舜天, 何建久, 孟坤全, 陈璟文, 祁新亮, 王大伟 申请人:昆山安泰美科金属材料有限公司