粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺的制作方法

本发明涉及粉末注射成型技术领域，特别是涉及粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺。

背景技术：

随着制造业的快速发展和技术进步，对金属外观材料要求越来越高，在保证较好的耐磨、耐腐蚀和耐高温性能的同时，也要求具有形状复杂和尺寸精度高的特性。

普通金属材料经过表面或后处理后，一定程度上能够满足外观装饰的功能，但其耐磨性和耐腐蚀性能难以达到更加严格的要求。

因此在普通金属材料表面做钨钢等合金涂层，以达到耐磨、耐腐蚀的效果。wc-10ni合金的耐磨和耐蚀特性，较好的满足了外观材料的要求，但目前制造工艺主要为传统机加工、粉末冶金等。

同时钨钢硬度较高，目前技术水平下，钨镍、钨钴等硬质合金主要通过传统粉末冶金压制成形工艺制备，因加工难度和成本较高，钨钢应用于复杂零件的制造仍有较大的限制。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺，保证制得的钨镍硬质合金具有较好的强度和冲击韧性，可以制备形状结构复杂的零件，加工出来的零件尺寸精度高，性能稳定，同时节约了生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺，包括如下制备步骤：

a、喂料配置

将wc-10ni粉末和粘结剂在密炼机中混炼，制成wc-10ni喂料；

b、注射成形

将wc-10ni喂料注入注射机的料筒中，然后由注射机喷嘴注入模具中成形，出模制得wc-10ni注射坯；

c、脱脂

将wc-10ni注射坯中的粘结剂脱除，制得wc-10ni脱脂坯；

d、高温烧结

wc-10ni脱脂坯在保护气氛作用下，放置在高温烧结炉中逐步升温至1400~1460℃，并保温2~4个小时，然后冷却至室温，得到wc-10ni烧结坯。

在本发明一个较佳实施例中，所述粘结剂包括乙烯-丙烯酸酯共聚物、1-丁烯/丙烯共聚物、石蜡、润滑剂和抗氧化剂。

在本发明一个较佳实施例中，所述钨镍硬质合金喂料中各组分的质量百分比如下：wc-10ni粉末90.40~95.89%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.0~2.0%、1-丁烯/丙烯共聚物1.0~2.0%、润滑剂0.1~0.5%、抗氧剂0.01~0.10%、余量为石蜡。

在本发明一个较佳实施例中，所述钨镍合金粉末由如下重量百分比的组分组成：碳化钨粉末85.0~90.0%，镍粉10.0~15.0%。

在本发明一个较佳实施例中，所述石蜡还可用棕榈蜡或巴西蜡替代。

在本发明一个较佳实施例中，所述润滑剂为热可塑性树脂粉、硬脂酸锌或硬脂酸锂，所述抗氧剂为bj2155、b225或b900。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（a）中，将wc-10ni粉末和粘结剂混合，密炼机内温度控制在160~200℃，混炼30~60min，密炼机转速为10~30r/min。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（b）中，注射成形工艺参数为：注射温度150~170℃，注射压力115~135mpa，模温30~50℃，喂料粉末装载量52.54~68.75%。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（d）中wc-10ni脱脂坯分别在300℃条件下保温30分钟、然后逐渐升温至480℃并保温30分钟、然后逐渐升温至650℃并保温30分钟、最后逐渐升温至1400-1460℃并保温120-240分钟，最后完成烧结，得到wc-10ni烧结坯。

在本发明一个较佳实施例中，所述wc-10ni粉末的粒径范围为0.432-4.752μm。

本发明的有益效果是：本发明粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺制得的钨镍硬质合金具有较好的强度和冲击韧性，烧结后钨镍合金样品具有较高的致密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性，可以制备形状结构复杂的零件，加工出来的零件尺寸精度高，零件内部各区域成分均匀，保证了零件的性能稳定，在原材料加工成本上产生很大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中，

图1为本发明粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺的流程示意图；

图2为本发明粉末注射成形wc-10ni金属粉末粒径分布及含量示意图；

附图中各部件的标记如下：1、wc-10ni金属粉末颗粒粒径大小，2、相应粒径区间中颗粒的百分含量。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2，本发明实施例包括：

实施例一

一种粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺，包括如下制备步骤：

a、喂料配置

将原料组分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末93.60%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.20%、1-丁烯/丙烯共聚物1.20%、石蜡3.50%、硬脂酸锌0.45%、b2250.05%。

其中钨镍合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化钨粉末85%，镍粉15%，wc-10ni粉末的粒径范围为0.432-4.752μm。

按照上述比例将原料组分混合，在密炼机中混炼，在120~200℃下，混炼50min，密炼机转速为25r/min，制成wc-10ni喂料。

b、注射成形

将步骤（a）中wc-10ni喂料注入注射机的料筒中，然后由注射机喷嘴注入模具中成形，出模制得wc-10ni注射坯，其中注射温度为155℃，注射压力135mpa，模温40℃，喂料粉末装载量52.54%。

c、脱脂

将wc-10ni注射坯的粘结剂脱除，制得wc-10ni脱脂坯。

d、高温烧结

wc-10ni脱脂坯在保护气氛作用下，放置在高温烧结炉中逐步升温然后保温一段时间，再冷却至室温，得到钨镍硬质合金，具体步骤为：

wc-10ni脱脂坯分别在300℃条件下保温30分钟、然后逐渐升温至480℃并保温30分钟、然后逐渐升温至650℃并保温30分钟、最后逐渐升温至1400-1460℃并保温120-240分钟，最后完成烧结，得到wc-10ni烧结坯。

实施例二

一种粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺，包括如下制备步骤：

a、喂料配置

将原料组分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末94.05%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.35%、1-丁烯/丙烯共聚物1.55%、棕榈蜡2.75%、硬脂酸锌0.28%、bj21550.02%。

其中钨镍合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化钨粉末88.5%，镍粉11.5%，wc-10ni粉末的粒径范围为0.432-4.752μm。

按照上述比例将原料组分混合，在密炼机中混炼，在120~200℃下，混炼75min，密炼机转速为15r/min，制成wc-10ni喂料。

b、注射成形

将步骤（a）中wc-10ni喂料注入注射机的料筒中，然后由注射机喷嘴注入模具中成形，出模制得wc-10ni注射坯，其中注射温度为155℃，注射压力120mpa，模温45℃，喂料粉末装载量56.69%。

c、脱脂

将wc-10ni注射坯的粘结剂脱除，制得wc-10ni脱脂坯；

d、高温烧结

wc-10ni脱脂坯在保护气氛作用下，放置在高温烧结炉中逐步升温，并保温2~4个小时，然后冷却至室温，得到钨镍硬质合金，具体步骤为：

wc-10ni脱脂坯分别在300℃条件下保温30分钟、然后逐渐升温至480℃并保温30分钟、然后逐渐升温至650℃并保温30分钟、最后逐渐升温至1400-1460℃并保温120-240分钟，最后完成烧结，得到wc-10ni烧结坯。

实施例三

一种粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺，包括如下制备步骤：

a、喂料配置

将原料组分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末91.95%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.85%、1-丁烯/丙烯共聚物1.25%、巴西蜡4.50%、硬脂酸锂0.37%、b2250.08%。

其中钨镍合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化钨粉末90.0%，镍粉10.0%，wc-10ni粉末的粒径范围为0.432-4.752μm。

按照上述比例将原料组分混合，在密炼机中混炼，在120~200℃下，混炼120min，密炼机转速为30r/min，制成wc-10ni喂料。

b、注射成形

将步骤（a）中wc-10ni喂料注入注射机的料筒中，然后由注射机喷嘴注入模具中成形，出模制得wc-10ni注射坯，其中注射温度为170℃，注射压力115mpa，模温50℃，喂料粉末装载量68.75%。

c、脱脂

将wc-10ni注射坯中的粘结剂脱除，制得wc-10ni脱脂坯。

d、高温烧结

wc-10ni脱脂坯在保护气氛作用下，放置在高温烧结炉中逐步升温，并保温2~4个小时，然后冷却至室温，得到钨镍硬质合金，具体步骤为：

wc-10ni脱脂坯在300℃条件下保温30分钟、然后逐渐升温至480℃并保温30分钟、然后逐渐升温至650℃并保温30分钟、最后逐渐升温至1400-1460℃并保温120-240分钟，最后完成烧结，得到wc-10ni烧结坯。

实施例1~3中wc-10ni粉末为超细金属粉末，其粒径分布检测结果如图2所示，粉末颗粒粒径主要分布在0.432-4.752μm范围内。

采用实施例1~3中方法制得的钨镍硬质合金的具体性能参数如下：

由上表可知，wc-10ni烧结密度：≥14.40g/cm³，wc-10ni烧结硬度：≥90hra，wc-10ni收缩率：14-15%，wc-10ni抗弯强度：≥1800n/mm²。

采用粉末注射成形工艺来制备wc-10ni合金，对wc-10ni粉末的挑选、筛分和混合提出严格的要求，粘结剂体系设计应充分考虑到金属粉末的特性，以及注射、烧结工艺的可行性，保证烧结后wc-10ni合金样品具有较高的致密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性，并获得较好的外观处理效果，具体优点如下：

第一、具有较好的强度和冲击韧性

wc-10ni合金中wc作为主要成分、ni作为粘结相，兼具wc的高强度特性和ni的良好韧性，同时具有优异的耐腐蚀性能，是制备耐磨、耐蚀零部件的最佳材料之一；

第二、采用金属粉末注射成形工艺制备复杂、精密零件

通过选择合适的金属粉末粒径和粘结剂体系，获得良好的喂料流动性和烧结保形性，实现了wc-10ni金属粉末注射成形工艺制备，可实现形状复杂、尺寸精度高零件的加工。此外，金属粉末注射成形工艺零件内部各区域成分均匀，保证了零件性能稳定性；

第三：节约成本

采用金属粉末注射近净成形工艺制造wc-10ni合金零件，外形尺寸接近产品最终尺寸，基本无机加工等传统加工工艺带来的废料成本，可在原材料加工成本上产生很大的经济效益。

本发明粉末注射成形钨镍硬质合金的制备工艺的有益效果是：

制备的钨镍硬质合金具有较好的强度和冲击韧性，烧结后钨镍合金样品具有较高的致密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蚀性和耐热性，并获得较好的外观处理效果；

可以制备形状结构复杂的零件，加工出来的零件尺寸精度高，零件内部各区域成分均匀，保证了零件的性能稳定；

采用钨镍合金制备的零件外形尺寸接近产品最终尺寸，传统加工工艺带来的废料成本，可在原材料加工成本上产生很大的经济效益。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。