高强度的耐磨无磁硬质合金及其制备方法与流程

本发明涉及材料科学及其制备的领域，尤其涉及一种高强度的耐磨无磁硬质合金及其制备方法。

背景技术：

磁性材料是一种重要的基础材料，硬质合金可以分为有磁硬质合金和无磁硬质合金,硬质合金采用碳化钨作硬质相，以铁、钴、镍作粘结相，外加钛或钒的碳化物或硼化物或氮化物、并外加碳化钽或碳化铌，还外加碳，经湿磨、压制、真空烧结而成，该硬质合金为有磁硬质合金，有磁硬质合金在生产磁瓦模具时，粘料严重，不易脱模，压制成品低，因此使用范围较窄。无磁硬质合金主要用于磁性材料生产中的模具、石油工业的密封环和罐头行业的制罐。

现有的无磁硬质合金的强度低，导致合金变得易碎，导致了适应性差不能在烧结时模具容易碎裂的问题，现有的无磁硬质合金的耐腐蚀性差，导致合金的寿命降低的问题，大体积的wc-ni系无磁硬质合金模具由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀，在实际生产中，粘结相元素扩散等因素难以控制，从而导致生产困难的问题。

中国专利公告号为cn107267835a公开的《一种无磁硬质合金及其制备方法》，其包括了如下质量百分比的配方组分：碳化钨及钨金属的混合物75～80%，镍粉17～20%，碳化铬0.5～2.5%，氧化铈粉0.15～0.5%，铜粉1.5～3.0%。其的制备方法包括如下步骤：(1)将过量钨粉与碳黑混合，经碳化后获得碳化钨及钨金属的混合物；(2)将混合物研磨过筛得到混合粉；(3)取用混合粉、碳化铬粉、镍粉、稀土氧化物粉和铜粉混合得到复合粉；(4)对复合粉进行球磨，烘干后得到球磨产物；(5)将球磨产物压制成型得到坯料；(6)对坯料进行烧结，冷却后得到产品。但是采用上述的方法制备的无磁硬质合金强度与硬度均仍存在不足，因此，其耐磨性能也不够，从而使得其制备工艺与生产及原料成本高。

因此，如何来提供一种高强度的耐磨无磁硬质合金，解决上述技术问题。同时现有的无磁硬质合金通常为一层，还没有多层的无磁硬质合金材料及产品。

技术实现要素：
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本发明提供一种高强度的耐磨无磁硬质合金，解决了现有的无磁硬质合金的强度低耐磨性不够，导致合金变得易碎，导致了适应性差不能在烧结时模具容易碎裂的问题，现有的无磁硬质合金的耐腐蚀性差，导致合金的寿命降低的问题，大体积的wc-ni系无磁硬质合金模具由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀，在实际生产中，粘结相元素扩散等因素难以控制，从而导致生产困难的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种高强度的耐磨无磁硬质合金，包括无磁不锈钢和无磁硬质粉末层，所述无磁硬质粉末层包括粘结相和硬质相，其特征在于：所述无磁硬质粉末层通过等离子热喷涂于无磁不锈钢外表面上；所述粘结相为含30-35％w的镍钨合金粉，或为含16-36％w和3.5-15％al的镍钨铝合金粉或为含8-40％cr的镍铬合金粉，或为含5-45％cr和4-14％al的镍铬铝合金粉。

所述硬质相为碳化钨粉和碳化钼合金粉及含15-20％cr3c2的碳化钨-碳化铬合金粉的混合。

所述无磁硬质粉末层中的粘结相的质量占总量的10-50％，所述无磁硬质粉末层中的硬质相的质量占总量的90-50％。

控制所述硬质相中碳化钨粉和碳化钨-碳化铬合金粉的颗粒度均为65-18μm。

所述无磁不锈钢中包括如下质量比元素，碳元素占比为0.05-0.082，硅元素占比≤1.0，锰元素占比为1.2-3.6，磷元素占比≤0.038，硫元素占比≤0.034，氮元素占比为0.42＜n＜0.5，铬元素占比为16.5-19.8，的镍元素占比为2.6＜ni＜12.2，其余元素为铁元素。

本发明的另一目的是公开一种高强度的耐磨无磁硬质合金的制备方法，包括无磁硬质粉末层的制备，具体步骤如下：

1）合金雾化，将粘结相是经合金雾化处理，为雾化粘结相，

2）球磨混料，将雾化粘结相和硬质相置于球磨装置中，进行球磨混料处理12-60小时，控制球料比为5-6∶1，得球磨混料粉末，

3）喷雾干燥，将步骤2）的粉末和粘结剂在喷雾装置中进行喷雾干燥制粒处理为无磁硬质合金粉末，控制喷雾干燥温度为150-300℃；

4）真空烧结，将步骤3）喷雾干燥制粒后的所述的无磁硬质合金粉末进行真空烧结，为真空烧结无磁硬质合金粉末控制真空烧结的温度为900-1400℃，烧结时间1-4小时，

5）筛分，将真空烧结无磁硬质合金粉末经筛分处理为高强度的耐磨无磁硬质合金。

所述粘结剂为聚乙稀醇或聚乙稀吡洛烷酮或聚乙稀醇和聚乙稀吡洛烷酮的混合。

与相关技术相比较，本发明方法，制备提供的一种高强度的耐磨无磁硬质合金，具有如下有益效果：

本发明提供一种高强度的耐磨无磁硬质合金及制备方法，通过控制有效的恢复和稳定奥氏体组织，从而消去磁性，镍元素形成和稳定奥氏体，锰元素是促使奥氏体生成的元素，扩大铬元素-镍元素奥氏体区，改善其物理性能，氮元素和锰元素配合稳定钢的奥氏体组织，氮元素又是间隙固溶的元素，可有效地提高无磁不锈钢的强度，解决了现有的无磁硬质合金的强度低，导致合金变得易碎，导致了适应性差不能在烧结时模具容易碎裂等的问题。

本发明的一种高强度的耐磨无磁硬质合金的制备方法，通过控制有效的恢复和稳定奥氏体组织，从而消去磁性，铬元素是不可缺少的抗氧化，抗腐蚀的高纯化元素，添加铬元素能够大幅度的增强合金的耐腐蚀性能，解决了现有的无磁硬质合金的耐腐蚀性差，导致合金的寿命降低的问题。

本发明，通过无磁硬质合金粉涂在与在物理磁性能上低于目前市场上无磁不锈钢，用本发明方法制备的粉末粘结相与硬质相分布较为均匀，团聚密度高，流动性好，可满足离子热喷涂工艺的要求；使用该粉末可制备出涂层致密、结合强度高的无磁硬质合金涂层解决了大体积的wc-ni系无磁硬质合金模具由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀，在实际生产中，粘结相元素扩散等因素难以控制，从而导致生产困难的问题。

利用本发明方法制备的高强度的耐磨无磁硬质合金，采用上述的组分结构，其强度高达3650n/mm²及以上，而硬度达85-90hra。

附图说明

图1所示为本发明的无磁不锈钢元素的分布示意图；

图2为本发明的无磁硬质合金粉末层粘结相各组分含量的示意图。

图中：3、碳元素，4、硅元素，5、锰元素，6、磷元素，7、硫元素，8、氮元素，9、铬元素，10、镍元素，11、铁元素，12、镍钨合金粉，13、镍钨铝合金粉，14、镍铬合金粉，15、镍铬铝合金粉，16、碳化钨粉，17、碳化钨-碳化铬合金粉。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。质量份或质量比

实施例：

如图1、图2、，其中，图1为本发明提供的一种高强度的耐磨无磁硬质合金的一种较佳实施例的无磁不锈钢元素比例示意图；图2为本发明无磁硬质合金粉末层的各组分的分布示意图；本发明公开的一种高强度的耐磨耐磨无磁硬质合金，包括无磁不锈钢其各元素组分和无磁硬质粉末层，无磁不锈钢的外表面通过等离子热喷涂将无磁硬质粉末层喷洒于其外表面，无磁硬质粉末层以含30-35％w的镍钨合金粉12为粘结相，或是无磁硬质粉末层以含16-36％w、3.5-15％al的镍钨铝合金粉13为粘结相,或无磁硬质粉末层是以含8-40％cr的镍铬合金粉14为粘结相，或无磁硬质粉末层是以含5-45％cr、4-14％al的镍铬铝合金粉15为粘结相，或无磁硬质粉末层是以碳化钨粉16为硬质相，或无磁硬质粉末层是以含15-20％cr3c2的碳化钨-碳化铬合金粉17为硬质相。

本发明无磁硬质粉末层包括粘结相和硬质相，无磁硬质粉末层中的粘结相的质量占总量的10-50％，而无磁硬质粉末层中的硬质相的质量占总量的90-50％，粘结相能够增加无磁硬质粉末层的粘结性。

本发明所述的粘结相是通过合金雾化制得，粘结相粉末颗粒度为103-2.4μm，合金雾化采用真空雾化，合金雾化便于材料的混合研磨。

本发明的硬质相中碳化钨粉16和碳化钨-碳化铬合金粉17的颗粒度为65-18μm，或者是硬质相中碳化钨-碳化铬合金粉17的颗粒度控制在74-1.25μm。

本发明无磁硬质粉末层包括粘结相、硬质相，经球磨混料和喷雾干燥，将粘结相与硬质相置于球磨罐，球磨混料12-60小时，球料比为5-6∶1，将粉末进行喷雾干燥制粒，喷雾干燥用粘结剂为聚乙稀醇或聚乙稀吡洛烷酮，喷雾干燥能够减少真空烧结的步骤时长有利于合金凝结。

本发明无磁硬质粉末层采用包括如下的方法喷雾干燥、真空烧结、筛分和无磁硬质合金粉末，喷雾干燥温度一般控制在150-300℃，经喷雾干燥制粒后的该种无磁硬质合金粉末进行真空烧结，真空烧结的温度为900-1400℃，真空烧结的烧结时间1-4小时，真空烧结后产品进行筛分，真空烧结能够使得合金凝结。

本发明的无磁不锈钢中的碳元素3占比为0.05-0.082，无磁不锈钢中的硅元素4占比≤1.0，无磁不锈钢中的锰元素5占比为1.2-3.6，无磁不锈钢中的磷元素6占比≤0.038，无磁不锈钢中的硫元素7占比≤0.034，无磁不锈钢中的氮元素8占比为0.42＜n＜0.5，无磁不锈钢中的铬元素9占比为16.5-19.8，无磁不锈钢中的镍元素10占比为2.6＜ni＜12.2，无磁不锈钢中其余元素为铁元素11，铬元素9能够增强合金的抗腐蚀性。

本发明提供的一种高强度的无磁硬质合金的工作原理如下：由于本发明的无磁硬质合金的强度增强，使得制成的模具能够适应更强的烧结环境，由于本发明的无磁硬质合金的耐腐蚀性增强，使得该无磁硬质合金制成的模具在存放时很难被外界环境腐蚀，无磁硬质合金粉涂在与在物理磁性能上低于目前市场上无磁不锈钢，用该方法制备的粉末粘结相18与硬质相19分布较为均匀，团聚密度高，流动性好，可满足离子热喷涂工艺的要求；使用该粉末可制备出涂层致密、结合强度高的无磁硬质合金涂层，解决了大体积的wc-ni系无磁硬质合金模具由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀，镍元素10形成和稳定奥氏体，锰元素5是促使奥氏体生成的元素，扩大铬元素9-镍元素10奥氏体区，改善其物理性能，氮元素8和锰元素5配合稳定钢的奥氏体组织，氮元素8又是间隙固溶的元素，可有效地提高无磁不锈钢的强度。

与相关技术相比较，本发明提供的一种高强度的耐磨无磁硬质合金及其制备方法，具有如下有益效果：

本发明提供的一种高强度的耐磨无磁硬质合金，通过控制有效的恢复和稳定奥氏体组织，从而消去磁性，镍元素10形成和稳定奥氏体，锰元素5是促使奥氏体生成的元素，扩大铬元素9-镍元素10奥氏体区，改善其物理性能，氮元素8和锰元素5配合稳定钢的奥氏体组织，氮元素8又是间隙固溶的元素，可有效地提高无磁不锈钢的强度，解决了现有的无磁硬质合金的强度低，导致合金变得易碎，导致了适应性差不能在烧结时模具容易碎裂的问题。

本发明提供无磁硬质合金，通过控制有效的恢复和稳定奥氏体组织，从而消去磁性，铬元素9是不可缺少的抗氧化，抗腐蚀的高纯化元素，添加铬元素9能够大幅度的增强合金的耐腐蚀性能，解决了现有的无磁硬质合金的耐腐蚀性差，导致合金的寿命降低的问题。

本发明的无磁硬质合金，无磁硬质合金粉涂在与在物理磁性能上低于目前市场上无磁不锈钢，用该方法制备的粉末粘结相18与硬质相19分布较为均匀，团聚密度高，流动性好，可满足离子热喷涂工艺的要求；使用该粉末可制备出涂层致密、结合强度高的无磁硬质合金涂层解决了大体积的wc-ni系无磁硬质合金模具由于模具体积大，模具内外的碳含量不易控制的均匀，在实际生产中，粘结相元素扩散等因素难以控制，从而导致生产困难的问题。

采用本发明的上述方法制备的无磁硬质合金，由于采用无磁硬质粉末层包裹于无磁不锈钢的外表面，从而大幅度的提高了其性能，如硬度更强度更大。经检测其性能，硬度在88-90hra；强度在3680n/mm²，并具有耐磨性能。

对比实施例质量份或质量比

对比实施例的无磁硬质合金产品其无磁硬质合金由粘接相粉末与硬质相粉末复合制成，粘结相含量为20%左右的mo的镍钼合金粉或20%左右的cr和15%左右的镍钼合金粉构成；所述硬质相为20-40%cr3c2的碳化钨与碳化铬的混合；粘结相经雾化处理为粉末颗粒后，将粘结相和硬质相混合置于球磨罐中，球磨混合均匀为混合粉末，将混合粉末制为颗粒，最后将颗粒经真空烧结为无磁硬质合金产品或将其粉碎后经筛分为无磁硬质合金粉末产品。上述制备的无磁硬质合金产品；经检测，其强度在2150-2500n/mm²，而硬度也小于80hra。硬度不高相应的耐磨性能也不佳。

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，凡是利用本说明书及附图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。