一种稀土微合金化高密度高强钨镍铜合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钨合金材料技术领域，尤其涉及一种稀土微合金化高密度高强钨镍铜 合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 作为功能材料，钨基合金被广泛应用于航空航天、能源电力、国防军工及核工业等 领域，用来制造陀螺仪转子、火箭喷嘴、穿甲弹弹芯、高压电气开关触头等。由于钨基合金材 料的弹性模量远大于钢铁材料，因此可用来制造内螺纹磨床的磨杆，以减少磨杆在磨削过 程中的弹性变形，确保内螺纹的加工精度和加工效率。但常见的钨基合金与结构钢相比，其 强度低且脆性大，不能满足内螺纹磨杆对材料的强度要求。如何提高钨基合金的强度以发 挥其高刚度的优势，就成为制造满足这类结构件性能要求的前提条件。
[0003] 近年来，不少学者对钨镍铜合金组织、性能强化的研宄集中在原料粉末制备及改 性方面，而钨镍铜合金粉末制备及改性方法主要包括雾化水冷、高能球磨和氧化物还原，所 制备的合金粉末仍存在偏析、夹杂、粒度控制难等问题，极大地制约着鹤镍铜合金组织和力 学性能的进一步提尚。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对上述【背景技术】存在的不足，通过采用一种新型预合金粉末制 备技术，并选择一种可极大提高钨镍铜合金组织性能的微合金元素，来实现微合金元素的 均匀掺杂，最终提供一种稀土微合金化高密度高强钨镍铜合金的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明的稀土微合金化高密度高强钨镍铜合金的制备方法，具体步骤如下：
[0007] (1)按摩尔比为52~53. 4 :1. 5~4. 8 :1. 2~2. 5 :0? 11~0? 34 :2500~3000称 取硝酸钨、硝酸镍、硝酸铜、硝酸钇和水，配成混合溶液；
[0008] (2)在25~40°C条件下，将所得混合溶液与浓度为14. 56~15. 12mol/L的氨水 溶液混合，配成碱性溶液，所用氨水溶液与步骤（1)所得混合溶液的体积比为3 :1，所得碱 性溶液经搅拌、晶化、过滤、洗涤、干燥得到前驱体粉末；
[0009] (3)将前驱体粉末放入还原气氛炉中进行离解、还原处理，得到含钇元素的钨镍铜 合金粉末；
[0010] (4)将含钇元素的钨镍铜合金粉末研磨成细粉，加入成型剂混合，混合后进行球 磨，将球磨后的合金粉末进行压制成型，得到成型坯料；
[0011] (5)将成型坯料加热，脱去成形剂，并在氩气保护气氛下通过高温烧结，得到稀土 微合金化高密度高强钨镍铜合金材料。
[0012] 进一步，步骤（2)配制碱性溶液时是在30°C条件下进行。
[0013] 进一步，步骤（2)中，配制碱性溶液时用恒温磁力搅拌器搅拌，转速lOOOrpm，搅拌 晶化温度53~65°C，晶化时间18~23小时，用真空干燥箱在150°C条件下进行干燥。
[0014] 进一步，步骤（3)中，将前驱体粉末放入碳气氛回转流化炉中，在870~910°C下进 行离解、还原处理。
[0015] 进一步，步骤（4)中，研磨成细粉的合金粉末中加入成型剂，混合1.5小时，然后使 用行星球磨机中球磨22小时，转速为350转/分；坯料成型采用单轴模压成型工艺，成型模 具采用高强WC-Co硬质合金制造而成，成型压力为240MPa。
[0016] 进一步，步骤（5)中，通过在170°C加热条件下脱去坯料中的成形剂。
[0017] 进一步，步骤（5)中，在氩气保护条件下，对已脱去成型剂的坯料进行高温烧结， 烧结温度为1410°C，保温时间1. 4小时，升温速率6°C/min，降温速率15°C/min。
[0018] 本发明以采用液/液掺杂法制备得到的稀土微合金化钨镍铜合金粉末为原料，通 过适当的粉末冶金工艺技术制备的钨镍铜合金，其密度多18.Ig/cm3,抗拉强度多850MPa， 屈服强度彡690MPa。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下特点和优势：
[0020] (1)在制备稀土微合金化钨镍铜合金块体过程中，本发明完全改变了已有方法中 单纯依靠单质金属或金属氧化物作为原材料来制备钨镍铜合金块体的思路，而是采用液/ 液掺杂法，以金属硝酸盐为原料，通过溶液配比、合成工艺优化等解决稀土钇在钨镍铜合金 中的赋存状态，并得到稀土微合金化钨镍铜合金粉末。
[0021] (2)该制备方法具有突出的针对性，成分控制精度高，工艺稳定和重复性强，克服 了因合金元素分布不均和晶粒粗大对所制备的钨镍铜合金的力学性能带来的不良影响。
[0022] (3)在稀土微合金化高密度高强钨镍铜合金块体的制备过程中，采用单轴模压成 形工艺，成形模具采用高强WC-Co硬质合金制造而成，一方面有利于大载荷冷成型过程的 致密化，使成型坯料有较高的密度及组织均匀性，保证烧结后的钨镍铜合金块体在整体上 性能一致；另一方面可减少冷成形过程中因粉体与模具的摩擦而带入杂质，保证冷压钨镍 铜合金坯体组分的整体纯净性。
【具体实施方式】
[0023] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0024] 本发明实施例的稀土微合金化高密度高强钨镍铜合金的制备方法，具体步骤如 下：
[0025] (1)按摩尔比为 52 ~53. 4 :1. 5 ~4. 8 :1. 2 ~2. 5 :0? 11 ~0? 34 :2500 ~3000 称 取硝酸钨、硝酸镍、硝酸铜、硝酸钇和水，配成混合溶液；
[0026] (2)在25~40°C条件下，将所得混合溶液与浓度为14. 56~15. 12mol/L的氨水 溶液混合，配成碱性溶液，所用氨水溶液与步骤（1)所得混合溶液的体积比为3 :1，所得碱 性溶液经搅拌、晶化、过滤、洗涤、干燥得到前驱体粉末；
[0027] (3)将前驱体粉末放入还原气氛炉中进行离解、还原处理，得到含钇元素的钨镍铜 合金粉末；
[0028] (4)将含钇元素的钨镍铜合金粉末研磨成细粉，加入成型剂混合，混合后进行球 磨，将球磨后的合金粉末进行压制成型，得到成型坯料；
[0029] (5)将成型坯料加热，脱去成形剂，并在氩气保护气氛下通过高温烧结，得到稀土 微合金化高密度高强钨镍铜合金材料。
[0030] 在本发明实施例中，步骤（2)配制碱性溶液时是在30°C条件下进行。
[0031] 在本发明实施例中，步骤（2)中，配制碱性溶液时用恒温磁力搅拌器搅拌，转速 lOOOrpm，搅拌晶化温度53~65°C，晶化时间18~23小时，用真空干燥箱在150°C条件下 进行干燥。
[0032] 在本发明实施例中，步骤（3)中，将前驱体粉末放入碳气氛回转流化炉中，在 870~910 °C下进行离解、还原处理。
[0033] 在本发明实施例中，步骤（4)中，研磨成细粉的合金粉末中加入成型剂，混合1. 5 小时，然后使用行星球磨机中球磨22小时，转速为350转/分；坯料成型采用单轴模压成型 工艺，成型模具采用高强WC-Co硬质合金制造而成，成型压力为240MPa。
[0034] 在本发明实施例中，步骤（5)中，通过在170°C加热条件下脱去坯料中的成形剂。
[0035] 在本发明实施例中，步骤（5)中，在氩气保护条件下，对已脱去成型剂的坯料进行 高温烧结，烧结温度为1410°C，保温时间1. 4小时，升温速率6°C/min，降温速率15°C/min。
[0036] 下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。以下实施例中制备的硬 质合金块体材料拉伸强度测试条件符合《GB/T228. 1-2010》标准，密度测试条件符合《GB/ T5163-2006》标准。
[0037] 实施例1
[0038]首先按摩尔比52 :4. 4 :2. 5 :0. 11分别称取硝酸钨（WN03 ? 2H20)、硝酸镍 (Ni(N03) 2 ? 6H20)、硝酸铜（Cu(N03) 2 ? 6H20)和硝酸钇（Y(N03) 3 ? 6H20)，称取的原料具 体用量是：硝酸钨（WN03 ? 2H20)为146. 5g，硝酸镍（Ni(N03) 2 ? 6H20)为12. 8g、硝酸铜 (Cu(N03) 2 ? 6H20)为 7. 4g，硝酸钇（Y(N03) 3 ? 6H20)为 0? 42g，用量筒量取蒸馏水 450ml，将 称取的原料与量取的蒸馏水加入到烧杯中搅拌溶解，获得混合溶液。在30°C条件下，将浓度 为14. 56mol/L氨水溶液中以滴加方式加入到混合溶液，氨水/混合溶液体积比为3 :1，并 在59°C下进行搅拌、晶化18小时，经过滤、150°C真空干燥得到前驱体粉末；
[0039] 取出前驱体粉末，在890°C用碳气氛回转流化炉进行离解、还原处理，得到含钇元 素鹤镍铜合金粉末；
[0040] 将含钇元素钨镍