一种高密度飞块的钨合金配方及其低温烧结制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钨基高密度合金配方，尤其是钨基高密度合金中的W-Ni-Mn系合 金配方，更确切地的说是一种高密度飞块的钨合金配方及其低温烧结制备方法。属于钨合 金材料及制备技术领域。
[0002]
【背景技术】 钨基高密度合金（Tungsten Heavy Alloys，WHAs)也被称作"高密度合金"或"钨基重 合金"，它是一种以钨为硬质相，以镍、铜或镍、铁等为黏结相构成的复合材料。钨基高密度 合金具有密度高、强度高、延性好、韧性好、热膨胀系数小等一系列优异特性，被广泛的应用 在信息、能源、冶金、航空航天、国防军工和核工业等领域。
[0003] 飞块是工程机械发动机分配泵调速控制器中的一个关键零件。在工作时，四只 飞块同时由飞块座带动作高速旋转，在不同转速下飞块张开角度不同，改变油量调节杆的 位置，从而调节油量以控制发动机速度，保证柴油发动机：（1)稳定在怠速转动时的最低转 速，使发动机不熄火。（2)限制柴油机的最高转速，防止飞车。飞块是发动机中一个致关重 要的部件。
[0004] 从飞块的工作状况来看，飞块既要有高的密度和一致的质量，高的力学性能又要 有高的尺寸精度和低的表面粗糙度，才能确保油泵仍至整个发动机的正常工作。由于飞块 形状复杂、技术要求高，长期以来一直依赖进口。
[0005] 钨基高密度合金的主要成分是钨，此外还必须添加一些黏结金属，以起到液相烧 结的作用。根据添加的黏结金属来分类，可分为W-Ni-Fe高密度合金，W-Ni-Cu高密度合金， W-Ni-Co高密度合金和W-Ni-Mn高密度合金等。
[0006] 对于W-Ni-Fe系高密度合金，当《 (Ni) /? (Fe) =7/3时，形成液相的温度最低，为 1435°C ;对于W-Ni-Co系高密度合金，当Co的含量为0时，形成液相的温度最低，此时液相 生成温度即为Ni的熔点1455°C，随着Co含量的增加，液相生成温度提高；对于W-Ni-Cu系 高密度合金，其Ni-Cu二元是完全固溶体系，当《 (Ni)/? (Cu)=4/6时，液相生成温度至少 为1250°C以上；而对于W-Ni-Mn系高密度合金，当《 (Ni) / ? (Mn) =4/6时，Ni与Mn结合形 成黏结相的液相生成的熔点约为l〇14°C，与Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cu作为黏结相比，其液相生 成温度大大降低。
[0007] 常规的以钨为基，Ni、Fe、Cu等为黏结相的钨基高密度合金的烧结温度高，对烧结 炉的要求高，且对烧结炉的损害严重，从而缩短了其使用寿命。而Mn与Ni结合形成黏结相 的液相生成的熔点约为1040°C，不仅可以减少对烧结炉的损伤，还可以在很大的程度上节 约烧结成本。
[0008]目前飞块生产的主要是铁基粉末冶金制品，由于铁的密度只有7. 86g/cm3,其粉末 冶金飞块的密度最多不超过铁的密度。因而生产的铁基飞块密度不高，无法完全满足飞块 高密度的要求。而钨的密度高达19. 3g/cm3,是铁的两倍多，用来生产高密度飞块具有很广 阔的前景。
[0009] 目前，国内外关于钨基高密度合金的应用已有很多报道，如申请号为 US19970874360的美国专利，发现了 W-Ni-Mn系高密度合金在绝热剪切带方面的应用，还发 现W-Ni-Mn系高密度合金可以替代目前的铁基粉末冶金制品。但运用这种成分获得的高密 度合金主要是针对其在绝热剪切带方面的应用。由于其烧结温度仍然较高，且粉末的成形 性不好，应用到复杂形状飞块仍存在一定问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种钨基高密度合金配方，尤其是钨基高密度合金中的 W-Ni-Mn系合金配方，更确切地的说是一种低温烧结制备高密度飞块的钨基高密度合金配 方。利用该配方，可以生产制备出复杂形状的高密度飞块，生产的飞块具有密度大，硬度高， 实际使用效果好等优点。
[0011] 实现本发明的技术方案实现为： 一种高密度飞块的钨合金配方，所述钨合金属于钨基高密度合金中的W-Ni-Mn系，具 体包括以下组份，各组份的质量比为：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :3-5 :3-5: 0? 5-1. 5 :0-1 :1。
[0012] 其中，W粉中粗W粉占60%，细W粉占40%，两者的粒度分别为200目和100目。
[0013]最优方案为 W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :4 :4 :0. 5 :0. 5 :1。
[0014] 上述高密度飞块的低温烧结制备方法，按下述方法制备： 第一步，将原料粉末加入反应器，加入研磨介质及钢球，混合搅拌； 第二步，挥发研磨介质，将混合后的粉末放到事先涂抹润滑剂的模具中，高压压制； 第三步，对压制后的飞块进行氢气气氛烧结，烧结温度为ii〇(Ti2〇(rc，烧结时间为 2~3h，即制得高密度飞块。
[0015] 其中，第一步中研磨介质选用乙醇，球料比为3:1，混合时间为12小时。
[0016] 第二步中润滑剂选用硬脂酸锌和酒精的混合溶液，高压压力为200MPa。
[0017] 第三步中烧结温度为1120°C，烧结时间为2h。
[0018] 本发明专利与现有技术相比其显著优点为： (1) 采用不同粒度的钨粉和多种合金元素相配合可以改善粉末的成形性能，多种合金 元素还有利于活化烧结，其中1%的Sn粉可将烧结温度降低200°C左右。 (2) 采用正交设计方法系统研究了不同配比对高密度合金性能的影响，所得出的高性 价比配比可靠全面，具有代表意义。（3)总的来说，该配方具有烧结温度低，烧结致密性好， 烧结飞块成品密度高，硬度高，总体质量高等优点。
[0019]
【附图说明】
[0020] 图1是本发明实施例的相对密度分析图。
[0021] 图2是本发明实施例的布氏硬度分析图。
[0022] 图3是本发明制备的高密度飞块的实物图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明包含以下内容，但并不仅限于以下 内容。
[0024] 实施例1 一种高密度飞块的低温烧结制备方法，按下述方法制备： 第一步，将原料粉末加入反应器，加入研磨介质乙醇及钢球，混合搅拌，球料比为3:1， 混合时间为12小时。
[0025] 第二步，冷风挥发乙醇，将混合后的粉末放到事先涂抹润滑剂的模具中，高压 200MPa压制，所述润滑剂选用硬脂酸锌和酒精的混合溶液； 第三步，对压制后的飞块进行氢气气氛烧结，烧结温度为1120°C，烧结时间为2h，即制 得高密度飞块。
[0026] 上述高密度飞块的钨合金属于钨基高密度合金中的W-Ni-Mn系，具体包括以下组 份，各组份的质量比为：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90 :3-5 :3-5 :0. 5-1. 5 :0-1 : 1〇
[0027] 其中，W粉中粗W粉占60%，细W粉占40%，两者的粒度分别为200目和100目。
[0028]最优方案为 W 粉：Ni 粉：Mn 粉：Cu 粉：Co粉：Sn 粉=90 :4 :4 :0. 5 :0. 5 :1。
[0029] 表1给出了本发明了几个优选实例，其中W的质量均为90g，Sn的质量均为lg。所 有实例均是按照正交试验设计的方法设计的，制备方法如实施例1所述： 表1高密度飞块试验结果_
【主权项】
1. 一种高密度飞块的钨合金配方，其特征在于：所述钨合金属于钨基高密度合金中的 W-Ni-Mn系，具体包括以下组份,各组份的质量比为：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉 =90 :3-5 :3-5 :0? 5-1. 5 :0-1 :1。
2. 按权利要求1所述的钨合金配方，其特征在于：W粉中粗W粉占60%，细W粉占40%， 两者的粒度分别为200目和100目。
3. 按权利要求1所述的钨合金配方，其特征在于：最优方案为W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉： Co 粉：Sn 粉=90 :4 :4 :0? 5 :0? 5 :1。
4. 一种如权利要求1所述高密度飞块的低温烧结制备方法，其特征在于按下述方法制 备： 第一步，将原料粉末加入反应器，加入研磨介质及钢球，混合搅拌； 第二步，挥发研磨介质，将混合后的粉末放到事先涂抹润滑剂的模具中，高压压制； 第三步，对压制后的飞块进行氢气气氛烧结，烧结温度为ii〇(Ti2〇(rc，烧结时间为 2~3h，即制得高密度飞块。
5. 按权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第一步中研磨介质选用乙醇，球料比为 3:1，混合时间为12小时。
6. 按权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第二步中润滑剂选用硬脂酸锌和酒精 的混合溶液，高压压力为200MPa。
7. 按权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第三步中烧结温度为1120°C，烧结时间 为2h。
【专利摘要】本发明公开了一种高密度飞块的钨合金配方及其低温烧结制备方法。配方包括以下组份，各组份的质量百分比为：W粉：Ni粉：Mn粉：Cu粉：Co粉：Sn粉=90：3-5：3-5：0.5-1.5：0-1：1，其中粗W粉占60%，细W粉占40%。其中最优配比为90W-4Ni-4Mn-0.5Cu-0.5Co-1Sn。其制备方法为在氢气气氛中1120℃烧结2h。本发明与其它发明专利对比的优势：采用不同粒度的钨粉和多种合金元素相配合可以改善粉末的成形性能，多种合金元素还有利于活化烧结，其中1%的Sn粉可将烧结温度降低200℃左右。采用正交设计方法系统研究了不同配比对高密度合金性能的影响，所得出的高性价比配比可靠全面，具有代表意义。总的来说，该配方及制备方法制备的飞块具有烧结温度低，烧结致密性好，总体质量高等优点。
【IPC分类】C22C27-04, B22F3-16, C22C1-04, B22F1-00
【公开号】CN104745907
【申请号】CN201310734441
【发明人】王广, 范李鹏, 申小平, 李蓉, 贺萍
【申请人】南京理工大学, 南京理工金宁粉末冶金有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月27日