一种耐磨钨合金及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种合金，具体的说是一种耐磨钨合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国钨资源丰富，储量和钨产品的消费量在世界上雄居第一位，同时，钨也是我国的战略资源。然而，钨高端制品的生产技术却长期被国外所垄断，尤其是用于高温耐磨环境的钨陀螺仪转子、飞机控制舵平衡锤等，我国主要依赖进口。国内仿制品由于热稳定性差、耐磨损性能低、服役时间短，导致应用推广受到限制。随着现代工业的飞速发展，对于各种高端航空、航天、高速切削机床等高技术设备器件的性能要求日益苛刻，而钨作为此类设备关键部件的一种制备材料，其性能优劣将直接影响设备器件的应用。
[0003]氧化物颗粒弥散强化合金是一种重要的高温结构材料。近些年来，氧化物颗粒弥散强化合金虽取得了一些进展，却仍然存在一定的问题，主要体现在氧化物颗粒尺寸方面，尤其是烧结过程中氧化物颗粒会显著长大，影响了合金高温性能的提高。晶粒细化技术作为改善氧化物颗粒弥散强化合金性能的重要手段，一直是氧化物颗粒弥散强化合金应用开发领域中的研究热点之一。
[0004]机械合金化是一种材料制备新技术，它是将一种或几种金属粉末在球磨机中长时间高能球磨，金属或合金粉末在承受冲击、压缩、摩擦、剪切等作用力下，不断被细化，大致经历扁平化、冷焊合、合金成分均匀化等一系列过程，从而实现粉末颗粒细小均匀并合金化。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种耐磨钨合金及其制备方法，通过添加高温耐磨陶瓷相，制备一种新的高温耐磨钨合金，改善钨部件的性能，从而具备更长的服役时间。
[0006]—种耐磨钨合金，氧化铝和钨的晶粒都非常细小，钨晶粒为0.5?2.1微米，氧化铝晶粒为50?200纳米。
[0007]所述耐磨钨合金的制备方法，包括如下步骤:
步骤一、按照重量百分比为硝酸铝21.75?34.36%，偏钨酸铵25.04?35.66%，柠檬酸40.60?42.59%,称取硝酸铝、柠檬酸和偏钨酸铵;分别在硝酸铝、柠檬酸和偏钨酸铵中加水配成硝酸铝水溶液、柠檬酸水溶液和偏钨酸铵水溶液;其中水的添加量为使硝酸铝、柠檬酸或偏钨酸铵完全溶解为止;将所配硝酸铝水溶液、柠檬酸水溶液和偏钨酸铵水溶液混合均匀得到混合溶液;将所得混合溶液的PH值调节为0.9-2.0，进行溶胶-凝胶化，得到凝胶；将所得凝胶进行烘干，焙烧后得到A1203/W03混合粉末，备用；
步骤二、将Al203/W03混合粉末先在500?600 °C氢气还原反应3?4小时，再在860?9000C氢气还原反应5?6小时，得到Ah03/W混合粉末，备用；
步骤三、在A1203/W混合粉末中加入混合粉末重量0.5?6%的硬脂酸或无水乙醇后，使用行星式球磨机进行高能球磨，磨球直径10mm，球料比为4:1?8:1，转速200?400r/min，球磨时间24?48h，得到球磨后的A1203/W混合粉末，备用；
步骤四、将球磨后的A1203/W混合粉末压制成坯料后，所得坯料在氢气气氛下1500?1700 °C烧结5?1小时，得到钨合金。
[0008]步骤一中所述溶胶-凝胶化的方法为，将混合溶液置于水温90°C的水浴锅中放置
6-8ho
[0009]步骤一中所述烘干为，将所得凝胶置于110°C烘干24_32h。
[0010]步骤一中所述焙烧为，将烘干后凝胶置于580°C下焙烧7小时。
[0011]步骤四中所述将球磨后的A1203/W混合粉末压制成型的方法为，将球磨后的Al2O3/W混合粉末在350MPa压力下冷等静压，保压5分钟压制成坯料。
[0012]步骤四中所述烧结为在中频感应烧结炉内烧结。
[0013]有益效果是:
1、本发明耐磨钨合金的制备方法中，采用硝酸铝溶液与偏钨酸铵粉末的液相混合，硝酸铝和偏钨酸铵成分在焙烧过程中首先受热分解成氧化铝和氧化钨，保证了氧化铝与钨的均匀混合;此外，对混合粉末在氢气还原后进行高能球磨细化，是由于在研究时发现，通过凝胶细化后的氧化钨颗粒在氢气还原过程中会发生一定的吸附聚集，这也同时影响氧化铝颗粒，因此采用球磨这一机械运动方式，将这些吸附聚集的颗粒打碎，并且使钨颗粒和氧化铝颗粒进一步得到细化，从而防止了钨颗粒和氧化铝的聚集长大。
[0014]2、本发明所制备的钨合金中，氧化铝颗粒非常细小且均匀分散于钨基体的晶界和晶内，两者结合力得以提高；而且该合金中含有的一定含量氧化铝的陶瓷相可作为高温抗磨相，满足了钨合金高温抗磨的要求，提高了钨合金的实用性，从而满足相关行业领域对钨合金性能的较高要求。
[0015]3、本发明所制备的钨合金中，氧化铝和钨的晶粒都非常细小，钨晶粒为0.5?2.1微米，氧化铝晶粒为50?200纳米。本发明所制备钨合金的再结晶温度可以达到1600°C左右。相对纯钨材料，显微硬度提高3?20%，高温耐磨性能提高了5?15%。
【具体实施方式】
[0016]一种耐磨钨合金，氧化铝和钨的晶粒都非常细小，钨晶粒为0.5?2.1微米，氧化铝晶粒为50?200纳米。
[0017]所述耐磨钨合金的制备方法，包括如下步骤:
步骤一、按照重量百分比为硝酸铝21.75?34.36%，偏钨酸铵25.04?35.66%，柠檬酸40.60?42.59%,称取硝酸铝、柠檬酸和偏钨酸铵;分别在硝酸铝、柠檬酸和偏钨酸铵中加水配成硝酸铝水溶液、柠檬酸水溶液和偏钨酸铵水溶液;其中水的添加量为使硝酸铝、柠檬酸或偏钨酸铵完全溶解为止;将所配硝酸铝水溶液、柠檬酸水溶液和偏钨酸铵水溶液混合均匀得到混合溶液;将所得混合溶液的PH值调节为0.9-2.0，进行溶胶-凝胶化，得到凝胶；将所得凝胶进行烘干，焙烧后得到A1203/W03混合粉末，备用；
步骤二、将A1203/W03混合粉末先在500?600 °C氢气还原反应3?4小时，再在860?900°C氢气还原反应5?6小时，得到AI2O3/W混合粉末，备用；
步骤三、在A1203/W混合粉末中加入混合粉末重量0.5?6%的硬脂酸或无水乙醇后，使用行星式球磨机进行高能球磨，磨球直径10mm，球料比为4:1?8:1，转速200?400r/min，球磨时间24?48h，得到球磨后的A1203/W混合粉末，备用；
步骤四、将球磨后的A1203/W混合粉末压制成坯料后，所得坯料在氢气气氛下1500?1700 °C烧结5?1小时，得到钨合金。
[0018]步骤一中所述溶胶-凝胶化的方法为，将混合溶液置于水温90°C的水浴锅中放置
6-8ho
[0019]步骤一中所述烘干为，将所得凝胶置于110°C烘干24_32h。
[0020]步骤一中所述焙烧为，将烘干后凝胶置于580°C下焙烧7小时。
[0021]步骤四中所述将球磨后的A1203/W混合粉末压制成型的方法为，将球磨后的Al2O3/W混合粉末在350MPa压力下冷等静压，保压5分钟压制成坯料。
[0022]步骤四中所述烧结为在中频感应烧结炉内烧结。
[0023]以下结合具体实施例对本发明耐磨钨合金的制备方法进行具体说明，但这并不限定本发明的技术方案。
[0024]实施例1
本实施例制备的钨合金采用原料各组分的重量百分比为:硝酸铝21.75%，偏钨酸铵35.66%，柠檬酸42.59%。
[0025]本实施例钨合金的制备方法包括以下步骤:
1)根据上述重量百分比称取硝酸铝、偏钨酸铵和柠檬酸粉末，分别加水配成溶液，再将三种溶液混合均匀，用氨水调节其PH值至0.9，置于水温90°C的水浴锅中放置6h，使之溶胶-凝胶化，然后在110°C烘干24h得到干凝胶，再将干凝胶在580°C下焙烧7h，得到A1203/W混合粉末；
2)将A1203/W混合粉末在500°C下氢气还原3小时把混合粉末中的三氧化钨还原为二氧化钨，再在900 °C下氢气还原5小时把混合粉末中的二氧化钨还原为钨粉；
3)往还原后的A1203/W混合粉末中添加混合粉末重量1.5%的硬脂酸，在行星式球磨机上，用不锈钢罐和直径为1mm的磨球、转速200r/min、球料比6:1条件下球磨24h;
4)把球磨后的混合粉末在35