專利名稱：一種無磁金屬陶瓷模具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬陶瓷材料，具體涉及一種無磁金屬陶瓷模具及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，對磁性材料如NdFeB、鐵氧體、Sm-Co合金等的應(yīng)用越 來越廣泛，對其性能也越來越高。目前，這些磁性材料主要是采用粉末冶金方法來生產(chǎn)。但 由于磁性粉末的磁晶是各向異性，在模壓成形時一般采用強磁場來控制粉末的易磁化方 向，使得壓坯的易磁化方向沿指定方向分布。因此，其對成型模具要求在一定方向上必須是 無磁性的。此外，手表表殼也要求材質(zhì)無磁性且耐磨耐蝕。目前，常用的無磁材料或無磁模具主要為高錳鋼、無磁鋼或無磁不銹鋼。由于這些 鋼材的硬度較低，一般要對采用這些鋼材制作的模具的模腔進行氯化處理以提高其硬度和 耐磨性，盡管如此，硬度也僅為34 47HRC，因此，其耐磨性差，使用壽命短，且由于模壁粗 糙度降低和模腔變形導致其制品的表面質(zhì)量及尺寸精度顯著降低，最終也導致其制品的成 本較高且效益較低。WC-Ni系無磁硬質(zhì)合金具有較高的硬度和強度，且其表面光潔度高、尺 寸穩(wěn)定，是一種較好的無磁模具材料。中國專利CN200810000790. 8“一種鎳鎢、鎳鉻粘結(jié)相 構(gòu)成的無磁硬質(zhì)合金粉末及制備方法”以及中國專利ZL03124256. 1 “無磁硬質(zhì)合金及其制 作方法”分別公開了兩種以金屬鎳和其他金屬單質(zhì)構(gòu)成的WC-Ni系粘結(jié)相的無磁硬質(zhì)合金 以及采用混合球磨的制備方法，但由于其粘結(jié)相為金屬鎳、鎢和其他的金屬單質(zhì)，其在燒結(jié) 過程中的固溶程度對其最終的性能影響較大，而且金屬單質(zhì)鎢的加入易引起晶粒的粗大， 導致這兩個專利報道的材料性能仍較低，耐磨性仍顯不足。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種無磁金屬陶瓷模具及其制備方法，解決現(xiàn)有的無磁硬質(zhì)合金模具 性能較低、耐磨性不足的問題，以提高無磁模具材料的性能。本發(fā)明的一種無磁金屬陶瓷模具，以(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶體粉末、Ni粉末、W 粉末、Cr粉末和Mo粉末作為原料，經(jīng)燒結(jié)制成，其特征在于原料中各組分重量百分比為(W，Ti，Ta，Nb) (C，N)45 65%，Ni 10 25%，W 10 20%，Cr 3 8%，Mo 6 12% ；所述無磁金屬陶瓷模具最終生成相中硬質(zhì)相為(W， Ti，Ta，Nb) (C，N)、粘結(jié)相為 Ni-W-Cr-Mo 固溶體。本發(fā)明一種無磁金屬陶瓷模具的制備方法，順序包括一 .預固溶處理步驟將Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末混合，其中各組分重 量比為Ni 10 25，W 10 20，Cr 3 8，Mo 6 12 ；將混合粉末投入到球磨罐中在行星 式球磨機上進行干磨，時間24 30小時，轉(zhuǎn)速250 350rpm，球料比10 1 15 1，制 備出Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末；二 .原料混合步驟將制備的Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末和(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶 體粉末混合，其中各組分重量百分比為=Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末55 35%，(W, Ti, Ta, Nb)(C,N)固溶體粉末45 65%;投入到球磨罐中在行星式球磨機上進行濕磨，球料比5 1 7 1，轉(zhuǎn)速180 250rpm，時間36 48小時，形成混合原料；三.模壓成型步驟將混合原料加入3wt% 8襯％的聚乙烯醇成型劑，然后模壓 成型構(gòu)成壓坯，模壓壓力150 300MPa ；四.脫脂步驟對壓坯采用真空燒結(jié)爐進行脫脂，真空度不低于5Pa，脫脂溫度 250°C 400°C，保溫時間6 9h ；五.真空燒結(jié)步驟對脫脂后的壓坯采用真空燒結(jié)爐進行燒結(jié)，形成無磁金屬陶 瓷坯體，真空度不低于IX IO-1Pa,燒結(jié)溫度1440°C 1460°C，保溫時間50 80min。本發(fā)明采用Ni、W、Cr和Mo作為無磁粘結(jié)相，并采用高能球磨實現(xiàn)Ni、W、Cr和Mo 的預固溶，可以促進燒結(jié)過程中的固溶進程，避免金屬單質(zhì)的加入造成的燒結(jié)過程中的固 溶不充分，并可提高其強度；同時，還可以顯著降低其制品的居里點，使得其制品在室溫下 完全無磁性。通過采用高硬度的(W，Ti，Ta，Nb) (C，N)固溶體作為硬質(zhì)相原料，可以提高硬 度以增強其耐磨性，延長模具壽命。此外，通過添加抗氧化性能優(yōu)異的粘結(jié)相Cr和高熔點 的Ta、Nb等元素的復式固溶體，可以提高模具的高溫抗氧化性和高溫硬度。本發(fā)明原料全部采用市場銷售(W，Ti，Ta，Nb) (C, N)固溶體粉末、Ni粉末、W粉末、 Cr粉末和Mo粉末，采用現(xiàn)有粉末冶金方法就可以制備；無需改進設(shè)備和工藝，實施簡單、經(jīng) 濟。采用本發(fā)明方法所制造的無磁金屬陶瓷模具，其硬度89. 5 91. 5HRA，抗彎強度 ^ 2IOOMPa,斷裂韌性Kie ^ 12. 5MPa. m1/20其高溫紅硬性、耐磨性、化學穩(wěn)定性和抗沖擊韌性 好，高溫抗氧化能力強，在電工、電子、汽車等無磁模具材料方面具有很好的推廣應(yīng)用前景。
具體實施例方式實施例1 1.預固溶處理將Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末混合，其中各組分重量比 為Ni-22、W-16、Cr-6、Mo_6，配制6組等量的原料粉末，分別投入到球磨罐中在行星式球 磨機上進行干磨，按照表1所示具體工藝參數(shù)，得到對應(yīng)的Al、A2、A3、A4、A5和A6共6組 Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末；表1粘結(jié)相預固溶工藝 2.原料混合將得到的A1、A2、A3、A4、A5、A6共6組Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末分別 與(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶體粉末進行混合，其中各組分重量百分比為=Ni-W-Cr-Mo預固 溶粉末50%，(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶體粉末50% ；投入到球磨罐中在行星式球磨機上進 行濕磨，球料比均為5 1，轉(zhuǎn)速250rpm，時間48小時。得到相對應(yīng)的B1、B2、B3、B4、B5和 B6共6組組混合原料；3.模壓成型將B1、B2、B3、B4、B5和B6共6組混合原料按照表2中的成型劑加入 量及模壓壓力參數(shù)進行模壓成型，并相應(yīng)得到附0、811、812、820、821、830、831、840、841、 B50、B51、B60 和 B61 共 13 組壓坯；表2成型劑加入量及模壓壓力 4.脫脂將 BIO、Bll、B12、B20、B21、B30、B31、B40、B41、B50、B51、B60 和 B61 共 13組壓坯按照表3脫脂工藝進行脫脂，得到對應(yīng)的(10、(11、(12丄20、021丄30丄31丄40、 C41、C50、C51、C60和C61共13組脫脂壓坯，真空度為不低于3Pa ；表3脫脂工藝 5.真空燒結(jié)對 C10、C11、C12、C20、C21、C30、C31、C40、C41、C50、C51、C60、C61 共 13組脫脂壓坯采用真空燒結(jié)爐進行燒結(jié)，真空度不低于IX ICT1Pa,燒結(jié)溫度均為1445°C， 保溫時間 60min，得到對應(yīng)的 D10、Dll、D12、D20、D21、D30、D31、D40、D41、D50、D51、D60 和
D61共13組陶瓷坯體，其力學性能如表4所示。表4無磁金屬陶瓷力學性能 實施例2:1.預固溶處理按照表5中序號1、2、3、4、5、6、7所對應(yīng)的配比，將Ni粉末、W粉 末、Cr粉末和Mo粉末混合，得到對應(yīng)的7組原料粉末，再將其分別投入到球磨罐中在行星 式球磨機上進行干磨，按照表1中編號A4的具體工藝參數(shù)，得到對應(yīng)的？1、？2、？3、？4、？5、 P6和P7共7組Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末；表5無磁金屬陶瓷的組成成分 2.原料混合將P1、P2、P3、P4、P5、P6和P7共7組Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末對應(yīng)按 重量百分比與表5中序號1、2、3、4、5、6、7的(W, Ti, Ta, Nb) (C，N)固溶體粉末進行混合，投 入到球磨罐中在行星式球磨機上進行濕磨，球料比均為7 1，轉(zhuǎn)速180rpm，時間36小時， 得到相對應(yīng)的7組混合原料；3.模壓成型將7組混合原料各加入5%的成型劑，然后進行模壓成型，模壓壓力 均為250MPa，得到相應(yīng)的7組壓坯；4.脫脂對7組壓坯采用真空脫脂，脫脂溫度300°C，保溫時間8h，真空度為5Pa， 得到對應(yīng)的Tl、T2、T3、T4、T5、T6、T7共7組脫脂壓坯；5.真空燒結(jié)對7組脫脂壓坯采用真空燒結(jié)爐進行燒結(jié)，真空度不低于 8. OX 10_2Pa，燒結(jié)溫度及保溫時間如表6所示，得到對應(yīng)的M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7共7組 陶瓷坯體，其力學性能如表7所示。表6真空燒結(jié)工藝 表7無磁金屬陶瓷力學性能 實施例3 1.預固溶處理按照表5中序號4的配比，將Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末 混合，投入到球磨罐中在行星式球磨機上進行干磨，按照表1中編號A3的具體工藝參數(shù)，得 到Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末；2.原料混合將得到的Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末按照表5中序號4的重量百分比 和(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶體粉末混合，投入到球磨罐中在行星式球磨機上進行濕磨，球 料比均為6 1，轉(zhuǎn)速200rpm,時間40小時，得到混合原料；3.模壓成型將混合原料中加入5%的成型劑，然后模壓成型得到壓坯，模壓壓力 250MPa ；4.脫脂對壓坯采用真空燒結(jié)爐進行脫脂，真空度2Pa，脫脂溫度300°C，保溫時間 8h，得到脫脂壓坯；5.真空燒結(jié)將脫脂壓坯采用真空燒結(jié)爐進行燒結(jié)，真空度不低于7. OX 10_2Pa， 燒結(jié)溫度1455°C，保溫時間60min，得到陶瓷坯體，其力學性能硬度90. 8HRA，抗彎強度 2199MPa,斷裂韌性 13. OMPa. m1/2。
權(quán)利要求
一種無磁金屬陶瓷模具，以(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶體粉末、Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末作為原料，經(jīng)燒結(jié)制成，其特征在于原料中各組分重量百分比為(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)45～65％，Ni 10～25％，W 10～20％，Cr 3～8％，Mo 6～12％；所述無磁金屬陶瓷模具最終生成相中硬質(zhì)相為(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)、粘結(jié)相為Ni W Cr Mo固溶體。
2.—種權(quán)利要求1所述無磁金屬陶瓷模具的制備方法，順序包括一.預固溶處理步驟將Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末混合，其中各組分重量比 為Ni 10 25，W 10 20，Cr 3 8，Mo 6 12 ；將混合粉末投入到球磨罐中在行星式球 磨機上進行干磨，時間24 30小時，轉(zhuǎn)速250 350rpm，球料比10 1 15 1，制備出 Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末；二 .原料混合步驟將制備的Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末和(W，Ti，Ta, Nb) (C，N)固溶體 粉末混合，其中各組分重量百分比為=Ni-W-Cr-Mo預固溶粉末55 35%，(W, Ti, Ta,Nb) (C， N)固溶體粉末45 65% ；投入到球磨罐中在行星式球磨機上進行濕磨，球料比5 1 7 1，轉(zhuǎn)速180 250rpm，時間36 48小時，形成混合原料；三.模壓成型步驟將混合原料加入3wt% 8wt%的聚乙烯醇成型劑，然后模壓成型 構(gòu)成壓坯，模壓壓力150 300MPa ；四.脫脂步驟對壓坯采用真空燒結(jié)爐進行脫脂，真空度不低于5Pa，脫脂溫度250°C 400°C，保溫時間6 9h ；五.真空燒結(jié)步驟對脫脂后的壓坯采用真空燒結(jié)爐進行燒結(jié)，形成無磁金屬陶瓷坯 體，真空度不低于IX KT1Pa,燒結(jié)溫度1440°C 1460°C，保溫時間50 80min。
全文摘要
一種無磁金屬陶瓷模具及其制備方法，屬于金屬陶瓷材料，解決現(xiàn)有無磁硬質(zhì)合金模具性能較低、耐磨性不足的問題。本發(fā)明的無磁金屬陶瓷模具，以(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶體粉末、Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末作為原料，經(jīng)燒結(jié)后最終生成相中硬質(zhì)相為(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)、粘結(jié)相為Ni-W-Cr-Mo固溶體；本發(fā)明的方法順序包括預固溶處理、原料混合、模壓成型、脫脂、真空燒結(jié)步驟。本發(fā)明的方法簡單經(jīng)濟，制造的金屬陶瓷模具硬度89.5～91.5HRA，抗彎強度≥2100MPa，斷裂韌性KIC≥12.5MPa.m1/2，在電工、電子、汽車等無磁模具材料方面具有很好的推廣應(yīng)用前景。
文檔編號B22C9/06GK101890476SQ201010223748
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者周敏, 姚振華, 彭倩筠, 李俊, 楊青青, 熊惟皓, 瞿峻, 藺紹江, 黃玉柱 申請人:華中科技大學