[发明专利]Ni-W梯度材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种梯度材料及其制备方法，尤其是一种Ni-W梯度材料及其制备方法。

背景技术

Ni-W梯度材料具有优良的耐磨、耐蚀、耐酸和抗高温氧化性能，被广泛用于铸造模具、热锻模具、轴承、注塑用螺杆等的表面强化，还可作为热沉材料使用。

Ni-W梯度材料的制备研究目前国内外尚无报道，但在Ni-W合金材料的制备方面国内有较少的报道。目前，国内外Ni-W合金材料的制备方法主要有电沉积法、真空烧结法和真空熔炼法。

应用脉冲电沉积技术能够减弱析氢反应，有利于消除氢脆、点蚀、降低应力，并且能有效地提高电流效率。《江南大学学报(自然科学版)》2006年03期报道了脉冲电沉积Ni-W合金镀层的摩擦磨损性能，其利用脉冲电沉积方式在45钢制备出了Ni-W合金镀层。研究表明，合金镀层的高温耐磨性能明显优于45 钢。原因在于，W的加入细化了晶粒，提高了合金镀层的显微硬度，起到了固溶强化和晶界强化的作用。同时， 由于W有高热导性、高温红硬性以及抗氧化等特点，阻止了由高温氧化造成的塑形变形和热粘着，提高了镀层的耐磨性能。但是，采用这种方法制备的Ni-W合金镀层中，W含量含量较低，一般保持在60wt%以下，不能制备出合金表面具有高W含量，合金中W、Ni含量呈现出梯度变化的梯度层，在一定程度上影响了镀层的综合力学性能和高温抗氧化性。

中国专利申请号201110273196.8公开了一种用真空烧结制备Ni-W合金的方法，其利用真空烧结的方法成功制备了Ni-W合金。该方法以纯度不低于99%的Ni粉和纯度不低于99%的W粉，经过不同重量配比的两种粉末在在不同时间和不同球磨比的条件下进行球磨；然后进行压制，在对压坯进行真空烧结和随炉冷却的工艺，最后将Ni-W合金机加工成成品即可。采用这种方法制备Ni-W合金具有工艺简单，生产成本低，能够制备出较为致密的Ni-W合金。但是，这种方法制备的Ni-W合金中，W含量相对较低，一般在25～30%wt之间，如果进一步提高合金中的W含量，将会影响合金的致密度，降低合金的力学性能和高温抗氧化性。同时，这种采用方法不能制备Ni、W含量具有梯度变化的材料。

此外，中国专利申请号201110280220.0公开了一种熔炼法制备Ni-W合金的方法，其在真空烧结法制备Ni-W合金的基础上，将烧结后的Ni-W合金放入高温熔炼炉中，先对炉内抽真空，然后向炉内冲入保护性气体进行加热熔炼，最后进行机加工制备成Ni-W靶材成品。采用这种熔炼方法制备的Ni-W合金本质上和真空烧结法制备Ni-W合金没有区别，只是提高了熔炼温度，在一定程度上提高了Ni-W合金的致密度，减小了成分偏析，对合金材料的力学性能和高温抗氧化性有所提高。但是，采用这种方法处理后，仍然不能制备出合金表面具有高W含量，合金中Ni、W含量具有梯度变化的材料。

上面的分析表明，目前尚无Ni-W梯度材料及其制备方法，即使在制备与此材料类似的Ni-W合金材料上也存在如下的不足：（1）制备过程中不能制备出合金表面具有高W含量的梯度材料。（2）如果过高提高Ni-W合金中W的成分就会降低合金的致密度，降低合金的耐磨、耐蚀、耐酸和抗高温氧化性。（3）不能够制备出既具有良好耐磨、耐蚀、耐酸和抗高温氧化，又具有Ni、W含量梯度变化的材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有梯度变化层的Ni-W梯度材料；本发明还提供了该Ni-W梯度材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其中间为镍层，两侧为钨层；所述镍层与钨层之间有梯度分布层，所述梯度分布层向钨层方向镍含量梯度降低、钨含量梯度升高。

本发明所述梯度分布层的厚度为110μm～360μm。

本发明的制备方法是在NaCl-KCl-NaF-WO₃熔盐体系中，以金属Ni为阴极，金属W为阳极，在直流脉冲电流的作用下电沉积，所述的Ni阴极即可沉积为Ni-W梯度材料。

本发明方法所述的熔盐按下述摩尔分数配置：NaCl 0.25～0.36、KCl 0.25～0.36、NaF 0.17～0.3、WO₃ 0.1～0.20。

本发明方法的工艺步骤为：（1）将装有NaCl、KCl、NaF和WO₃混和物的石墨容器加热至700℃～900℃，保温使熔盐达到稳定；