[发明专利]精密仪器用高耐磨钨合金粉末冶金材料及其制备方法

说明书

本发明属于钨合金材料领域，公开了一种精密仪器用高耐磨钨合金粉末冶金材料及其制备方法。所述钨合金的质量百分数组成为：钨88.3～93.0％，粘结相镍和铁6.0～7.0％，氧化铝0.1～3.0％，氧化锆0.08～2.1％，以及不可避免的微量杂质。制备步骤如下：将各组分混合均匀后进行低能球磨、冷等静压压制成型、烧结、淬火处理后即获得高耐磨的钨合金。所得钨合金的硬度大于430HV，屈服强度大于1400MPa。本发明通过添加适量的3mol.％Y₂O₃部分稳定ZrO₂和α‑Al₂O₃纳米颗粒，细化钨晶粒，提高钨合金的硬度和耐磨性能，同时利用ZrO₂相变增韧机理改善钨合金的强韧性，适用于精密仪器领域。

技术领域

本发明属于钨合金材料领域，具体涉及一种面向精密仪器的添加有陶瓷颗粒的高耐磨钨合金粉末冶金材料及其制备方法。

背景技术

高密度钨合金是一类以钨为基体(钨含量为85％～99％)，并添加有少量Ni、Cu、Fe、Co、Mo等元素组成的合金。高密度钨合金不仅熔点高，强度高、硬度高，而且热膨胀系数小，导电导热性能好，塑性好，具有一定的加工性能。这些优异的性能使其在民用工业特别是在现代国防、核工业中得到广泛应用，如高端手表中的飞轮以及兵器工业中的穿甲弹和破甲弹，航空航天中导航仪表的陀螺仪外缘转子等。随着精密仪器与医疗器械需求的飞速增长，对精密仪器用材料的生产和应用提出了越来越高的要求。高密度钨合金比重大，相比于其他传统结构材料更为耐磨、耐蚀，且强韧性好、吸收射线能力强，是十分理想的精密仪器用材料。但目前精密仪器用钨合金材料的耐磨性能仍有待进一步提高，以期解决精密仪器中关键零部件长期使用过程中精度失效的难题。氧化铝和氧化锆陶瓷具有高硬度、优良的耐磨性、热性能和高温力学性能等，在冶金工业、机械加工、医学工程、航空航天等领域得到广泛应用。但目前鲜有将氧化铝和氧化锆同时用于改善高密度钨合金的报道。

专利CN105603235A介绍了一种耐磨钨合金及其制备方法，其采用硝酸铝、柠檬酸和偏钨酸铵为原料，配制成溶液并混合，溶胶凝胶化，对凝胶烘干、焙烧、还原后使用行星式球磨机进行球磨，最后经过烧结获得钨合金。整个制备过程复杂难以控制，且成本高，不适合进行工业化生产。此外该钨合金不含有粘结相，变形加工能力差，难以满足高精度零部件的成形要求。Hu Ke等于2015年636卷452～458页《Materials ScienceEngineering A》上发表的论文“Fabrication,characterization,and mechanical properties of 93W–4.9Ni–2.1Fe/95W–2.8Ni–1.2Fe–1Al₂O₃heavy alloy composites”中研究了Al₂O₃对95W显微组织和力学性能的影响。研究表明，Al₂O₃降低了钨晶粒的尺寸，在高温压缩下具有更高的变形抗力。然而该论文未能对材料中的W、Ni、Fe和Al₂O₃的成分配方进行优化。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种精密仪器用高耐磨钨合金粉末冶金材料。

本发明的另一目的在于提供上述精密仪器用高耐磨钨合金粉末冶金材料的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种精密仪器用高耐磨钨合金粉末冶金材料，以质量百分数计，合金成分如下：

以及不可避免的微量杂质。

优选地，所述粘结相镍和铁的质量比为7:3。