專利名稱：耐蝕鎢基燒結(jié)合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于慣性體等的具有高比重的鎢基燒結(jié)合金，更具體講，涉及具有優(yōu)越耐蝕性的鎢基繞結(jié)體及其制備方法。
通過將鎢分散在Ni、Fe等粘結(jié)相中而制得的鎢基燒結(jié)合金可用作慣性體如重錘，因為它具有高比重，以及用作模具鑄造的金屬模、電極材料、醫(yī)療輻射防護板等，因為它具有優(yōu)越的耐熱性、彈性模量和導熱性以及輻射防護性能。
上面提到的慣性體的一個例子是一種振子，它用于安裝在頁式微型無線電呼叫機中的微振動發(fā)生器。這種振子通常由主要含鎢(W)，即鎢基燒結(jié)合金的高比重合金制成，它能滿足振子所要求的性能，如微型化、致密性和高慣性矩。
例如，日本專利公開平3-146605(1991年)中公開了一種振子，它由鎢基燒結(jié)合金組成，如W-Ni-Fe，W-Ni-Cu或W-Mo-Ni-Fe，用于微型無線電呼叫機中振動發(fā)生器中的振子。含有這種鎢基燒結(jié)合金的振子的特點是它能通過鉚接而被固定在微型馬達的旋轉(zhuǎn)軸上，這是因為該振子經(jīng)加熱熱處理及隨后淬火后具有優(yōu)越的塑性。
然而，這種常用的鎢基燒結(jié)合金易被腐蝕，在高溫和高濕下形成氫氧化鎢或氧化鐵并破碎成粉狀，并粘附在其它部件上，如馬達的旋轉(zhuǎn)軸上，這導致如不良操作或接觸失效等問題。因此，通常需要用鍍Ni等方法對鎢基燒結(jié)合金表面進行防護，以便將其用于上述的振子，自動部件或電子部件。
如上所述，必需用電鍍Ni等方法來保護鎢基燒結(jié)合金表面，以防止其腐蝕。因此，常規(guī)的鎢基燒結(jié)合金的生產(chǎn)率低，并且成本高。盡管為防護、目的所鍍Ni膜通常需要約2-6μm厚，由于鍍膜的粘附性差或不完整或因起泡等造成的鍍膜質(zhì)量差，使常規(guī)的鎢基燒結(jié)合金產(chǎn)率降低，導致燒結(jié)合金的可靠性不令人滿意。
考慮到上述現(xiàn)有技術中的情況，本發(fā)明的目的是提供一種耐蝕的鎢基燒結(jié)合金，由于具有改善的高溫高濕下的耐蝕性，該合金可以不需防護(如鍍Ni)而使用。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供的耐蝕鎢基燒結(jié)合金由80-97%(重量)W和余量的Ni、Co，或者Ni、Co、Fe，以及不可避免的雜質(zhì)組成，其中，構(gòu)成結(jié)合體中Ni-Co粘結(jié)相組成的Ni和Co的比例為10-98%(重量)Ni和2-90%(重量)Co，或者構(gòu)成結(jié)合體中Ni-Co-Fe粘結(jié)相組成的Ni、Co和Fe的比例為10-98%(重量)Ni、2-90%(重量)Co和不大于70%(重量)Fe。
適宜的制備本發(fā)明鎢基燒結(jié)合金的方法是將80-97%(重量)的W粉和余量的Ni粉和Co粉，或者Ni粉、Co粉和Fe粉混合，然后在還原氣氛下于高于Ni-Co相或Ni-Co-Fe相熔化溫度10-80℃的溫度下液相燒結(jié)該混合粉，其中，Ni粉和Co粉結(jié)合體中構(gòu)成Ni-Co相組成的Ni和Co的比例為10-98%(重量)Ni和2-90%(重量)Co，或者Ni粉、Co粉和Fe粉結(jié)合體中構(gòu)成Ni-Co-Fe相組成的Ni、Co和Fe的比例為10-98%(重量)Ni、2-90%(重量)Co和不大于70%(重量)Fe。
根據(jù)本發(fā)明，通過選擇W含量在一特定范圍、由Ni和Co或者Ni、Co和Fe結(jié)合形成粘結(jié)相，以及控制粘接相的組成，則可以獲得耐蝕鎢基燒結(jié)合金，它具有好的塑性和優(yōu)越的耐蝕性，并且可以不需防護即可使用。
在本發(fā)明的鎢基燒結(jié)合金中，鎢含量的選擇范圍為80-97%(重量)，這是因為，如果W含量小于80%(重量)，由于含Ni和Co或者Ni、Co和Fe的粘結(jié)相的比例過高，則在燒結(jié)過程中會導致變形，如果W含量超過97%(重量)，由于粘結(jié)相的比例不夠，則所獲得的合金的塑性降低并損失其加工性。
當通過Ni和Co結(jié)合而形成包圍W顆粒的粘結(jié)相時，本發(fā)明的鎢基燒結(jié)合金含Ni和Co的比例為10-98%(重量)Ni和2-90%(重量)Co，或當通過Ni、Co和Fe結(jié)合而形成粘結(jié)相時，本發(fā)明的鎢基燒結(jié)合金含Ni、Co和Fe的比例為10-98%(重量)Ni、2-90%(重量)Co和不大于70%(重量)的Fe。
當通過Ni和Co結(jié)合而形成粘結(jié)相時，Ni含量的選擇范圍為10-98%(重量)，這是因為，如果Ni含量小于10%(重量)或Co含量超過90%(重量)，則該混合粉末很難燒結(jié)，如果Ni含量超過98%(重量)或Co含量小于2%(重量)，則形成的合金的耐蝕性會降低。
當通過Ni、Co和Fe結(jié)合形成粘結(jié)相時，Ni含量選擇范圍為10-98%(重量)，這是因為，如果Ni含量小于10%(重量)和Fe含量超過10%(重量)，由于在粘結(jié)相中析出的α-Fe相而使得到的合金在高溫和高濕下易被腐蝕，如果Fe含量小于10%(重量)，則該混合粉末難以燒結(jié)。另外，如果Ni含量超過98%(重量)，則得到的合金耐蝕性降低。
當通過Ni、Co和Fe結(jié)合形成粘結(jié)相時，Co含量選擇范圍為2-90%(重量)，這是因為，如果Co含量小于2%(重量)則得到的合金耐蝕性降低，如果Co含量超過90%(重量)則混合粉末難以燒結(jié)。另外，F(xiàn)e含量選擇為不大于70%(重量)，這是因為，如果Fe含量超過70%(重量)，則在粘結(jié)相中易于析出α-Fe相，導致得到的合金在高溫和高濕下被腐蝕。
特別地，當由Ni、Co或者Ni、Co和Fe形成的粘結(jié)相的組成在

圖1所示組成圖中A、B、C和D四點所包圍的范圍內(nèi)時，則可得到具有非常優(yōu)越耐蝕性的鎢基燒結(jié)合金。換句話說，當在Ni和Co結(jié)合體中Ni含量范圍為40-98%(重量)時，或者Ni、Co和Fe的組成在A、B、C和D點所包圍范圍內(nèi)時，可獲得非常優(yōu)越的耐蝕性，其中A點為98%(重量)Ni和2%(重量)Co，B點為88%(重量)Ni、2%(重量)Co和10%(重量)Fe，C點為10%(重量)Ni、60%(重量)Co和30%(重量)Fe，D點為40%Ni和60%(重量)Co。
現(xiàn)在說明制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法。作為原料的鎢粉優(yōu)選具有約0.5-10μm的平均顆粒直徑，而形成粘結(jié)相的Ni粉、Co粉和Fe粉優(yōu)選具有同W粉相似的顆粒直徑，以在混合時獲得均勻。
W粉、Ni粉和Fe粉都含有不可避免的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也帶入了合金中。因此，最好盡量降低雜質(zhì)的含量，特別是使混合粉末和合金最好含有不大于0.1%(重量)的氧和不大于0.05%(重量)的碳。如果氧或碳含量超過上述范圍，則禁止進行燒結(jié)，因為這會使如此得到的鎢基燒結(jié)合金不能具有滿意的塑性并降低韌性。
將按上述方法控制其組成的W粉和Ni粉或者W粉、Ni粉和Fe粉的混合粉在1-4噸/cm2壓力下壓制成型為未燒結(jié)壓坯，然后在還原氣氛下在高于Ni-Co或Ni-Co-Fe粘結(jié)相熔化溫度10-80℃的溫度下進行液相燒結(jié)，由此得到具有優(yōu)越耐蝕性的鎢基燒結(jié)合金。特別地，當未燒結(jié)壓坯在氫氣氛下液相燒結(jié)時，含在原料混合粉中的氧和碳被減少/去除，因此，可有效地降低鎢基燒結(jié)合金中所含的雜質(zhì)。
在高于粘接相熔化溫度進行液相燒結(jié)，如果燒結(jié)溫度低于Ni-Co或Ni-Co-Fe粘結(jié)相熔化溫度10℃，由于不充分燒結(jié)的結(jié)果而殘留孔隙，則所得合金的耐蝕性和塑性明顯降低。另一方面，如果燒結(jié)溫度超過粘結(jié)相熔化溫度80℃以上，則在燒結(jié)時會產(chǎn)生變形，則不能獲得所需形狀的合金。因此，燒結(jié)溫度必須設定在高于Ni-Co或Ni-Co-Fe粘結(jié)相熔化溫度10-80℃的范圍。
按上述方法得到的本發(fā)明耐蝕鎢基燒結(jié)合金具有特別優(yōu)越的耐蝕性，它在高溫/高濕條件下不被腐蝕，并且可不防護如鍍Ni而用于各種部件。另外，本發(fā)明耐蝕鎢基燒結(jié)合金也具有好的塑性。
通過下面參照附圖對本發(fā)明的詳細說明可以進一步明了本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方式和優(yōu)越性。
圖1是由Ni、Co和Fe形成粘結(jié)相的組成圖，斜線部份表明了使本發(fā)明鎢基耐蝕燒結(jié)合金具有非常優(yōu)越耐蝕性的粘結(jié)相的組成范圍。
在磨碎機中將平均顆粒直徑2.5μm的W粉中和平均顆粒直徑為2μm的Ni粉和Co粉以及需要時平均顆粒直徑為4μm的Fe粉與甲醇溶劑相互進行混合，其組成按表1所示。在真空脫除甲醇后，每種試樣的混合粉含不大于0.05%(重量)氧和不大于0.03%(重量)碳，氧和碳為雜質(zhì)。
將每種試樣的混合粉與0.2%(重量)樟腦混合，然后通過2噸/cm2壓力模壓成型為未燒結(jié)壓坯。然后，將每種未燒結(jié)壓坯在氫氣氛下于500℃加熱2小時以脫除樟腦，其后在氫氣氛下于1500-1550℃液相燒結(jié)3小時，由此得到鎢基燒結(jié)合金。
如此得到的每個鎢基燒結(jié)合金都進行比重測量，并在85℃溫度和90%濕度的高溫/高濕條件下進行96小時同樣的腐蝕試驗。表1示出了試驗結(jié)果以及各個試樣的組分和燒結(jié)溫度。

由表1所示的結(jié)果，可以看出，具有Ni-Co和Ni-Co-Fe粘結(jié)相組成的在本發(fā)明范圍內(nèi)的1-18號試樣的鎢基燒結(jié)合金保持不變化并在高溫/高濕條件下的腐蝕試驗中呈現(xiàn)出優(yōu)越的耐蝕性。也可以看出，比較試樣19-26號，包括常用的鎢基燒結(jié)合金19號試樣，它們的粘結(jié)相組成，不在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，它們的耐蝕性是差的，因為在腐蝕試驗中易腐蝕而形成了黑色沉積物，使表面變黑。
按不同的組成制備了另外鎢基燒結(jié)合金并進行耐蝕性研究，可以證明，特別是當Ni-Co粘結(jié)相或Ni-Co-Fe粘結(jié)相的組成在圖1組成圖中的A、B、C和D點所包圍的范圍內(nèi)時，可以得到非常優(yōu)越耐蝕性的鎢基燒結(jié)合金，它們在85℃溫度和90%濕度的高溫/高濕條件下試驗240小時這一嚴格的腐蝕試驗中不發(fā)生變化，其中A點為98%(重量)Ni和2%(重量)Co，B點為88%(重量)Ni、2%(重量)Co和10%(重量)Fe，C點為10%(重量)Ni、60%(重量)Co和30%(重量)Fe，D點為40%(重量)Ni和60%(重量)Co。
當將以上述類似方法制得的本發(fā)明鎢基燒結(jié)合金的表面切去1mm并使加工后的表面進行與上述相類似的腐蝕試驗時，相應的試樣也呈現(xiàn)出與上述相類似的結(jié)果。因此，可以看出，在該合金的內(nèi)部也可獲得足夠的耐蝕性。
將與試樣15具有相同組成的混合粉的試樣按上述類似地進行成型并脫去樟腦，即其組成為95%(重量)W，3%(重量)Ni、0.5%(重量)Co和1.5%(重量)Fe，Ni、Co和Fe的重量比為60∶10∶30，將得到的未燒結(jié)壓坯于氫氣氛中在1400℃和1550℃分別燒結(jié)3小時。具有上述組成的Ni-Co-Fe粘結(jié)相的熔化溫度為1450℃。
試驗結(jié)果是，在1400℃燒結(jié)溫度燒結(jié)的試樣沒能充分燒結(jié)，試樣中仍保留孔隙，在與上述類似的腐蝕試驗中其表面由于黑色沉積而變黑。另一方面，在1550℃燒結(jié)溫度燒結(jié)的試樣由于燒結(jié)溫度過高在燒結(jié)過程中引起變形，不能將未燒結(jié)壓坯保持為準確的形狀。
另外，將與試樣8相同組成的混合粉的試樣按上述類似方法成型并脫樟腦，然后將所得未燒結(jié)壓坯在氫-氮混合氣氛于1500℃液相燒結(jié)3小時，即其組成為95%(重量)W、3.5%(重量)Ni、1%(重量)Co和0.5%(重量)Fe，Ni、Co和Fe的重量比為70∶20∶10。該混合粉含0.17%(重量)氧和0.10%(重量)碳，而得到的鎢基燒結(jié)合金含0.15%(重量)氧和0.07%(重量)碳。另一方面，將上述相同的混合粉按類似方法進行處理，只是這次的液相燒結(jié)在氫氣氛下進行。如此得到的鎢基燒結(jié)合金含0.02%(重量)氧和0.01%(重量)的碳。
當觀察前一個鎢基燒結(jié)合金的組織時，在合金的內(nèi)部可觀察到氣孔，這證明燒結(jié)被其中所含的氧和碳阻止。另外，該燒結(jié)合金非常脆，其延伸率低到2%。當以類似方法觀察后一個鎢基燒結(jié)合金時，在該合金的內(nèi)部組織中沒發(fā)現(xiàn)氣孔，它具有優(yōu)越的韌性，延伸率高到15%。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供具有優(yōu)越耐蝕性的鎢基燒結(jié)合金，同時保持規(guī)定的高比重。因此，本發(fā)明的耐蝕鎢基燒結(jié)體可以不需防護(如鍍Ni)而使用，以高產(chǎn)率而應用于慣性體等。因此，對于本發(fā)明的耐蝕鎢基燒結(jié)合金來講，它可以提供具有高可靠性低價格的鎢基燒結(jié)合金產(chǎn)品。
盡管本發(fā)明已經(jīng)詳細的說明和解釋，應當明確了解，這些僅是用于說明和舉例，并不限定本發(fā)明，本發(fā)明的精神和范圍只由所附權(quán)利要求的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種耐蝕鎢基燒結(jié)合金，該合金由80-97%(重量)W和余量的Ni、Co及不可避免的雜質(zhì)組成，其中構(gòu)成Ni-Co粘結(jié)相組成的Ni和Co的比例為10-98%(重量)Ni和2-90%(重量)Co。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鎢基燒結(jié)合金，其中上述Ni-Co粘結(jié)相組成由Ni和Co比例為40-98%(重量)的Ni和2-60%(重量)的Co構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的耐蝕鎢基燒結(jié)合金，它含有作為不可避免雜質(zhì)的不大于0.10%(重量)的氧和不大于0.05%(重量)的碳。
4.一種耐蝕鎢基燒結(jié)合金，該合金由80-97%(重量)W和余量的Ni、Co、Fe以及不可避免的雜質(zhì)組成，其中構(gòu)成Ni-Co-Fe粘結(jié)相組成的Ni、Co和Fe的比例為10-98%(重量)Ni、2-90%(重量)Co和不大于70%(重量)Fe。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的耐蝕鎢基燒結(jié)合金，其中上述Ni-Co-Fe粘結(jié)相的組成按Ni、Co和Fe比例在圖1所示的A、B、C和D所包圍的范圍之內(nèi)，其中A點為98%(重量)Ni和2%(重量)Co，B點為88%(重量)Ni、2%(重量)Co和10%(重量)Fe，C點為10%(重量)Ni、60%(重量)Co和30%(重量)Fe，D點為40%(重量)Ni和60%(重量)Co。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的耐蝕鎢基燒結(jié)合金，它含有作為不可避免雜質(zhì)的不多于0.10%(重量)氧和不多于0.05%(重量)的碳。
7.一種制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，將80-97%(重量)W粉和余量的Ni粉和Co粉混合，然后在還原氣氛下于比Ni-Co相熔化溫度高10-80℃的溫度下液相燒結(jié)該混合粉，其中構(gòu)成Ni-Co相組成的Ni和Co的比例為10-98%(重量)Ni和2-98%(重量)Co。
8.根據(jù)權(quán)利要求7制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，其中上述混合粉末含不大于0.10%(重量)氧和不大于0.05%(重量)碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求7制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，其中在氫氣氛下液相燒結(jié)混合粉末。
10.一種制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，將80-97%(重量)W粉和余量的Ni粉、Co粉和Fe粉混合，然后在還原氣氛下于比Ni-Co-Fe相熔化溫度高10-80℃的溫度下液相燒結(jié)該混合粉，其中構(gòu)成Ni-Co-Fe相組成的Ni、Co和Fe的比例為10-98%(重量)Ni、2-90%(重量)Co和不大于70%(重量)Fe。
11.根據(jù)權(quán)利要求10制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，其中混合粉含有不大于0.10%(重量)氧和不大于0.05%(重量)碳。
12.根據(jù)權(quán)利要求10制備耐蝕鎢基燒結(jié)合金的方法，其中在氫氣氛下液相燒結(jié)混合粉。
全文摘要
本發(fā)明公開一種耐蝕鎢基燒結(jié)合金，由于改善了高溫和高濕下的耐蝕性，它不需防護(如鍍Ni)而使用。該耐蝕鎢基燒結(jié)合金由80—97％(重量)W和余量Ni、Co、Fe以及不可避免雜質(zhì)組成。Ni-Co或Ni-Co-Fe粘結(jié)相的組成由Ni、Co和Fe比例為10—98％(重量)Ni、2—90％(重量)Co和0—70％(重量)Fe所構(gòu)成。通過在還原氣氛下于比粘結(jié)相熔化溫度高10—80℃溫度液相燒結(jié)上述組成的混合粉而制得耐蝕鎢基燒結(jié)合金體。
文檔編號C22F1/18GK1107185SQ94118650
公開日1995年8月23日 申請日期1994年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月8日
發(fā)明者河村利夫 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社