CN103789592A

CN103789592A - 一种钨合金材料及其制备方法和在制备铝液过滤盘中的应用

Info

Publication number: CN103789592A
Application number: CN201410035387.4A
Authority: CN
Inventors: 陈国生; 龙柯
Original assignee: ZHUZHOU HUAMEI TUNCSTEN ALLOY Co
Current assignee: Zhuzhou Run Chang new material Limited by Share Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103789592B

Abstract

本发明公开了一种钨合金材料，主要由以下质量分数的金属元素组成：W：85%～95%；Co：0.1%～1.0%；Ni：1%～12.0%；Fe：1%～12.0%和稀土金属：0.001%～0.1%。制备时先将准备好的各金属粉末及辅助添加剂置于一容器中混合，然后用模压方式进行预成型得压坯；再加热至600℃以上以脱除辅助添加剂并进行预烧，最后在氢气或真空条件下进行高温烧结；再经高温整形后得到钨合金材料。本发明的钨合金材料可用于制备铝合金铸造过程中用于过滤铝液的金属盘件，具有配方简单、原料易得、工艺简化、制备成本低、综合性能优异等优点。

Description

一种钨合金材料及其制备方法和在制备铝液过滤盘中的应用

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种含钨等金属成分的合金材料及其制备方法和在铝液过滤盘中的应用。

背景技术

1746年德国人波特由明矾制得氧化铝，1854年法国人德维尔（S.C.Deville）用钠还原NaAlCl4结合盐，制得金属铝，当时贵如黄金。随着1886年电解铝的诞生，1888年在美国匹兹堡建立世界第一家电解铝厂，铝的生产正式进入规模化生产阶段。

由于铝具有一系列特殊性能，比如比重轻、导电性好、耐腐蚀、散热快、加工延展性好等等，其应用迅速扩大。当前主要的铝合金品种多达数百种，成为航空、航天、车辆、建筑、电器、食品包装等工业领域的重要材料。

近几年随着LED新光源的蓬勃发展，铝合金大量用于灯具中作为散热器使用，其使用前景已是无可限量。就使用规模来说，铝在有色金属中名列首位，是继钢铁之后第二种被最广泛应用的金属。同时，铝也是有色金属中相对活泼的金属，跟大部分金属元素都能固溶结合。为避免有害杂质元素固溶进铝溶液中，对于过滤铝液的过滤盘的材料提出了非常严格的要求：

1、要求铝液过滤盘的材料耐铝液熔蚀；

2、要求铝液过滤盘的材料具有高温稳定性；

3、要求铝液过滤盘的材料中不含对铝合金性能造成不良影响的元素。

现有的过滤盘材料主要由普通的金属钼成分组成，其配方并不合理，使用过程容易脆裂，熔蚀速度快。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种配方简单、原料易得、工艺简化、制备成本低、综合性能优异的钨合金材料，还相应提供该钨合金材料的制备方法和在制备铝液过滤盘中的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种钨合金材料，主要由以下质量分数的金属元素组成：

W：85%～95%；

Co：0.1%～1.0%；

Ni：1%～12.0%；

Fe：1%～12.0%；

稀土金属：0.001%～0.1%。

上述的钨合金材料中，优选的，所述钨合金材料由且只由W、Co、Ni、Fe和稀土金属这几种金属元素组成。

上述的钨合金材料中，优选的，所述稀土金属为该系金属元素中的一种或多种的组合，且稀土金属的总质量分数为0.001%～0.1%。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述的各金属元素的质量分数配比，将准备好的各金属粉末及辅助添加剂（例如包括润滑剂、增塑剂、粘接剂、分散剂中的至少一种）置于一容器中混合均匀；在准备好的各金属粉末中，优选的，钨粉为Fw-1级，且平均粒度（Fsss）为3μm～4μm，其它金属粉体的平均粒度（Fsss）为1.0μm～5.0μm；

（2）将上述步骤（1）中得到的混合料用模压方式进行预成型得压坯；

（3）将上述步骤（2）中得到的压坯先加热至600℃以上以脱除所述辅助添加剂，再加热至700℃以上进行预烧；

（4）将上述步骤（3）后得到的粗坯进行高温烧结，烧结温度控制在1450℃～1550℃，烧结保护气氛为氢气或真空；

（5）将上述步骤（4）后得到的半成品进行高温整形，整形时的温度控制在500℃以上，高温整形完成后得到钨合金材料。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述金属粉末中的稀土金属元素是以其氧化物或硝酸盐的形式加入。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述步骤（1）中的混合的方法包括干法混合或湿法混合；所述干法混合是指混合后的金属粉末中加入其总质量1%以下的辅助添加剂A；所述湿法混合是指混合后的金属粉末中加入其总质量10%以上的辅助添加剂B。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述辅助添加剂A为乙醇、甘油、油酸中的至少一种；所述辅助添加剂B为PVA的水溶液。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述步骤（2）中，模压时的压强控制在40MPa～200MPa。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述混合用的设备为V型混合器、立式球磨桶或卧式球磨桶；混合时的动作方式为滚动、震动或高速搅拌法。

上述的钨合金材料的制备方法中，优选的，所述步骤（3）中选用的设备为卧式脱胶炉、钟罩式脱胶炉或网带炉。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的钨合金材料在制备铝液过滤盘中的应用，所述铝液过滤盘为铝合金铸造过程中用于过滤铝液的金属盘件。

上述本发明的技术方案主要基于以下原理：基于铝液过滤盘等特殊制品的性能要求，本发明中特别限定了以下几种金属元素组成的合金；

选用钨是基于：其与铝几乎不固溶；高温性能好；以钨作为基体成分；

选用钴是基于：其与铝的最大固溶量＜0.02%，高温性能好，少量存在于铝合金中可使铝合金含铁针状相球状化，从而改善合金性能；

选用镍是基于：其与铝的最大固溶量小于0.05%，高温性能好，少量存在于铝合金中可提高铝合金的耐热性；

选用铁是基于：铁是钨合金的基本元素，与铝的最大固溶量小于0.10%；

选用稀土元素是基于：其号称金属中的维生素，不仅可改善过滤盘材料的性能，同时少量存在于铝合金中又可提高铸造铝液的流动性，降低对铸模的粘结力，并可将针状FeAl3改变为非针状，从而改善铝合金的性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的钨合金材料配方简单，原料易得，工艺简化，制备成本低，其应用于铝液过滤盘后不仅能耐铝液熔蚀，而且具有良好的力学性能和耐热性能，使用寿命长，在作为铝液过滤盘的使用过程中微量熔蚀的金属元素（如稀土、镍、钴等）还可改善铝合金的综合性能。

附图说明

图1为本发明实施例中HD92组产品的抗拉强度测试结果。

图2为本发明实施例中钨合金材料的照片。

图3为本发明实施例中钨合金材料制成的铝液过滤盘的照片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

实施例：

一种本发明的钨合金材料，由下表1中所列质量分数的金属元素组成，分别编号为HD85、HD90、HD92和HD95。

表1：实施例中四组本发明钨合金材料的金属元素成分配比表

一种上述本实施例钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述的各金属元素的质量分数配比，将准备好的各金属粉末置于一V型混合器中混合均匀；在准备好的各金属粉末中，钨粉为Fw-1级，且平均粒度（Fsss）为3μm～4μm，其它金属粉体的平均粒度（Fsss）为1.0μm～5.0μm；混合方法为干法混合，具体是指混合后的金属粉末中加入其总质量0.5%的辅助添加剂（甘油+无水乙醇，且甘油∶无水乙醇的质量比为1∶1），干法混合的时间为24h；最后将得到的混合粉末卸出过80目筛。

（2）将上述步骤（1）中得到的混合料用模压方式进行预成型得压坯；压胚尺寸：Φ170×4.0；压力：100MPa；

（3）将上述步骤（2）中得到的压坯先加热至600℃以上以脱除成型剂，再加热至700℃以上进行预烧；具体的升温机制如下表2所示。

表2：本实施例中脱脂、预烧的升温机制

程序温度	时间
		室温～250℃	升温1小时，保温1小时
250℃～400℃	升温1小时，保温2小时
		400℃～650℃	升温1小时，保温1小时
650℃～800℃	升温1小时，保温1小时
		800℃～室温	随炉自然冷却

（4）将上述步骤（3）后得到的粗坯进行高温烧结，烧结保护气氛为氢气，烧结设备采用钼丝发热氢气保护的连续推舟马弗炉；以上各组产品的烧结温度如下表3所示。

表3：本实施例中各组产品的烧结温度

牌号	温度
		HD85	1450℃～1550℃
HD90	1450℃～1550℃
		HD92	1450℃～1550℃
HD95	1450℃～1550℃

（5）将上述步骤（4）后得到的半成品进行高温整形，整形时的温度控制在500℃～900℃，整形压力为500N，高温整形完成后在空气中自然冷却，得到钨合金材料。

对上述实施例的HD85、HD90、HD92、HD95四组钨合金材料的力学及性能进行检测，其中抗拉强度的测试采用美国Instron3369力学试验机，测试速度为2.0mm/min，检测结果如下表4所示（其中HD92组产品的抗拉强度测试结果如图1和表5所示）。

表4：本实施例中各组产品的性能及参数指标检测结果

表5：本实施例中HD92组产品的性能及参数指标检测数据

将上述本实施例的各组钨合金材料应用于制备铝液过滤盘，该铝液过滤盘为铝合金铸造过程中用于过滤铝液的金属盘件，每一组钨合金制备的铝液过滤盘的使用寿命测试结果如下表6所示。

表6：本实施例中各组铝液过滤盘的使用寿命测试结果

牌号	使用寿命（小时）
		HD85	200～270
HD90	220～300
		HD92	280～350
HD95	280～350

本实施例制得的铝液过滤盘经使用厂家试用确认，上述四个牌号均能满足使用要求。

由上可见，本发明的应用于铝合金制品制造中铝液过滤的过滤盘用钨合金材料具有以下特征：

1）该钨合金材料的耐铝液熔蚀寿命完全满足客户要求；

2）该钨合金材料的力学性能满足：δb≥650MPa；ζ≥5%；

3）该铝合金材料的密度为16～18g/cm³；

4）该钨合金材料使用过程稳定可靠。

Claims

1.一种钨合金材料，主要由以下质量分数的金属元素组成：

W：85%～95%；

Co：0.1%～1.0%；

Ni：1%～12.0%；

Fe：1%～12.0%；和

稀土金属：0.001%～0.1%。

2.根据权利要求1所述的钨合金材料，其特征在于：所述钨合金材料由且只由W、Co、Ni、Fe和稀土金属这几种金属元素组成。

3.根据权利要求1或2所述的钨合金材料，其特征在于：所述稀土金属为该系金属元素中的一种或多种的组合，且稀土金属的总质量分数为0.001%～0.1%。

4.一种如权利要求1～3中任一项所述钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）按上述的各金属元素的质量分数配比，将准备好的各金属粉末及辅助添加剂置于一容器中混合均匀；

（3）将上述步骤（2）中得到的压坯先加热至600℃以上以脱除所述辅助添加剂，再加热至700℃以上进行预烧

5.根据权利要求4所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述金属粉末中的稀土金属元素是以其氧化物或硝酸盐的形式加入。

6.根据权利要求4所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的混合的方法包括干法混合或湿法混合；所述干法混合是指混合后的金属粉末中加入其总质量1%以下的辅助添加剂A；所述湿法混合是指混合后的金属粉末中加入其总质量10%以上的辅助添加剂B。

7.根据权利要求6所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述辅助添加剂A为乙醇、甘油、油酸中的至少一种；所述辅助添加剂B为PVA的水溶液。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，模压时的压强控制在40MPa～200MPa。

9.根据权利要求4～7中任一项所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述混合用的设备为V型混合器、立式球磨桶或卧式球磨桶；混合时的动作方式为滚动、震动或高速搅拌法；所述步骤（3）中选用的设备为卧式脱胶炉、钟罩式脱胶炉或网带炉。

10.一种如权利要求1～3中任一项所述的或者如权利要求4～9中任一项所述制备方法得到的钨合金材料在制备铝液过滤盘中的应用，所述铝液过滤盘为铝合金铸造过程中用于过滤铝液的金属盘件。