無磁合金的生產(chǎn)制備

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無磁合金的生產(chǎn)制備

專欄：熱點聚焦

發(fā)布日期：2012-12-15

閱讀量：2693

作者：佚名

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原文鏈接：displaynews.html?id=2817106777441152

無磁合金，即沒有磁性的硬質(zhì)合金材料。由于生產(chǎn)磁性材料的成型模具要求采用無磁性的材料，以往一直用無磁鋼，其模具性能較差，硬度低，使用壽命短，而且使用一段時間過后模具內(nèi)壁嚴重拉毛、變形等，進而影響磁性材料的尺寸精度和表面質(zhì)量。而今采用無磁硬質(zhì)合金，以其優(yōu)異的性能代替無磁鋼可以成倍的提高工作效率。無磁硬質(zhì)合金材料的研發(fā)和生產(chǎn)是新型硬質(zhì)合金材料意義重大的表現(xiàn)。
      硬質(zhì)合金是以元素周期表第ⅣA、ⅤA、ⅥA族難熔金屬碳化物(如碳化鎢WC)，以鐵族過渡族金屬(鈷Co、鎳Ni、鐵Fe)作為粘結(jié)相，通過粉末冶金工業(yè)燒結(jié)而成。以上碳化鎢都是無磁的，而Fe、Co、Ni都是有磁的，其居里點分別為770℃、1120℃、354℃。其中Ni(鎳)的居里點相對較低，可以通過一些方法將其降至室溫以下，用Ni做粘結(jié)劑是制取無磁合金的必備條件！
      獲得WC-Ni系無磁硬質(zhì)合金有以下方法：
      1.嚴格控制碳含量
      WC-Ni合金和WC-Co合金一樣，碳含量是影響W在粘結(jié)相中固容量的主要因素，即合金中碳化合物相的碳含量越低，Ni粘結(jié)相中W的固溶量越大，其變化范圍約在10~31%。當W在Ni粘結(jié)相中的固溶量超過17%時，合金就呈無磁性。這種方法的實質(zhì)是通過降低碳含量，提高W在粘結(jié)相中的固溶量來獲得無磁硬質(zhì)合金。實際通常采用碳含量低于理論碳含量的WC粉，或在混合料中加入W粉的方法來達到生產(chǎn)低碳合金的目的。不過，單純利用控制碳含量的方法來制取無磁合金是非常困難的！
      2.添加鉻Cr、鉬Mo、鉭Ta
      高碳的WC-10%Ni(wt%重量百分比)合金在常溫下呈鐵磁性，如果以金屬的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)闊o磁性。添加Cr，合金磁性與碳含量無關(guān)，Cr在合金粘結(jié)相中與W一樣大量固溶的結(jié)果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o磁合金。由于Mo、Ta在粘結(jié)相中固溶量較少，大部分Mo、Ta只是奪取WC中的碳形成了相應(yīng)的碳化物或碳化物固溶體，所以合金成分向低碳側(cè)偏移，從而引起W在粘結(jié)相中的固溶量增加。也就是說，添加Mo、Ta的方法實際上還是通過降低碳含量來獲得無磁合金，雖然不如添加Cr容易控制，但比純WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相對容易一些，含碳量的范圍由5.8~5.95%拓寬至5.8~6.05%！
      3.添加NiB或AI
     以含硼1~8的NiB(硼化鎳)為粘結(jié)相，以WC、TiC(碳化鈦)、TaC(碳化鉭)等為硬質(zhì)相，通過1300~1450℃真空燒結(jié)制成的。當粘結(jié)相中硼含量大于8%時，抗彎強度明顯下降。這種合金之所以能獲得無磁性，推斷是由于硼在合金粘結(jié)相中固溶而使合金居里點降低，或者是由于硼與WC反應(yīng)生成新的硬質(zhì)相而使合金變成低碳合金的結(jié)果。在WC-Ni系硬質(zhì)合金中添加Al,如成分為WC-0.75%Al-14.25%Ni的合金，這種合金在室溫下呈弱磁性，其抗彎強度為1670MPa，硬度為87.4HRA！
      在無磁合金的生產(chǎn)制備方法中，第二種方法在生產(chǎn)中得到了實際應(yīng)用。第一種方法因工藝難以控制，第三種方法因為性能較差而沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
就第二種方法來說，雖然可以滿足生產(chǎn)無磁硬質(zhì)合金的要求，但還存在一些問題。碳含量是生產(chǎn)無磁合金中比較難準確控制的因素，也是獲得正常性能硬質(zhì)合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常組織結(jié)構(gòu)(二相區(qū))的碳成分范圍比較窄，而其中能夠獲得無磁合金的范圍更窄。在工業(yè)生產(chǎn)條件下，比較難以保證合金組織在二相區(qū)中的無碳區(qū)。如果希望合金無磁，往往控制碳含量在二相區(qū)的低碳側(cè)，如果碳含量過低，就會析出θ相，從而嚴重影響合金機械性能。雖然添加Mo、Ta等合金元素可使合金粘結(jié)相二相區(qū)中無碳區(qū)的范圍增大，但增寬幅度畢竟有限。
      對于添加Cr生產(chǎn)無磁合金的方法來說，其磁性不依賴合金碳含量的變化。但是加入Cr3C2(碳化鉻)后合金的強度會受到影響。目前生產(chǎn)的無磁硬質(zhì)合金，無磁的重要指標是磁導率偏高，其機械性能(強度、硬度、耐磨性等)有待進一步提高。
      釩元素對于降低鎳的居里點是最有效的，而VC(碳化釩)是硬質(zhì)合金最好的晶粒長大抑制劑，增加VC(碳化釩)來生產(chǎn)無磁硬質(zhì)合金是一種新的方法。
添加一定量的VC試樣的磁導率(達到一點雙零級)與國內(nèi)現(xiàn)有的無磁硬質(zhì)合金產(chǎn)品的磁導率相比有發(fā)幅度下降，也比無磁鋼的磁導率低很多。VC在Ni中是有限固溶的，過量加入會導致VC的析出。從生產(chǎn)無磁合金的角度考慮，VC添加量在0.1~0.2%即可滿足要求。在WC-10%Ni合金中添加1%Cr3C2也得到無磁合金，但從磁導率和距離溫度(-6℃)來看，Cr3C2添加量較大而且無磁效果不如添加VC！
      對無磁硬質(zhì)合金進行研究是磁性材料生產(chǎn)的必然要求。在WC-10%Ni硬質(zhì)合金中添加適量的VC，可以生產(chǎn)出性能優(yōu)異的無磁硬質(zhì)合金。與其它方法相比添加劑的數(shù)量少，無磁性能優(yōu)良。延續(xù)到最終產(chǎn)品，只是視余氯量和形態(tài)不同，而具有程度的差異。含氯化合物在磁體中的夾雜存在，燒結(jié)中流動所產(chǎn)生的應(yīng)力及腐蝕，以及事后侵蝕作用的長期存在，都可能使磁體的脆性增大(局部或整體),被侵蝕部位的機械強度也將減弱！
      無磁合金的生產(chǎn)制備是對磁性材料工業(yè)的有利促進，性能優(yōu)越的無磁合金成新型硬質(zhì)合金材料研究的重要方向。

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