[发明专利]一种无磁金属陶瓷模具及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属陶瓷材料，具体涉及一种无磁金属陶瓷模具及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的高速发展，对磁性材料如NdFeB、铁氧体、Sm-Co合金等的应用越来越广泛，对其性能也越来越高。目前，这些磁性材料主要是采用粉末冶金方法来生产。但由于磁性粉末的磁晶是各向异性，在模压成形时一般采用强磁场来控制粉末的易磁化方向，使得压坯的易磁化方向沿指定方向分布。因此，其对成型模具要求在一定方向上必须是无磁性的。此外，手表表壳也要求材质无磁性且耐磨耐蚀。

目前，常用的无磁材料或无磁模具主要为高锰钢、无磁钢或无磁不锈钢。由于这些钢材的硬度较低，一般要对采用这些钢材制作的模具的模腔进行氯化处理以提高其硬度和耐磨性，尽管如此，硬度也仅为34～47HRC，因此，其耐磨性差，使用寿命短，且由于模壁粗糙度降低和模腔变形导致其制品的表面质量及尺寸精度显著降低，最终也导致其制品的成本较高且效益较低。WC-Ni系无磁硬质合金具有较高的硬度和强度，且其表面光洁度高、尺寸稳定，是一种较好的无磁模具材料。中国专利CN200810000790.8“一种镍钨、镍铬粘结相构成的无磁硬质合金粉末及制备方法”以及中国专利ZL03124256.1“无磁硬质合金及其制作方法”分别公开了两种以金属镍和其他金属单质构成的WC-Ni系粘结相的无磁硬质合金以及采用混合球磨的制备方法，但由于其粘结相为金属镍、钨和其他的金属单质，其在烧结过程中的固溶程度对其最终的性能影响较大，而且金属单质钨的加入易引起晶粒的粗大，导致这两个专利报道的材料性能仍较低，耐磨性仍显不足。

发明内容

本发明提供一种无磁金属陶瓷模具及其制备方法，解决现有的无磁硬质合金模具性能较低、耐磨性不足的问题，以提高无磁模具材料的性能。

本发明的一种无磁金属陶瓷模具，以(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶体粉末、Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末作为原料，经烧结制成，其特征在于：

原料中各组分重量百分比为：(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)45～65％，Ni 10～25％，W 10～20％，Cr 3～8％，Mo 6～12％；所述无磁金属陶瓷模具最终生成相中硬质相为(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)、粘结相为Ni-W-Cr-Mo固溶体。

本发明一种无磁金属陶瓷模具的制备方法，顺序包括：

一.预固溶处理步骤：将Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末混合，其中各组分重量比为：Ni 10～25，W 10～20，Cr 3～8，Mo 6～12；将混合粉末投入到球磨罐中在行星式球磨机上进行干磨，时间24～30小时，转速250～350rpm，球料比10∶1～15∶1，制备出Ni-W-Cr-Mo预固溶粉末；

二.原料混合步骤：将制备的Ni-W-Cr-Mo预固溶粉末和(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶体粉末混合，其中各组分重量百分比为：Ni-W-Cr-Mo预固溶粉末55～35％，(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶体粉末45～65％；投入到球磨罐中在行星式球磨机上进行湿磨，球料比5∶1～7∶1，转速180～250rpm，时间36～48小时，形成混合原料；

三.模压成型步骤：将混合原料加入3wt％～8wt％的聚乙烯醇成型剂，然后模压成型构成压坯，模压压力150～300MPa；

四.脱脂步骤：对压坯采用真空烧结炉进行脱脂，真空度不低于5Pa，脱脂温度250℃～400℃，保温时间6～9h；

五.真空烧结步骤：对脱脂后的压坯采用真空烧结炉进行烧结，形成无磁金属陶瓷坯体，真空度不低于1×10^-1Pa，烧结温度1440℃～1460℃，保温时间50～80min。

本发明采用Ni、W、Cr和Mo作为无磁粘结相，并采用高能球磨实现Ni、W、Cr和Mo的预固溶，可以促进烧结过程中的固溶进程，避免金属单质的加入造成的烧结过程中的固溶不充分，并可提高其强度；同时，还可以显著降低其制品的居里点，使得其制品在室温下完全无磁性。通过采用高硬度的(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶体作为硬质相原料，可以提高硬度以增强其耐磨性，延长模具寿命。此外，通过添加抗氧化性能优异的粘结相Cr和高熔点的Ta、Nb等元素的复式固溶体，可以提高模具的高温抗氧化性和高温硬度。

本发明原料全部采用市场销售(W，Ti，Ta，Nb)(C，N)固溶体粉末、Ni粉末、W粉末、Cr粉末和Mo粉末，采用现有粉末冶金方法就可以制备；无需改进设备和工艺，实施简单、经济。