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无磁合金的生产制备
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发布日期：2012-12-15
阅读量：2701
作者：佚名
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      无磁合金，即没有磁性的硬质合金材料。由于生产磁性材料的成型模具要求采用无磁性的材料，以往一直用无磁钢，其模具性能较差，硬度低，使用寿命短，而且使用一段时间过后模具内壁严重拉毛、变形等，进而影响磁性材料的尺寸精度和表面质量。而今采用无磁硬质合金，以其优异的性能代替无磁钢可以成倍的提高工作效率。无磁硬质合金材料的研发和生产是新型硬质合金材料意义重大的表现。
      硬质合金是以元素周期表第ⅣA、ⅤA、ⅥA族难熔金属碳化物(如碳化钨WC)，以铁族过渡族金属(钴Co、镍Ni、铁Fe)作为粘结相，通过粉末冶金工业烧结而成。以上碳化钨都是无磁的，而Fe、Co、Ni都是有磁的，其居里点分别为770℃、1120℃、354℃。其中Ni(镍)的居里点相对较低，可以通过一些方法将其降至室温以下，用Ni做粘结剂是制取无磁合金的必备条件！
      获得WC-Ni系无磁硬质合金有以下方法：
      1.严格控制碳含量
      WC-Ni合金和WC-Co合金一样，碳含量是影响W在粘结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粘结相中W的固溶量越大，其变化范围约在10~31%。当W在Ni粘结相中的固溶量超过17%时，合金就呈无磁性。这种方法的实质是通过降低碳含量，提高W在粘结相中的固溶量来获得无磁硬质合金。实际通常采用碳含量低于理论碳含量的WC粉，或在混合料中加入W粉的方法来达到生产低碳合金的目的。不过，单纯利用控制碳含量的方法来制取无磁合金是非常困难的！
      2.添加铬Cr、钼Mo、钽Ta
      高碳的WC-10%Ni(wt%重量百分比)合金在常温下呈铁磁性，如果以金属的形式添加0.5%以上的Cr、Mo和1%以上的Ta，可使高碳合金由铁磁性转变为无磁性。添加Cr，合金磁性与碳含量无关，Cr在合金粘结相中与W一样大量固溶的结果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下转变为无磁合金。由于Mo、Ta在粘结相中固溶量较少，大部分Mo、Ta只是夺取WC中的碳形成了相应的碳化物或碳化物固溶体，所以合金成分向低碳侧偏移，从而引起W在粘结相中的固溶量增加。也就是说，添加Mo、Ta的方法实际上还是通过降低碳含量来获得无磁合金，虽然不如添加Cr容易控制，但比纯WC-10%Ni合金在控制碳含量方面相对容易一些，含碳量的范围由5.8~5.95%拓宽至5.8~6.05%！
      3.添加NiB或AI
      以含硼1~8的NiB(硼化镍)为粘结相，以WC、TiC(碳化钛)、TaC(碳化钽)等为硬质相，通过1300~1450℃真空烧结制成的。当粘结相中硼含量大于8%时，抗弯强度明显下降。这种合金之所以能获得无磁性，推断是由于硼在合金粘结相中固溶而使合金居里点降低，或者是由于硼与WC反应生成新的硬质相而使合金变成低碳合金的结果。在WC-Ni系硬质合金中添加Al,如成分为WC-0.75%Al-14.25%Ni的合金，这种合金在室温下呈弱磁性，其抗弯强度为1670MPa，硬度为87.4HRA！
      在无磁合金的生产制备方法中，第二种方法在生产中得到了实际应用。第一种方法因工艺难以控制，第三种方法因为性能较差而没有实现产业化。
就第二种方法来说，虽然可以满足生产无磁硬质合金的要求，但还存在一些问题。碳含量是生产无磁合金中比较难准确控制的因素，也是获得正常性能硬质合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常组织结构(二相区)的碳成分范围比较窄，而其中能够获得无磁合金的范围更窄。在工业生产条件下，比较难以保证合金组织在二相区中的无碳区。如果希望合金无磁，往往控制碳含量在二相区的低碳侧，如果碳含量过低，就会析出θ相，从而严重影响合金机械性能。虽然添加Mo、Ta等合金元素可使合金粘结相二相区中无碳区的范围增大，但增宽幅度毕竟有限。
      对于添加Cr生产无磁合金的方法来说，其磁性不依赖合金碳含量的变化。但是加入Cr3C2(碳化铬)后合金的强度会受到影响。目前生产的无磁硬质合金，无磁的重要指标是磁导率偏高，其机械性能(强度、硬度、耐磨性等)有待进一步提高。
      钒元素对于降低镍的居里点是最有效的，而VC(碳化钒)是硬质合金最好的晶粒长大抑制剂，增加VC(碳化钒)来生产无磁硬质合金是一种新的方法。
添加一定量的VC试样的磁导率(达到一点双零级)与国内现有的无磁硬质合金产品的磁导率相比有发幅度下降，也比无磁钢的磁导率低很多。VC在Ni中是有限固溶的，过量加入会导致VC的析出。从生产无磁合金的角度考虑，VC添加量在0.1~0.2%即可满足要求。在WC-10%Ni合金中添加1%Cr3C2也得到无磁合金，但从磁导率和距离温度(-6℃)来看，Cr3C2添加量较大而且无磁效果不如添加VC！
      对无磁硬质合金进行研究是磁性材料生产的必然要求。在WC-10%Ni硬质合金中添加适量的VC，可以生产出性能优异的无磁硬质合金。与其它方法相比添加剂的数量少，无磁性能优良。延续到最终产品，只是视余氯量和形态不同，而具有程度的差异。含氯化合物在磁体中的夹杂存在，烧结中流动所产生的应力及腐蚀，以及事后侵蚀作用的长期存在，都可能使磁体的脆性增大(局部或整体),被侵蚀部位的机械强度也将减弱！
      无磁合金的生产制备是对磁性材料工业的有利促进，性能优越的无磁合金成新型硬质合金材料研究的重要方向。


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