一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，将WC‑20Co(wt.％)硬质合金粉末和Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金粉末按照体积比为5:1依次装入成型模具中，进行坯料成型并挤压成圆片，然后先低温预热烧结、后高温加热烧结，保证硬质合金烧结中较好的润湿性以及界面反应的完全性，同时获得成形良好的烧结体，控制纳米碳化钨晶粒的快速长大，解决机械连接稳定性差、焊后残余应力大、高温使用性能差和成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法
本专利技术属于金属焊接与连接
，具体涉及一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法。
技术介绍
现有技术中，将纳米硬质合金与因瓦合金连接主要有：1)通过机械连接，将硬质合金和钢用螺纹、铆接、过盈配合等方法连接在一起；2)用粘结剂将二者粘在一起，但其应用范围小，易在表面生成网状裂纹，且外粘结剂毒性大、危害健康、污染环境、对环境湿度敏感；3)复合铸造法，将硬质合金作为外环，内环用钢；4)钎焊连接；5)加压真空扩散焊。上述现有技术存在的问题或不足之处在于：用螺纹、铆接、过盈配合等连接方法会造成材料浪费，一般只有工件的关键部位需要用到硬质合金而为了制作出含有机械结构的工件，增加消耗的材料，且加工时间长；同时因螺纹连接处受应力作用造成螺纹磨损，过盈配合因为硬质合金硬度较高，容易涨裂等导致连接处不稳定，从而造成材料的使用次数大大减少，不适用于小型零件，零件越小加工难度越难；复合铸造废品率高、质量不稳定、残余应力大；钎焊连接使用温度低、接头性能差、强度低、残余应力大。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，解决机械连接稳定性差，焊后残余应力大，高温使用性能差，连接效率低，成本高等问题。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，包括以下步骤：S1、制备WC-20Co(wt.％)硬质合金粉末将平均粒度为50nm～80nm的碳化钨和钴粉按照质量比为4:1进行湿混搅拌24h后蒸干，得WC-20Co(wt.％)纳米硬质合金粉末；其中所述湿混采用酒精作为溶剂，添加量至少浸没上述混合粉末；S2、制备Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末将平均粒度为50nm～60nm的铁粉和镍粉按照质量比为16:9进行干混搅拌24h后，得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末；S3、制备WC-20Co(wt.％)纳米硬质合金和Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金坯料将步骤S1中所得WC-20Co(wt.％)硬质合金和步骤S2中所得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金按照体积比为5:1依次装入成型模具中进行坯料成型后挤压成圆片；S4、真空烧结将步骤S3中所得圆片先低温预热烧结、后高温加热烧结，其中，所述低温预热烧结采用10～15℃/min的加热速率升温至800～850℃；所述高温加热烧结在6.69×10-3Pa的真空度下采用6～8℃/min的加热速率升温至1300～1350℃，并保温8～10h；最后随炉冷却，取样即得。优选地，步骤S3中，所述成型模具为内径Φ20mm不锈钢单轴向的成型模具，所述挤压采用BJ-24型粉末压片机。优选地，步骤S3中，所述坯料成型包括施压和卸载过程，所述施压和卸载过程均保持匀速，且所述施压压力为10～20MPa，保压时间为10～20min。优选地，步骤S3中，所述圆片尺寸为Φ20mm×3mm，且所述Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末压层的厚度为0.5mm。优选地，步骤S4中，所述烧结采用ZT-40-20Y真空热压烧结炉。优选地，步骤S4中，所述低温预热烧结采用11～14℃/min的加热速率升温至810～840℃；所述高温加热烧结在6.69×10-3Pa的真空度下采用6～8℃/min的加热速率升温至1310～1340℃，并保温8.5～9.5h。优选地，步骤S4中，所述低温预热烧结采用12～13℃/min的加热速率升温至820～830℃；所述高温加热烧结在6.69×10-3Pa的真空度下采用7℃/min的加热速率升温至1320～1330℃，并保温9h。需要进一步说明的是，本专利技术的技术方案中，采用平均粒度为50nm～80nm的碳化钨、钴粉和平均粒度为50nm～60nm的铁粉、镍粉等纳米级粉末进行真空烧结可以保证成形材料致密度高。上述真空烧结工艺中，1)烧结温度：选择1300～1350℃保证烧结后仍为纳米尺寸的硬质合金同时获得具有综合力学性能的烧结体，因为如果烧结温度过高易造成晶粒的异常长大降低其强度性能；烧结温度较低不利于硬质合金与因瓦合金界面反应的进行。2)加热速度：裂纹对加热/冷却速度比较敏感：当加热速度较快时，烧结坯料因组分不同的导热率和坯料尺寸使得烧结体不同部位产生温差，温差和组分不同热膨胀系数的共同作用下产生较大的应力，诱发微观裂纹的产生；这些微观裂纹在快的冷却速度下将扩展成宏观裂纹。本专利技术中真空烧结的加热过程分为两个阶段：低温预热阶段和高温加热阶段；低温阶段的加热速度为10～15℃/min，在高温加热阶段为使烧结过程产生较少的裂纹，保证硬质合金烧结中较好的润湿性以及界面反应的完全性，将加热速度减小到6～8℃/min。3)真空度：高温加热过程真空炉内保持在6.69×10-3Pa的高真空度下，将对高温氧化烧损起到一定的抑制作用。4)烧结时间：本专利技术中烧结坯料在烧结温度下的保温时间为8～10h，时间太短或太长都会导致成形材料有孔隙等缺陷，烧结后仍保持其晶粒的纳米尺度以达到良好的综合力学性能。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可以任意组合即得本专利技术各较佳实例；另外本专利技术所用的原料和试剂除另有说明外均市售可得或为常规选择。与现有技术相比，本专利技术的积极进步效果在于：(1)相较于传统工艺中硬质合金和钢造成的接头性能差、强度低、残余应力大等问题，本专利技术通过对纳米级粉末进行真空烧结来连接硬质合金和钢材料，在减小残余应力的同时提高材料致密度，所得材料韧性好且性能稳定，纳米晶硬质合金在较低温度的固相烧结过程中达到较高的致密性，在更高温的液相烧结过程中密布的小孔可完全消除。(2)高温烧结阶段将加热速率减小到6～8℃/min使烧结过程产生较少的裂纹，保证硬质合金烧结中较好的润湿性以及界面反应的完全性。(3)高温烧结温度为1300～1350℃，保证烧结后仍为纳米尺寸的硬质合金，同时获得成形良好的烧结体，控制纳米碳化钨晶粒的快速长大，解决机械连接稳定性差、焊后残余应力大、高温使用性能差和成本高等问题。(4)相比传统工艺中将传统方法中仅将一种合金粉末烧结应用到金属连接中，本专利技术采用真空烧结工艺且同时对两种粉末进行烧结，在减小残余应力的同时提高致密度，进而得到紧密连接、成形良好的两种合金烧结体。附图说明图1为本专利技术的烧结工艺曲线；图2为本专利技术烧结后典型样品的光学显微照片，其中(a)为侧面图，(b)为正面图；图3为本专利技术实施例1试样烧结界面的SEM图片。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术的较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。实施例1一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，包括：步骤一、将平均粒度为80nm的碳化钨和平均粒度为50nm的钴粉按照质量比为4:1进行湿混搅拌24h后蒸干，采用酒精作为溶剂，添加量浸没上述混合粉末，得WC-20Co(wt.％)硬质合金粉末。步骤二、将平均粒度为50nm的铁粉和平均粒度为50nm的镍粉按照质量比为16:9进行干混搅拌24h后，得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末。步骤三、将步骤S1中所得WC-20Co(wt.％)硬质合金和步骤S2中所得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金按照体积比为5:1依次装入内径Φ20mm不锈钢单轴向的成型模具中进行坯料成型，然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备WC‑20Co(wt.％)硬质合金粉末将平均粒度为50nm～80nm的碳化钨和钴粉按照质量比为4:1进行湿混搅拌24h后蒸干，得WC‑20Co(wt.％)纳米硬质合金粉末；其中所述湿混采用酒精作为溶剂，添加量至少浸没上述混合粉末；S2、制备Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金粉末将平均粒度为50nm～60nm的铁粉和镍粉按照质量比为16:9进行干混搅拌24h后，得Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金粉末；S3、制备WC‑20Co(wt.％)纳米硬质合金和Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金坯料将步骤S1中所得WC‑20Co(wt.％)硬质合金和步骤S2中所得Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金按照体积比为5:1依次装入成型模具中进行坯料成型后挤压成圆片；其中，所述圆片尺寸为Φ20mm×3mm，且所述Fe‑36Ni(wt.％)因瓦合金粉末压层的厚度为0.5mm；S4、真空烧结将步骤S3中所得圆片先低温预热烧结、后高温加热烧结，所述低温预热烧结采用10～15℃/min的加热速率升温至800～850℃；所述高温加热烧结在6.69×10‑3Pa的真空度下采用6～8℃/min的加热速率升温至1300～1350℃，并保温8～10h；随炉冷却，即得。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、制备WC-20Co(wt.％)硬质合金粉末将平均粒度为50nm～80nm的碳化钨和钴粉按照质量比为4:1进行湿混搅拌24h后蒸干，得WC-20Co(wt.％)纳米硬质合金粉末；其中所述湿混采用酒精作为溶剂，添加量至少浸没上述混合粉末；S2、制备Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末将平均粒度为50nm～60nm的铁粉和镍粉按照质量比为16:9进行干混搅拌24h后，得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末；S3、制备WC-20Co(wt.％)纳米硬质合金和Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金坯料将步骤S1中所得WC-20Co(wt.％)硬质合金和步骤S2中所得Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金按照体积比为5:1依次装入成型模具中进行坯料成型后挤压成圆片；其中，所述圆片尺寸为Φ20mm×3mm，且所述Fe-36Ni(wt.％)因瓦合金粉末压层的厚度为0.5mm；S4、真空烧结将步骤S3中所得圆片先低温预热烧结、后高温加热烧结，所述低温预热烧结采用10～15℃/min的加热速率升温至800～850℃；所述高温加热烧结在6.69×10-3Pa的真空度下采用6～8℃/min的加热速率升温至1300～1350℃，并保温8～10h；随炉冷却，即得。2.一种如权利要求1所述纳米硬质合金与因瓦合金的烧结连接方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹赟，马炳辉，李宝明，郑崔崔，张雨珍，殷国涛，胡小小，王悦悦，龚红英，徐培全，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31