基本介紹
- 中文名：無磁合金
- 外文名：Non-magnetic alloy
- 解釋：沒磁性或弱磁性的硬質合金材料
- 模具性能：較差，硬度低等
- 意義：無磁硬質合金研發生產有重大意義
簡介,製備方法,VC添加法,發展方向,
簡介
無磁合金，是指沒有磁性或者弱磁性的硬質合金材料。由於生產磁性材料的成型模具要求採用無磁性的材料，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後模具內壁嚴重拉毛、變形等，進而影響磁性材料的尺寸精度和表面質量。而今採用無磁硬質合金，以其優異的性能代替無磁鋼可以成倍的提高工作效率。
製備方法
無磁硬質合金材料的研發和生產是新型硬質合金材料意義重大的表現。硬質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)作為粘結相，通過粉末冶金工業燒結而成。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做粘結劑是製取無磁合金的必備條件。
獲得WC-Ni系無磁硬質合金有以下方法：
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粘結相中W的固溶量越大，其變化範圍約在10~31%。當W在Ni粘結相中的固溶量超過17%時，合金就呈無磁性。這種方法的實質是通過降低碳含量，提高W在粘結相中的固溶量來獲得無磁硬質合金。實際通常採用碳含量低於理論碳含量的WC粉，或在混合料中加入W粉的方法來達到生產低碳合金的目的。不過，單純利用控制碳含量的方法來製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變為無磁性。添加Cr，合金磁性與碳含量無關，Cr在合金粘結相中與W一樣大量固溶的結果。而添加Mo、Ta的合金只能在一定的碳含量下轉變為無磁合金。由於Mo、Ta在粘結相中固溶量較少，大部分Mo、Ta只是奪取WC中的碳形成了相應的碳化物或碳化物固溶體，所以合金成分向低碳側偏移，從而引起W在粘結相中的固溶量增加。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些，含碳量的範圍由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)為粘結相，以WC、TiC(碳化鈦)、TaC(碳化鉭)等為硬質相，通過1300~1450℃真空燒結製成的。當粘結相中硼含量大於8%時，抗彎強度明顯下降。這種合金之所以能獲得無磁性，推斷是由於硼在合金粘結相中固溶而使合金居里點降低，或者是由於硼與WC反應生成新的硬質相而使合金變成低碳合金的結果。在WC-Ni系硬質合金中添加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。
在無磁合金的生產製備方法中，第二種方法在生產中得到了實際套用。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產業化。
就第二種方法來說，雖然可以滿足生產無磁硬質合金的要求，但還存在一些問題。碳含量是生產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合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常組織結構(二相區)的碳成分範圍比較窄，而其中能夠獲得無磁合金的範圍更窄。在工業生產條件下，比較難以保證合金組織在二相區中的無碳區。如果希望合金無磁，往往控制碳含量在二相區的低碳側，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相二相區中無碳區的範圍增大，但增寬幅度畢竟有限。
對於添加Cr生產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)後合金的強度會受到影響。生產的無磁硬質合金，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。
VC添加法
釩元素對於降低鎳的居里點是最有效的，而VC(碳化釩)是硬質合金最好的晶粒長大抑制劑，增加VC(碳化釩)來生產無磁硬質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)與國內現有的無磁硬質合金產品的磁導率相比有發幅度下降，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。
對無磁硬質合金進行研究是磁性材料生產的必然要求。在WC-10%Ni硬質合金中添加適量的VC，可以生產出性能優異的無磁硬質合金。與其它方法相比?添加劑的數量少，無磁性能優良。延續到最終產品，只是視余氯量和形態不同，而具有程度的差異。含氯化合物在磁體中的夾雜存在，燒結中流動所產生的應力及腐蝕，以及事後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。
發展方向
隨著社會經濟的發展和硬質合金科學技術水平的提高，無磁合金的使用會越來越廣泛，對其性能的優越性要求會越來越高。這需要無磁合金生產廠家和使用商家共同攜手來提高產品的高附加值。
