[發明專利]鎢-鋯-氧化釔合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201310508767.0
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103526096A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 劉瑞;謝卓明;方前鋒;王先平
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/05
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 任崗生

技術領域

本發明涉及一種合金及制備方法，尤其是一種鎢-鋯-氧化釔合金及其制備方法。

背景技術

金屬鎢是稀有高熔點金屬，其化學性質很穩定，常溫時不跟空氣和水反應，不溶于鹽酸、硫酸、硝酸和堿溶液。然而，純鎢的再結晶溫度低，在高溫下容易發生晶粒長大，并導致再結晶脆化，而且高溫強度低；此外，由于鎢的高硬度和高的韌脆轉變溫度，使得鎢很難加工成型。近期，人們為了改善金屬鎢的性能，作了一些嘗試和努力，如在M.V.AGUIRRE等發表的題為“Mechanical?Behavior?of?W-Y₂O₃and?W-Ti?Alloys?from25℃to1000℃”，《METALLURGICAL?AND?MATERIALS?TRANSACTIONS?A》，2009，40A（“鎢-氧化釔和鎢-鈦合金在25℃至1000℃的力學性能”，《冶金與材料學報A》2009年第40卷）的文章中公開了一種鎢-氧化釔合金。它通過將氧化釔分布于金屬鎢的晶界處來起到彌散強化和細化鎢晶粒的作用，其雖可提高合金的高溫強度，但是，卻使得合金的室溫強度比純鎢還要低。

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種在具有良好室溫強度和韌性的同時，在高溫下也具有較高的高溫強度和韌性及再結晶溫度的鎢-鋯-氧化釔合金。

本發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述鎢-鋯-氧化釔合金的制備方法。

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：鎢-鋯-氧化釔合金主要由金屬鎢組成，特別是，

所述合金中還含有重量百分比為0.08～0.32wt%的鋯（Zr）和0.4～1.2wt%的氧化釔（Y₂O₃）；

所述氧化釔的粒徑為20～200nm。

作為鎢-鋯-氧化釔合金的進一步改進：

優選地，合金的粒徑為0.3～8μm；更能體現出合金的優異性能。

為解決本發明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為：上述鎢-鋯-氧化釔合金的制備方法由粉末冶金法組成，特別是主要步驟如下：

步驟1，按照重量百分比為98.48～99.52wt%：0.08～0.32wt%：0.4～1.2wt%的比例，將金屬鎢粉體、金屬鋯粉體或二氫化鋯（ZrH₂）粉體和氧化釔粉體置于保護性氣氛或真空或酒精中混合均勻，其中，金屬鎢粉體的粒徑≤8μm，金屬鋯粉體或二氫化鋯粉體的粒徑≤3μm，氧化釔粉體的粒徑≤200nm，得到混合物；

步驟2，先將混合物置于壓力為200～600MPa下壓制成生坯，再將生坯置于保護性氣氛或真空中，于1500～2200℃下燒結成型，

或者，將混合物置于保護性氣氛或真空中，于壓力為100～200MPa、溫度為1500～2000℃下熱等靜壓燒結成型，

或者，將混合物置于保護性氣氛或真空中，于壓力為30～70MPa、溫度為1500～2000℃下放電等離子燒結成型，

制得鎢-鋯-氧化釔合金。

作為鎢-鋯-氧化釔合金的制備方法的進一步改進：

優選地，將燒結成型后的鎢-鋯-氧化釔合金置于保護性氣氛或真空中冷卻；利于確保合金的整體品質。

較好的是，保護性氣氛為氫氣氣氛，或氮氣氣氛，或氬氣氣氛，或氦氣氣氛，或氖氣氣氛；除使保護性氣體可供選擇的余地較大之外，也便于制備工藝的實施。

較佳的是，真空的真空度為≤100Pa。

相對于現有技術的有益效果是：

其一，對制得的目標產物分別使用掃描電鏡、透射電鏡和其附帶的能譜測試儀進行表征，由其結果可知，目標產物致密、無裂紋，其由鎢、鋯和氧化釔組成，三者的重量百分比為98.48～99.52wt%：0.08～0.32wt%：0.4～1.2wt%；其中，合金的粒徑為0.3～8μm，合金中氧化釔的粒徑為20～200nm。這種鎢-鋯-氧化釔合金，由于通過在鎢中添加微量鋯，吸收了鎢中的非金屬雜質如碳、氮、氧等，降低了這些雜質元素對鎢的脆化作用，從而使鎢的斷裂韌性和強度得到了較大的提高；同時，利用少量納米尺寸的氧化釔作為第二相顆粒，抑制了燒結過程中及在高溫服役過程時鎢晶粒的長大，獲得了細晶粒的合金，從而提高了鎢的高溫性能。