[發(fā)明專利]彈用高比重鎢合金及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610003039.8
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105441765B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐流杰;肖方鬧;潘昆明;張國賞;王曉東;李繼文;魏世忠;徐銳;李秀青;劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/04;B22F9/26
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司41119
• 代理人: 牛愛周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種彈用高比重鎢合金，同時(shí)還涉及彈用高比重鎢合金的制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高比重鎢合金是一類以鎢為基體，并添加有Ni、Fe、Co、Cu、Mo、Cr等元素的合金，密度通常為17.5～19.0g/cm³。高比重鎢合金不僅密度大，而且還具有熔點(diǎn)高、強(qiáng)度大、硬度高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、蒸汽壓低以及高溫強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)異的性能使其在國防、核工業(yè)特別是民用工業(yè)等得到廣泛應(yīng)用，如鎢合金用于桿式動能穿甲彈彈芯材料以及平衡配重元件、慣性元件、射線屏蔽材料等。隨著主戰(zhàn)坦克、艦船裝甲及各種軍用工事的日益強(qiáng)化，對彈用材料的性能提出了越來越高的要求。高比重鎢合金動能穿甲彈的穿甲威力大，與貧鈾合金穿甲彈相比具有無毒性、無放射性污染等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)今世界各國主要的穿甲武器裝備，也是今后發(fā)展的方向。然而，穿甲彈芯用高比重鎢合金尚存在粘結(jié)相分布不均、氫脆、金屬間化合物偏析、殘余孔隙多等諸多影響性能穩(wěn)定性的缺陷，而且燒結(jié)態(tài)高比重鎢合金毛坯強(qiáng)度和塑性均較低，常規(guī)W-Ni-Fe系高密度鎢合金的動態(tài)拉伸性能還需進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)度、高塑性彈用高比重鎢合金。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種上述彈用高比重鎢合金的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

彈用高比重鎢合金，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)，合金成分如下：

鎢(W)90.0％～97.0％，

氧化鋯(ZrO₂)0.1％～2.0％，

粘結(jié)相鎳和鐵(Ni、Fe)2.0％～9.9％，鎳與鐵的質(zhì)量比為3～4:2～1；

以及不可避免的雜質(zhì)。

彈用高比重鎢合金的制備方法，步驟如下：分別將偏鎢酸銨(AMT)、硝酸鋯(Zr(NO₃)₄·5H₂O)溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末經(jīng)煅燒、還原得到復(fù)合鎢粉；取鎳粉、鐵粉，混合后球磨，得到鎳鐵固溶體；將復(fù)合鎢粉、鎳鐵固溶體混合，混合粉經(jīng)壓制、燒結(jié)，即得。

所述偏鎢酸銨與硝酸鋯的質(zhì)量比為123～133:0.35～7.0，優(yōu)選為123.36～132.96:0.35～6.97。偏鎢酸銨的純度大于99.7％，粒度小于200目。硝酸鋯的純度大于99.5％，粒度小于120目。

所述煅燒的溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間4～5h。

所述還原分兩段進(jìn)行，第一段還原溫度450～600℃，還原時(shí)間1～2h，第二段還原溫度850～900℃，還原時(shí)間2～4h。

所述復(fù)合鎢粉的顆粒尺寸為500～1000nm。

所述鎳粉與偏鎢酸銨質(zhì)量比為1.4～7:123～133，優(yōu)選為1.40～6.97:123.36～132.96，鎳粉與鐵粉的質(zhì)量比為3～4:2～1。鎳粉優(yōu)選純度99.5％以上、平均粒度2～8μm的羰基鎳粉。鐵粉優(yōu)選純度99.5％以上、平均粒度2～8μm的羰基鐵粉。

所述鎳鐵固溶體的顆粒尺寸為0.8～2μm，球磨后為亞微米晶。

所述球磨的轉(zhuǎn)速為200～350rpm，球磨時(shí)間20～35h。球磨在惰性氣氛(如純度99.99％以上的高純氬氣)中進(jìn)行，以防粉末被氧化。球磨材料可采用GCrl5小球(直徑如6mm)，球料比(質(zhì)量比)為5～15:1。

所述壓制的壓力為200～350MPa，保壓時(shí)間20～40min。在該壓力下可獲得密度較高、增強(qiáng)相均勻分布、孔隙度均勻的坯料，其在后續(xù)的燒結(jié)工藝中可均勻填充孔隙，不易造成成分偏析。

所述燒結(jié)的溫度為1450～1550℃，保溫時(shí)間120～180min。燒結(jié)溫度過低或燒結(jié)時(shí)間過短會使摻雜相對鎢相不浸潤或浸潤差，導(dǎo)致兩相界面結(jié)合較弱，易成為裂紋源；而燒結(jié)溫度過高或燒結(jié)時(shí)間過長，則會產(chǎn)生鎢晶粒的聚集長大，導(dǎo)致合金中鎢顆粒大小不均且粘結(jié)相分布不均勻，易使合金的延伸性降低。

本發(fā)明的有益效果：

鎢合金中氧化物的成分、添加量及添加方式對合金的力學(xué)性能有著重要影響。本發(fā)明以液液摻雜方式，將偏鎢酸銨溶液與硝酸鋯溶液充分混合后蒸干獲得干燥粉末，然后進(jìn)行煅燒、還原處理，在還原過程中WO₃在氫氣氣氛中揮發(fā)并轉(zhuǎn)入氣相，以蒸氣形式被還原并沉積在低價(jià)氧化鎢或摻雜相ZrO₂表面，形成成分均勻分布的復(fù)合鎢粉。這種液-液摻雜和共還原工藝，保證了復(fù)合鎢粉中各成分的均勻一致性。