[發(fā)明專利]高比重鎢合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610003511.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-05
• 公開（公告）號(hào): CN105441766B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐流杰;魏世忠;肖方鬧;劉偉;李秀青;李繼文;游龍;張國(guó)賞;潘昆明;徐銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C27/04
• 分類號(hào): C22C27/04;C22C32/00;C22C1/04;B22F9/22;C22F1/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)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)明涉及一種高比重鎢合金，以及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)

高比重鎢合金是一種高密度、高強(qiáng)度、高延展性材料，然而由于鎢具有低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度較高、再結(jié)晶溫度低等特性，限制了鎢的更廣泛應(yīng)用。氧化物(ZrO₂、La₂O₃、Y₂O₃)具有熔點(diǎn)高、高溫穩(wěn)定性好、在鎢基體中固溶度小等特點(diǎn)，因此常被用作鎢的彌散強(qiáng)化相。傳統(tǒng)的鎢合金制備工藝為固+固(液)制粉、壓制、燒結(jié)，但是采用該工藝生產(chǎn)的鎢合金普遍存在強(qiáng)化相在鎢粉中分布不均，導(dǎo)致存在于鎢合金晶粒中的彌散相過大以及存在晶界偏聚的問題，而且燒結(jié)態(tài)的鎢合金也存在硬度值不高、塑性較低、沖擊韌性較差等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種以ZrO₂為強(qiáng)化相的高密度、高強(qiáng)度鎢合金。

同時(shí)，本發(fā)明還提供一種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：

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

鎢(W)95.0％～99.0％，

氧化鋯(ZrO₂)1.0％～5.0％，

以及不可避免的雜質(zhì)。

高比重鎢合金的制備方法，包括以下步驟：

1)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；

2)復(fù)合鎢粉球磨后經(jīng)壓制成型、燒結(jié)得到燒結(jié)坯料，燒結(jié)坯料脫氫處理后經(jīng)變形、熱處理得到高比重鎢合金。

步驟1)中偏鎢酸銨與硝酸鋯的質(zhì)量比為130～136:3.4～17.5，優(yōu)選為130.22～135.69:3.48～17.42。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。

步驟1)中煅燒的溫度為400～600℃，煅燒時(shí)間4～5h。

步驟1)中還原分兩段進(jìn)行，第一段還原溫度500～600℃，還原時(shí)間1～2h，第二段還原溫度850～950℃，還原時(shí)間2～4h。

步驟1)中復(fù)合鎢粉的顆粒尺寸為500～1000nm。

步驟2)中球磨的轉(zhuǎn)速為120～180rpm，球磨時(shí)間6～12h。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。

步驟2)中壓制成型的壓力為300～400MPa，保壓時(shí)間30～60min。在該壓力下可獲得密度較高、增強(qiáng)相均勻分布、孔隙度均勻的冷壓坯料，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。

步驟2)中燒結(jié)為熱壓燒結(jié)與真空燒結(jié)的結(jié)合，熱壓燒結(jié)的溫度為1350～1550℃，壓力4～5噸，保溫時(shí)間25～35min，真空燒結(jié)的溫度為2300～2500℃，燒結(jié)時(shí)間120～180min。熱壓燒結(jié)的升溫速率為10～30℃/min，升溫階段所加壓力為設(shè)定壓力的一半，達(dá)到預(yù)定溫度后壓力升至預(yù)定壓力，加壓時(shí)間與保溫時(shí)間一致。

步驟2)中脫氫處理的溫度為1000～1250℃，在惰性氣氛(如氬氣)中保溫6～8h。

步驟2)中變形前將脫氫處理的鎢合金加熱到1900～2000℃，保溫4～6h。

步驟2)中熱處理的溫度為800～1000℃，保溫7～10h。

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(duì)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。

本發(fā)明在傳統(tǒng)的一次燒結(jié)工藝基礎(chǔ)上，采用熱壓燒結(jié)，使得冷等靜壓坯在加熱加壓環(huán)境中處于熱塑性狀態(tài)，有助于顆粒的接觸擴(kuò)散和流動(dòng)傳質(zhì)，同時(shí)能促進(jìn)材料致密化。由于氫原子具有較小的半徑且活性較高，易進(jìn)入晶體中高能部分，為防止旋鍛過程中產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，特將燒結(jié)坯進(jìn)行脫氫處理。