[發明專利]一種固溶型鎢基合金及其制備方法

在審

• 申請號: 202010619244.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111593245A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 楊廣宇;劉楠;賈文鵬;楊坤;賈亮;湯慧萍;王建
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/04;B22F3/105;B22F9/04;B22F1/00;B22F1/02;B33Y10/00;B33Y80/00;B82Y30/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種固溶型鎢基合金，包括鎢基體和添加元素；所述添加元素包括鈦、以及能與鎢形成連續固溶體且原子尺寸與彈性均與鎢相差較大的高熔點元素；本發明還公開了一種固溶型鎢基合金的制備方法，包括以下步驟：一、取鎢粉、高熔點元素粉末和球形鈦粉球磨混合得混合粉體；二、以混合粉體為原料采用粉床電子束3D打印法制備固溶型鎢基合金。本發明在鎢基體中添加高熔點元素，通過固溶調整鎢的晶體結構，同時添加鈦提純并彌散強化，改善了鎢基合金塑性和強度；本發明將原料粉末球磨混勻形成納米高熔點元素粉末粘附在球形鎢粉和鈦粉表面的混合粉體，然后采用粉床電子束3D打印法使鎢與高熔點元素形成連續固溶體，保證了鈦的凈化和強化作用。

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種固溶型鎢基合金及其制備方法。

背景技術

鎢具有高密度、高硬度、高耐磨性和優異的抗輻照性能，在冶金、機械、軍事和核相關領等域具有廣泛的應用。但是工業純鎢為脆性材料，韌-脆轉變溫度高達250℃～400℃，室溫下幾乎沒有塑性，這在一定程度上限制了其使用環境。導致純鎢材料的脆性、影響其力學性能的主要原因有兩個方面：一是由鎢的本身結構決定。二是由于O、S、N、P等間隙雜質元素沿晶界分布，這些元素在鎢中溶解度很低，大部分偏聚在晶界形成脆化層膜，造成晶界結合強度降低，引起晶間脆斷。

目前，現有技術中改善鎢的脆性的方式主要包括以下幾種：(1)改善制備方法，如通過真空燒結及區域熔煉等方法來從源頭上降低鎢材料中的雜質含量，提升鎢的韌性；(2)通過大的高溫塑性變形，如：旋鍛、熱軋、扭轉等方法改善鎢材料的顯微組織，細化鎢晶粒；(3)通過成分和結構設計來提高鎢基材料的性能，目前證明提高合金塑性的最具有可行性的合金元素是錸，但是錸的存儲量較低，制備鎢錸合金會造成材料成本大幅提高，同時，錸在中子輻照環境下會嬗變成高放射性活化元素Os引發輻照脆化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種固溶型鎢基合金。該合金在鎢基體中添加高熔點元素，通過固溶方式調整鎢的晶體結構，增強了原子鍵合力和晶格畸變，增大位錯滑移的阻力，從而實現了改善鎢基合金塑性的目的，同時添加鈦，實現鎢的同步提純并起到彌散強化作用，進一步改善鎢基合金塑性，顯著提高了鎢基合金的強度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種固溶型鎢基合金，其特征在于，包括鎢基體和添加元素；所述添加元素包括鈦、以及能與鎢形成連續固溶體且原子尺寸與彈性均與鎢相差較大的高熔點元素。

本發明在鎢基體中添加能與鎢形成連續固溶體、且原子尺寸與彈性均與鎢相差較大的高熔點元素，通過固溶方式調整鎢的晶體結構，增強了原子鍵合力和晶格畸變，增大位錯滑移的阻力，從而實現改善鎢基合金塑性的目的；同時還添加活性金屬元素鈦，合金成型過程中鈦吸附合金體系中的氧形成TiO₂并揮發，從而在鎢基合金制備過程中實現鎢的同步提純，進而控制鎢基合金晶界氧含量，進一步改善鎢基合金塑性，而少量未揮發的TiO₂作為彌散質點強化合金，通過微合金化使游離態O雜質以穩定化合物的形式存在，不但降低了其脆化作用，形成的穩定化合物還起到了強化作用，穩定化合物顆粒彌散分布在鎢基體中，可限制晶界和位錯的遷移，從而抑制晶粒長大，起到細化晶粒的效果，顯著提高鎢基合金的室溫及高溫強度、高溫穩定性以及再結晶溫度。

上述的一種固溶型鎢基合金，其特征在于，所述高熔點元素為鉭、鉬或鈮。該優選種類的高熔點元素能與鎢形成良好的連續固溶體、且原子尺寸與彈性均與鎢相差較大，更好地實現固溶強化作用。

上述的一種固溶型鎢基合金，其特征在于，所述固溶型鎢基合金中高熔點元素的質量含量為3％～20％，鈦元素的質量含量為1％～2％。該優選的高熔點元素含量在保證固溶強化作用的前提下，能夠均勻分布在鎢粉表面，而優選鈦元素的含量有利于充分吸附合金中的氧并盡量揮發完全。

另外，本發明還提供了一種固溶型鎢基合金的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：