[發(fā)明專利]一種具有低溫韌性和高再結(jié)晶溫度的鎢合金的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010719116.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN113969363A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 練友運(yùn);宋久鵬;封范;蔣香草;顏彬游;王建豹;陳哲;劉莎莎;劉翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院;廈門鎢業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C32/00;C22C27/04;C22F1/18
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 劉昕宇

本發(fā)明屬于鎢合金的制備方法，具體涉及一種具有低溫韌性和高再結(jié)晶溫度的鎢合金的制備方法。一種具有低溫韌性和高再結(jié)晶溫度的鎢合金的制備方法，包括下述步驟：步驟一：混合燒結(jié)；將金屬鎢與彌散顆粒混合，并燒結(jié)為柱狀燒結(jié)生坯；步驟二：鍛造加工；對(duì)燒結(jié)生坯鍛造加工，直到尺寸滿足要求；步驟三：退火；對(duì)鍛造加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行退火。本發(fā)明的顯著效果是：本發(fā)明能制備得到完全致密的鎢塊體材料，在制備過程中可以有效地控制鎢基材料的微觀組織，使得鎢棒材的低溫韌性和再結(jié)晶溫度大幅度提高。并且該方法制備的材料成本低，適宜制造大尺寸和工程化的鎢塊體材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鎢合金的制備方法，具體涉及一種具有低溫韌性和高再結(jié)晶溫度的鎢合金的制備方法。

背景技術(shù)

鎢具有高熔點(diǎn)、高硬度、高導(dǎo)熱、高溫強(qiáng)度、低蒸氣壓、低的氚滯留性能等優(yōu)點(diǎn)，在照明、半導(dǎo)體、航空航天、國(guó)防、軍工、核能等領(lǐng)域有著非常重要的用途；特別是在熱核聚變領(lǐng)域，鎢被認(rèn)為是未來聚變堆最有希望的面向等離子體材料。粉末冶金制備的純鎢由于存在晶粒粗大、低溫脆性(韌脆轉(zhuǎn)變溫度約400℃)、高溫脆化(再結(jié)晶溫度約1300℃)、高溫強(qiáng)度低、輻照誘導(dǎo)脆化等問題，嚴(yán)重影響其加工以及應(yīng)用。因此，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的研究工作來改善鎢的這些缺點(diǎn)，形成了細(xì)晶/納米晶、合金化、彌散強(qiáng)化、纖維強(qiáng)化以及復(fù)合強(qiáng)化等體系。

在眾多的鎢基材料中，添加錸可以起到降低鎢韌脆轉(zhuǎn)變溫度和提高再結(jié)晶溫度的作用，如W-25Re的再結(jié)晶溫度可以提高到1500℃以上，熱塑性加工后韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低到室溫以下，但是Re是貴金屬，添加Re會(huì)導(dǎo)致材料的成本大幅度提高，且W-Re合金的熱導(dǎo)率大幅度降低。在鎢中引入彌散分布的氧化物或碳化物第二相顆粒可以釘扎位錯(cuò)和晶界，細(xì)化晶粒，提高鎢的再結(jié)晶溫度和高溫強(qiáng)度。顆粒彌散強(qiáng)化鎢主要通過燒結(jié)的方法制備，但是材料的的致密度和力學(xué)性能較低。因此，還需要結(jié)合熱塑性加工來細(xì)化鎢基材料的晶粒及提高致密度、并提高鎢材料的強(qiáng)度和韌性，降低鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，達(dá)到提高鎢及其合金材料綜合性能的目的，工業(yè)上用的比較多的方法是熱軋和旋鍛等方法。目前，用到的碳化物彌散顆粒包括TiC、ZrC、TaC、HfC等，如日本的研究人員通過在鎢中添加TiC開發(fā)了具有優(yōu)異力學(xué)性能和耐輻照性能的細(xì)晶碳化物彌散強(qiáng)化鎢材料，但是材料的熱導(dǎo)率下降較多，室溫?zé)釋?dǎo)率不到100W/m·K，遠(yuǎn)低于純鎢的170W/m·K，且材料制備工藝過于繁瑣、成本高，只能制備小尺寸樣品(Hiroaki Kurishita,Satoru Matsuso,Hideo Arakawa,Development ofNanostructured W and MoMaterials,Advanced Materials Research,2009,59:18-30)；中科院固體所采用機(jī)械合金化混粉和熱軋制備了納米ZrC增強(qiáng)的細(xì)晶鎢合金，可以將再結(jié)晶溫度提高到1400℃，韌脆轉(zhuǎn)變溫度降低到約100℃(張濤,吳學(xué)邦,謝卓明,等,核聚變第一壁用W-ZrC，材料研究進(jìn)展與展望,中國(guó)材料進(jìn)展,2018,37(5):321-330.)。氧化物顆粒主要包括La₂O₃、Y₂O₃等；歐洲的西班牙、瑞典、瑞士和奧地利的PLANSEE公司合作通過粉末冶金方法制備了W-Y₂O₃合金，提高了材料的再結(jié)晶溫度，但是材料的力學(xué)性能較差；如Battabyal等人制備的W-2％Y₂O₃合金，400℃及以上才具有明顯的塑性，在400℃的極限拉伸強(qiáng)度為500MPa，延伸率也只有10％左右(Battabyal M,R,P,et al.W-2wt.％Y₂O₃ composite:Microstructure and mechanicalproperties.Mater.Sci.Eng.,2012,A538:53)；固體所的采用放電等離子體燒結(jié)燒結(jié)和高溫旋鍛法加工制備的W-1.0％Y₂O₃棒材在200℃發(fā)生拉伸塑性形變，強(qiáng)度約為660MPa，在1300℃退火1min后，材料在150℃發(fā)生拉伸塑性形變(Xie Z M,Liu R,Miao S,et al.Effect of high temperature swaging andannealing on the mechanicalproperties and thermal conductivity of W-Y₂O₃.J.Nucl.Mater.,2015,464:193)。上述顆粒彌散強(qiáng)化鎢雖然都能起到提高鎢基材料再結(jié)晶溫度、降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度的效果，但是與W-Re合金相比，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。