CN102796930B

CN102796930B - 一种代替铅的钨基合金及其制备方法

Info

Publication number: CN102796930B
Application number: CN201210307111.8A
Authority: CN
Inventors: 刘桂荣; 王玲; 裴燕斌; 刘国辉; 熊宁; 王铁军; 周武平; 吕周晋; 许帅
Original assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Priority date: 2012-08-25
Filing date: 2012-08-25
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2032-08-25
Also published as: CN102796930A

Abstract

一种代替铅的钨基合金及其制备方法，属于难熔金属材料领域，该合金的成分重量百分含量为：钨8～50%、钼20～40%、镍10～30%、铜5～22%、钛1～5%、铝1～5%，其余为不可避免的杂质。制备方法包括原料配制、冷等静压成形、烧结、形变强化处理。优点在于，制备的代替铅的钨基合金的密度为7～12g/cm³，抗拉强度大于600MPa，延伸率大于15%；该合金材料与现有广泛使用的屏蔽材料铅相比，成分中无环境污染元素，合金密度与铅相近，制备工艺简单，适合批量化生产。

Description

一种代替铅的钨基合金及其制备方法

技术领域

本发明属于难熔金属材料技术领域，特别涉及一种代替铅的钨基合金及其制备方法。

背景技术

随着放射性医学的不断发展和应用，各种放射性射线被广泛应用，射线对人体伤害及环境破坏也逐步被人们认识，为了避免辐射的危害，应充分重视对辐射的防护。铅，密度为11.35g/cm³，是最早应用于辐射防护的材料，铅对x射线和γ射线均具有很好的屏蔽效果，具有易加工、价格低等特点。但由于铅无法降解，一旦排入环境很长时间仍然保持其可用性，在环境中的长期持久存在，又对许多生命组织有较强的潜在性毒性，在最严重的情况下，可能人事不醒，直至死亡。所以铅一直被列为强污染物范围，在很多国家和地区已经开始限制使用。因此，需要一种可以替代铅的新型屏蔽材料。

在很多屏蔽方面采用传统的钨合金材料做为屏蔽材料，但常规钨合金的密度范围在16.5～18.5 g/cm³之间，但该材料密度太高，无法满足要求密度低的医疗屏蔽方面，只能部分替代铅作为屏蔽材料。目前国内外有关替代铅的材料只有采用高分子聚合物中添加金属物质制备的复合材料报道，但均未给出该材料的详细密度范围和材料的各项性能指标，而且常规环境中高分子聚合物寿命一般为4~8年，如射线长期照射使用寿命会大幅降低，给使用造成诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种代替铅的钨基合金及其制备方法，解决了采用铅做屏蔽材料，使用过程及报废处理时对环境造成污染的问题。该材料制备工艺简单、适宜批量生产，且对环境无污染，

为获得与铅密度相似的钨基合金，在原料配比时首先引入钼替代部分钨来降低合金的密度，另外通过提高Ni、Cu的含量来降低密度；但合金中W、Mo含量降低，会导致合金的强度降低，发明中通过添加部分Ti和Al提高合金的强度,因为Ti和Al可以与Ni形成Ni₃Ti和Ni₃Al沉淀相，沉淀相对合金具有很好的强化作用，从而合金的整体强度得到提高。通过调整材料成分配比，制备出密度在7～12g/cm³之间代替铅的钨基合金，抗拉强度大于600MPa，延伸率大于15%。

本发明的代替铅的钨基合金的成分重量百分含量为：钨8~50%、钼20~40%、镍10~30%、铜5~22%、钛1~5 %、铝1~5 %，其余为不可避免的杂质。

本发明的代替铅的钨基合金的制备方法包括原料配制、冷等静压成形、烧结、形变强化处理四个步骤，具体工艺及在工艺中控制的技术参数为：

（1）原料配制：将钨8~50%、钼20~40%、镍10~30%、铜5~22%、钛1~5%、铝1~5 %作为原料粉，在混料器中混合8～20小时，混合均匀制成混合粉备用；

原料中W粉、Mo粉粒度为2.0～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm。

（2）冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，等静压压力为150～220MPa，保压时间为12～25分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度55～65%的预制坯；

（3）烧结：将压预制坯在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为900～1300℃，保温时间为1～3小时，得到烧结坯料；

（4）形变强化处理：烧结坯料在800～900℃保温0.5～1小时，使其变形量达到30～70%，得到最终的代替铅的钨基合金。

冷等静压成形、形变强化处理均采用氢气气氛保护。

本发明的优点在于：

1、原料采用常规W、Mo、Ni、Cu、Ti、Al粉末生产，易于购买；

2、制备工艺为粉末冶金工艺，简单易于操作；

3、成分中无对环境有害元素，不会造成环境造成污染。可以替代铅作为屏蔽材料，合金密度与铅相近，制备工艺简单，适合批量化生产。

附图说明

图1为代替铅的钨基合金金相组织图。

图2为代替铅的钨基合金断口扫描图。

具体实施方式

实施例1

1、原料选择：W粉、Mo粉粒度为2.0 ～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm，原料成分为：W：28wt%、Mo:20wt%、Ni：28wt%、Cu: 22wt%、Ti:1wt%、Al：1wt%，其余为杂质；

2、混料：选择粉末成分配比，将选好的粉末混合8小时，混合均匀备用；

3、冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，等静压压力为150MPa，保压时间为12分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度55%的预制坯；

4、烧结：将压制成形的坯料在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为900℃，保温时间为1小时，得到烧结坯料；

5、形变强化处理：温度为800℃，保温时间为1小时，变形量达到30%，得到最终的代替铅的钨基合金。

6、测试最终得到的钨基代铅合金材料的密度为：10.6g/cm³，抗拉强度为：620MPa，延伸率为18%。

实施例2

1、原料选择：W粉、Mo粉粒度为2.0～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm，原料成分为：W：8wt%、Mo：40wt%、Ni：30wt%、Cu: 19wt%、Ti:1wt%、Al：2wt%，其余为杂质；

2、混料：选择粉末成分配比，将选好的粉末混合10小时，混合均匀备用；

3、冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，等静压压力为220MPa，保压时间为18分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度65%的预制坯；

4、烧结：将压制成形的坯料在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为1000℃，保温时间为1.5小时，得到烧结坯料；

5、形变强化处理：温度为900℃，保温时间为0.5小时，变形量达到40%，得到最终的代替铅的钨基合金。

6、测试最终得到的钨基代铅合金材料的密度为：9.5g/cm³，抗拉强度为：700MPa，延伸率为20%。

实施例3

1、原料选择：W粉、Mo粉粒度为2.0～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm，原料成分为：W：50wt%、Mo：20wt%、Ni：10wt%、Cu: 13wt%、Ti:4wt%、Al：3wt%，其余为杂质；

2、混料：选择粉末成分配比，将选好的粉末混合15小时，混合均匀备用；

3、冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，等静压压力为180MPa，保压时间为20分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度60%的预制坯；

4、烧结：将压制成形的坯料在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为2小时，得到烧结坯料；

5、形变强化处理：温度为850℃，保温时间为0.5小时，变形量达到70%，得到最终的代替铅的钨基合金。

6、测试最终得到的钨基代铅合金材料的密度为：11.8g/cm³，抗拉强度为：735MPa，延伸率为22%。

实施例4

1、原料选择：W粉、Mo粉粒度为2.0～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm，原料成分为：W：35wt%、Mo：35wt%、Ni：15wt%、Cu: 5wt%、Ti: 5wt%、Al：5wt%，其余为杂质；

2、混料：选择粉末成分配比，将选好的粉末混合20小时，混合均匀备用；

3、冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，静压压力为165MPa，保压时间为25分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度58%的预制坯；

4、烧结：将压制成形的坯料在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为1300℃，保温时间为3小时，得到烧结坯料；

5、形变强化处理：温度为820℃，保温时间为1小时，变形量达到55%，得到最终的代替铅的钨基合金。

6、测试最终得到的钨基代铅合金材料的密度为：10.3g/cm³，抗拉强度为：800MPa，延伸率为15%。

Claims

1.一种代替铅的钨基合金，其特征在于，该合金的成分重量百分含量为：钨8～50%、钼20～40%、镍10～30%、铜5～22%、钛1～5%、铝1～5%，其余为不可避免的杂质；

获得该钨基合金的工艺包括原料配制、冷等静压成形、烧结、形变强化处理；工艺中控制的技术参数为：

原料配制：将钨8～50%、钼20～40%、镍10～30%、铜5～22%、钛1～5%、铝1～5%作为原料粉，在混料器中混合8～20小时，混合均匀制成混合粉备用；

冷等静压成形：将混合粉装入软胶膜内，放入冷等静压机中压制成形，等静压压力为150～220MPa，保压时间为12～25分钟，混合粉等静压成形后得到相对密度55～65%的预制坯；

烧结：将预制坯在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为900～1300℃，保温时间为1～3小时，得到烧结坯料；

形变强化处理：烧结坯料在800～900℃保温0.5～1小时，使其变形量达到30～70%，得到最终的代替铅的钨基合金。

2.一种权利要求1所述代替铅的钨基合金的制备方法，包括原料配制、冷等静压成形、烧结、形变强化处理；其特征在于，在工艺中控制的技术参数为：

（1）原料配制：将钨8～50%、钼20～40%、镍10～30%、铜5～22%、钛1～5%、铝1～5%作为原料粉，在混料器中混合8～20小时，混合均匀制成混合粉备用；

（3）烧结：将预制坯在氢气保护气氛下烧结，烧结温度为900～1300℃，保温时间为1～3小时，得到烧结坯料；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，原料中W粉、Mo粉粒度为2.0～3.0μm，Ni粉粒度为2.3～3.5μm，Cu粉粒度为3.5～6.0μm，Ti粉、Al粉粒度为3.5～6.0μm。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，冷等静压成形、形变强化处理均采用氢气气氛保护。