CN109161771B - 一种钨合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钨合金，所述钨合金的原材料含有质量百分比为0.35‑0.85％的羰基钼粉，5.5‑7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.2‑1.5％的稀土金属氧化物颗粒以及余量的还原钨粉；以及一种上述钨合金的制备方法，采用感应等离子体粉体球化对原料进行处理，方法简单，并且制备得到的钨合金的塑性、强度、硬度以及致密度等综合性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，更具体的说是涉及一种钨合金及其制备方法。
背景技术
钨合金是以钨为基体加入其他元素组成的合金。在金属中，钨的熔点最高，高温强度和抗蠕变性能以及导热、导电和电子发射性能都好，比重大，除大量用于制造硬质合金和作合金添加剂外，钨及其合金广泛用于电子、电光源工业，也在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。
但是金属钨除存在着低温脆性，再结晶脆性等缺点外，还有着高温下易发生晶粒长大并导致再结晶脆化、高温强度低，以及由于钨的高硬度和高的韧脆转变温度而使其难以加工成型的缺陷。
目前通常采用添加合金元素的方法来提高加工性能，但是添加的合金元素无法与钨完全固溶，形成低熔点相，使其无法应用于高温领域，不能使得高温强度和韧性同时得以提升，并且现有钨合金的致密性方面的缺陷较明显。
因此，如何提供一种能够完全固溶，并且兼具高强度、高韧性和高塑性的钨合金及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种综合性能优异的钨合金，以及能够实现完全固溶的钨合金的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钨合金，主要由还原钨粉组成所述钨合金还含有质量百分比为0.35-0.85％的羰基钼粉，5.5-7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，以及0.2-1.5％的稀土金属氧化物颗粒。
羰基钼粉、碳化锆或碳化钛颗粒以及稀土金属氧化物颗粒连续固溶在还原钨粉中，形成亚微米尺度的亚晶组织，并且稀土金属氧化物增强了钨合金的致密性，与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛颗粒共同作用，使得钨合金的强度、塑性、韧性以及耐磨损性能同时得到了提高。
优选的，在上述一种钨合金中，所述羰基钼粉的费氏粒度为3.2μm。
优选的，在上述一种钨合金中，碳化锆或碳化钛颗粒的粒径为1-5nm。
优选的，在上述一种钨合金中，所述稀土金属氧化物颗粒的粒径为1.2μm。
优选的，在上述一种钨合金中，所述稀土金属氧化物颗粒为氧化镧、氧化钇和氧化铈中的一种或几种。
本发明上述物质粒径的限定，可以使得成型的钨合金的综合性能达到最好。
本发明还提供了一种钨合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量百分比0.35-0.85％的羰基钼粉，5.5-7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.2-1.5％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；在低氧环境中，钨不容易被氧化，提高了致密的成型效果；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型。
优选的，在上述一种钨合金的制备方法中，步骤(2)中，球形钨粉的粒径为25μm，感应等离子体粉体球化参数为：电压8kV，电流5A，球化功率36kW，送粉速度3rpm。
优选的，在上述一种钨合金的制备方法中，步骤(3)中，密闭腔体的相对真空度为-65kPa。
优选的，在上述一种钨合金的制备方法中，步骤(4)中，激光功率为420W，光斑直径为65μm，扫描速率为220mm/s，扫描线间距为75μm，上述参数为本发明固溶的最佳条件，不仅可以保证钨合金表面的平整光滑度，而且为合金的固溶和成型提供了良好的动力学条件。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种钨合金及其制备方法，达到了以下的效果：
1、本发明通过在还原钨粉中加入羰基钼粉，形成置换固溶体，在固溶强化的同时提高了晶界结合力，从而提高了钨合金的韧性和塑性；通过添加纳米尺度的碳化锆或碳化钛颗粒，通过颗粒阻碍基体位错运动强化和不均匀变形引起位错增值强化，进一步提升了钨合金的性能；通过添加稀土金属氧化物颗粒，使其均匀分散在钨合金中，提高成品的致密性和稳定性的同时，进一步增强了钨合金在高温下的强度和韧性；
2、本发明采用感应等离子体粉体球化对还原钨粉进行预处理，得到纯净且球形度高的钨粉颗粒，有利于后续的激光熔化，并且增大了钨粉的比表面积，有利于其他物质很好的与钨粉进行固溶；
3、本发明公开的钨合金的塑性变形能力、致密性、稳定性、韧性以及耐磨损性能，可广泛的应用于航天航空、军事、医学等领域。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钨合金，主要由还原钨粉组成，所述钨合金还含有质量百分比为0.35-0.85％的羰基钼粉，5.5-7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，以及0.2-1.5％的稀土金属氧化物颗粒。
为了进一步优化上述技术方案，所述羰基钼粉的费氏粒度为3.2μm。
为了进一步优化上述技术方案，碳化锆或碳化钛颗粒的粒径为1-5nm。
为了进一步优化上述技术方案，所述稀土金属氧化物颗粒的粒径为1.2μm。
为了进一步优化上述技术方案，所述稀土金属氧化物颗粒为氧化镧、氧化钇和氧化铈中的一种或几种。
本发明还提供了一种钨合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照质量百分比0.35-0.85％的羰基钼粉，5.5-7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.2-1.5％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(2)中，球形钨粉的粒径为25μm，感应等离子体粉体球化参数为：电压8kV，电流5A，球化功率36kW，送粉速度3rpm。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中，密闭腔体的相对真空度为-65kPa。
为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)中，激光功率为420W，光斑直径为65μm，扫描速率为220mm/s，扫描线间距为75μm。
以下通过具体实施例对本发明钨合金所能达到的技术效果进行说明：
实施例1
(1)按照质量百分比0.35％的羰基钼粉，5.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.2％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型，得到钨合金。
对得到的钨合金进行检测，其维氏硬度为6.0GPa，密度为18.98g/cm3，抗拉强度为956MPa。
实施例2
(1)按照质量百分比0.85％的羰基钼粉，7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，1.5％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型，得到钨合金。
对得到的钨合金进行检测，其维氏硬度为5.9GPa，密度为19.32g/cm3，抗拉强度为1039MPa。
实施例3
(1)按照质量百分比0.60％的羰基钼粉，6.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.7％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型，得到钨合金。
对得到的钨合金进行检测，其维氏硬度为6.5GPa，密度为19.98g/cm3，抗拉强度为1102MPa。
实施例4
(1)按照质量百分比0.55％的羰基钼粉，6.0％的碳化锆或碳化钛颗粒，1.0％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球型钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型，得到钨合金。
对得到的钨合金进行检测，其维氏硬度为5.9GPa，密度为19.56g/cm3，抗拉强度为1057MPa。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种钨合金，其特征在于，所述钨合金的制备方法包括以下步骤：
(1)按照质量百分比0.35-0.85％的羰基钼粉，5.5-7.5％的碳化锆或碳化钛颗粒，0.2-1.5％的稀土金属氧化物颗粒，其余的为钨粉，进行配比；
(2)采用感应等离子体粉体球化钨粉得到球形钨粉，将球形 钨粉与羰基钼粉、碳化锆或碳化钛，稀土金属氧化物颗粒机械混合后得到钨合金粉；
(3)将钨合金粉放置于呈真空状态的密闭腔体中，以氮气作为保护气，使得密闭腔体内的氧含量低于100ppm；
(4)利用激光对特定区域的粉末进行选择性熔化，使其粘结成型；
所述羰基钼粉的费氏粒度为3.2μm；所述碳化锆或碳化钛颗粒的粒径为1-5nm；所述稀土金属氧化物颗粒的粒径为1.2μm。
2.根据权利要求1所述的一种钨合金，其特征在于，所述稀土金属氧化物颗粒为氧化镧、氧化钇和氧化铈中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种钨合金，其特征在于，步骤(2)中，球形钨粉的粒径为25μm，感应等离子体粉体球化参数为：电压8kV，电流5A，球化功率36kW，送粉速度3rpm。
4.根据权利要求1所述的一种钨合金，其特征在于，步骤(3)中，密闭腔体的相对真空度为-65kPa。
5.根据权利要求1所述的一种钨合金，其特征在于，步骤(4)中，激光功率为420W，光斑直径为65μm，扫描速率为220mm/s，扫描线间距为75μm。
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