CN110527885A - 一种钨合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉末冶金领域，提供一种钨合金材料及其制备方法，用于提高钨合金的韧性和硬度。本发明提供的一种钨合金材料，包括：钨85~95质量份，镍5~7质量份，铁0.5~2.5质量份，锆0.5~1质量份。在钨中增加了镍、铁，以提高钨合金的韧性和硬度，增加锆进一步增加了钨合金的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，具体涉及一种钨合金材料。
背景技术
1909年，美国通用电器公司的库利奇(w．D．Coolidge)通过粉末冶金法制得钨坯条，再利用机械加工生产出在室温下具有延性的钨丝，从而奠定了钨丝加工业的基础，也奠定了粉末冶金的基础。钨合金是以钨为基加入其他元素组成的合金。在金属中，钨的熔点最高，高温硬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。
钨是一种非常重要的有色金属，它具有高熔点、高密度、低热膨胀系数、优良的抗腐蚀性等一系列特性，通常被用于真空灯丝、焊接电极、配重材料、屏蔽材料、军用穿甲材料及火箭喷管等，在电子工业、工程机械、医疗器械、武器装备、航空航天等领域，其应用范围广阔。
钨裸露于空气中时，在400℃发生轻微氧化，500～600℃迅速氧化成WO3，而WO3在高于800℃则会显著升华，因此在钨制备过程中要保证真空环境或惰性气体保护。钨的熔点为3410±20℃，是熔点最高的难熔金属。由于熔点太高，造成高致密钨及高比重致密钨合金的制备非常困难，钨合金的制备手段有：自耗、非自耗电弧熔炼，电子束熔炼，粉末冶金等。
通过常规的方法制成的钨合金的韧性和硬度都有待提高。
发明内容
本发明解决的技术问题为提高钨合金的韧性和硬度，提供一种钨合金材料。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种钨合金材料，包括：钨85~95质量份，镍5~7质量份，铁0.5~2.5质量份，锆0.5~1质量份。
在钨中增加了镍、铁，以提高钨合金的韧性和硬度，增加锆进一步增加了钨合金的硬度。
在钨中增加镍、铁，以及少量的锆粉，可以利用镍、铁较低的熔点促进合金中各原料的充分混合，添加了少量锆粉后可以显著的提高钨合金的韧性和硬度。
优选地，包括：钨93~95质量份，镍5~7质量份，铁2~2.5质量份，锆0.8~1质量份。在上述的原料投加方式下，钨合金的韧性和硬度进一步提高。
优选地，包括：钨93质量份，镍5质量份，铁2质量份，锆0.8质量份。在此原料投加量下，钨合金的韧性和硬度更进一步提高。
优选地，所述的锆为改性锆；所述的改性锆包括二氧化锆88~95质量份，二氧化硅0.2~0.5质量份。改性的锆可以进一步提高钨合金的韧性，同时引入二氧化硅并不会增加钨合金的制备难度，却可以显著提高钨合金的韧性和硬度。
优选地，所述的改性锆的制备方法为：
二氧化锆粉体溶解于含有分散剂的水溶液中，所述的分散剂为改性聚羧酸盐，所述的分散剂的水溶液的pH为3~5，球磨得到稳定的二氧化锆悬浮液，所述的分散剂的水溶液中包括分散剂0.02~0.05质量份，去离子水400~500质量份；
向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加过程同时搅拌，加热蒸干，干燥，得到中间粉体；
将中间粉体煅烧后研磨，得到改性二氧化锆。改性锆的制备方法简单，同时引入了少量非金属氧化物，可以显著的提高合金材料的韧性和硬度。
优选地，所述的球磨的时间的36~40h；所述的加热蒸干的加热温度为80~100℃，所述的干燥的温度为240℃，所述的干燥时间为6~7h；所述的煅烧的温度为1400~1500℃，煅烧时间为5~6h。引入了非金属氧化物并进行一定的处理后，可以有效的提高合金材料的硬度。
优选地，所述的二氧化锆悬浮液包括二氧化锆90质量份，二氧化硅0.3质量份，去离子水450质量份，分散剂0.02质量份。分散剂用于将颗粒物充分的分散在去离子水中。
一种钨合金材料制备方法，包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和锆粉混粉，混粉后造粒，得到混合粉末；
将混合粉末压制成型，所述的压制工艺为冷等静压压制，成型压力为230~260MPa，保压时间3~5min，得到压胚；
对压胚进行放电等离子体烧结；
将烧结后的压胚进行非自耗电弧熔炼，所述的熔炼在氩气保护条件下进行，引弧，对压胚进行多次熔炼，最后一次熔炼后将压胚冷却至室温后出炉，获得钨合金材料。
原料经混粉后以及经过冷等静压、等离子烧结和非自耗电弧熔炼后，合金中的各种原料均匀分布，合金的韧性和硬度得到了显著的提高。
优选地，所述的混粉过程包括活化过程，所述的活化过程包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和1/10的锆粉混合均匀后进行高能球磨48h，然后向混合体系中再加入所需锆粉1/2的锆粉继续活化混合48h，再将剩余的锆粉加入混合体系中继续活化混合48h后得到混合粉末；
所述的高能球磨为湿法高能球磨，所用溶剂为无水乙醇。高能球磨可以充分提高混粉的效果，各种原料充分混合，粉末的颗粒进一步减小，提高后续熔炼的效果。
优选地，所述的放电等离子体烧结的参数为：真空度不小于0.001Pa，烧结压力为10~40MPa，温度1500~1800℃，保压时间30~40min。等离子体烧结后的粗胚再进行熔炼可以进一步促进钨和锆在合金中充分的分散。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：在钨中增加了镍、铁，以提高钨合金的韧性和硬度，增加锆进一步增加了钨合金的硬度；。
具体实施方式
以下实施列是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。
实施例1
一种钨合金材料，包括：钨93质量份，镍5质量份，铁2质量份，锆0.8质量份。所述的锆为改性锆；所述的改性锆包括二氧化锆90质量份，二氧化硅0.3质量份。所述的改性锆的制备方法为：
二氧化锆粉体溶解于含有分散剂的水溶液中，所述的分散剂为改性聚羧酸盐，所述的分散剂的水溶液的pH为3~5，球磨得到稳定的二氧化锆悬浮液，所述的分散剂的水溶液中包括分散剂0.02质量份，去离子水450质量份；
向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加过程同时搅拌，加热蒸干，干燥，得到中间粉体；
将中间粉体煅烧后研磨，得到改性二氧化锆。所述的球磨的时间的38h；所述的加热蒸干的加热温度为90℃，所述的干燥的温度为240℃，所述的干燥时间为6.5h；所述的煅烧的温度为1450℃，煅烧时间为5.5h。
在钨中增加了镍、铁，以提高钨合金的韧性和硬度，增加锆进一步增加了钨合金的硬度。
在钨中增加镍、铁，以及少量的锆粉，可以利用镍、铁较低的熔点促进合金中各原料的充分混合，添加了少量锆粉后可以显著的提高钨合金的韧性和硬度。在上述的原料投加方式下，钨合金的韧性和硬度进一步提高。在此原料投加量下，钨合金的韧性和硬度更进一步提高。改性的锆可以进一步提高钨合金的韧性，同时引入二氧化硅并不会增加钨合金的制备难度，却可以显著提高钨合金的韧性和硬度。改性锆的制备方法简单，同时引入了少量非金属氧化物，可以显著的提高合金材料的韧性和硬度。引入了非金属氧化物并进行一定的处理后，可以有效的提高合金材料的硬度。分散剂用于将颗粒物充分的分散在去离子水中。
一种钨合金材料制备方法，包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和锆粉混粉，混粉后造粒，得到混合粉末；
将混合粉末压制成型，所述的压制工艺为冷等静压压制，成型压力为240MPa，保压时间4min，得到压胚；
对压胚进行放电等离子体烧结；
将烧结后的压胚进行非自耗电弧熔炼，所述的熔炼在氩气保护条件下进行，引弧，对压胚进行多次熔炼，最后一次熔炼后将压胚冷却至室温后出炉，获得钨合金材料。所述的混粉过程包括活化过程，所述的活化过程包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和1/10的锆粉混合均匀后进行高能球磨48h，然后向混合体系中再加入所需锆粉1/2的锆粉继续活化混合48h，再将剩余的锆粉加入混合体系中继续活化混合48h后得到混合粉末；
所述的高能球磨为湿法高能球磨，所用溶剂为无水乙醇。所述的放电等离子体烧结的参数为：真空度不小于0.001Pa，烧结压力为30MPa，温度1600℃，保压时间35min。
原料经混粉后以及经过冷等静压、等离子烧结和非自耗电弧熔炼后，合金中的各种原料均匀分布，合金的韧性和硬度得到了显著的提高。高能球磨可以充分提高混粉的效果，各种原料充分混合，粉末的颗粒进一步减小，提高后续熔炼的效果。等离子体烧结后的粗胚再进行熔炼可以进一步促进钨和锆在合金中充分的分散。
实施例2
实施例2同实施例1不同之处在于，包括：钨85质量份，镍5质量份，铁0.5质量份，锆0.5质量份。所述的锆为改性锆；所述的改性锆包括二氧化锆88质量份，二氧化硅0.2质量份。所述的改性锆的制备方法为：
二氧化锆粉体溶解于含有分散剂的水溶液中，所述的分散剂为改性聚羧酸盐，所述的分散剂的水溶液的pH为3~5，球磨得到稳定的二氧化锆悬浮液，所述的分散剂的水溶液中包括分散剂0.05质量份，去离子水400质量份；
向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加过程同时搅拌，加热蒸干，干燥，得到中间粉体；
将中间粉体煅烧后研磨，得到改性二氧化锆。所述的球磨的时间的36h；所述的加热蒸干的加热温度为80℃，所述的干燥的温度为240℃，所述的干燥时间为6h；所述的煅烧的温度为1400℃，煅烧时间为5h。
一种钨合金材料制备方法，包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和锆粉混粉，混粉后造粒，得到混合粉末；
将混合粉末压制成型，所述的压制工艺为冷等静压压制，成型压力为230MPa，保压时间3min，得到压胚；
对压胚进行放电等离子体烧结；
将烧结后的压胚进行非自耗电弧熔炼，所述的熔炼在氩气保护条件下进行，引弧，对压胚进行多次熔炼，最后一次熔炼后将压胚冷却至室温后出炉，获得钨合金材料。所述的放电等离子体烧结的参数为：真空度不小于0.001Pa，烧结压力为10MPa，温度1500℃，保压时间30min。
实施例3
实施例3同实施例1不同之处在于，包括：钨95质量份，镍7质量份，铁2.5质量份，锆1质量份。所述的锆为改性锆；所述的改性锆包括二氧化锆95质量份，二氧化硅0.5质量份。所述的改性锆的制备方法为：
二氧化锆粉体溶解于含有分散剂的水溶液中，所述的分散剂为改性聚羧酸盐，所述的分散剂的水溶液的pH为3~5，球磨得到稳定的二氧化锆悬浮液，所述的分散剂的水溶液中包括分散剂0.05质量份，去离子水500质量份；
向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加过程同时搅拌，加热蒸干，干燥，得到中间粉体；
将中间粉体煅烧后研磨，得到改性二氧化锆。所述的球磨的时间的40h；所述的加热蒸干的加热温度为100℃，所述的干燥的温度为240℃，所述的干燥时间为7h；所述的煅烧的温度为1500℃，煅烧时间为6h。
一种钨合金材料制备方法，包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和锆粉混粉，混粉后造粒，得到混合粉末；
将混合粉末压制成型，所述的压制工艺为冷等静压压制，成型压力为260MPa，保压时间5min，得到压胚；
对压胚进行放电等离子体烧结；
将烧结后的压胚进行非自耗电弧熔炼，所述的熔炼在氩气保护条件下进行，引弧，对压胚进行多次熔炼，最后一次熔炼后将压胚冷却至室温后出炉，获得钨合金材料。所述的放电等离子体烧结的参数为：真空度不小于0.001Pa，烧结压力为40MPa，温度1800℃，保压时间40min。
实施例4
实施例4同实施例1不同之处在于，所述的锆未改性。
实施例5
实施例5同实施例1不同之处在于，所述的粗胚未经非自耗电弧熔炼。
实施例6
实施例6同实施例1不同之处在于，所述的混粉过程未经高能球磨处理。
实验例
综合分析实施例1~6的合金材料的抗拉强度和硬度，如下表所示，优选配方和制备方法。
表 1 实施例1~6力学性能
从表1可以看出，实施例1~6的抗拉强度和硬度均由于市售W93NiFe，表明本申请的配方和制备方法可以有效的提高合金的力学性能。
实施例1~3的力学性能优于实施例4，表明锆的改性是对合金的力学性能提升较为重要的影响因素；实施例1~3的力学性能优于实施例5，表明对粗胚进一步加工可以显著的提高合金的力学性能；实施例1~3的力学性能优于实施例6，表明高能球磨可以有效的提高合金的力学性能。
实施例1~3中，实施例1优于实施例2和3，但都较为明显的优于实施例4~6，表明在本申请的配方和申请范围内均可以有效的提高合金的抗拉强度和硬度。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (10)
1.一种钨合金材料，其特征在于，包括：钨85~95质量份，镍5~7质量份，铁0.5~2.5质量份，锆0.5~1质量份。
2.根据权利要求1所述的一种钨合金材料，其特征在于，包括：钨93~95质量份，镍5~7质量份，铁2~2.5质量份，锆0.8~1质量份。
3.根据权利要求1所述的一种钨合金材料，其特征在于，包括：钨93质量份，镍5质量份，铁2质量份，锆0.8质量份。
4.根据权利要求1所述的一种钨合金材料，其特征在于，所述的锆为改性锆；所述的改性锆包括二氧化锆88~95质量份，二氧化硅0.2~0.5质量份。
5.根据权利要求4所述的一种钨合金材料，其特征在于，所述的改性锆的制备方法为：二氧化锆粉体溶解于含有分散剂的水溶液中，所述的分散剂为改性聚羧酸盐，所述的分散剂的水溶液的pH为3~5，球磨得到稳定的二氧化锆悬浮液，所述的分散剂的水溶液中包括分散剂0.02~0.05质量份，去离子水400~500质量份；
向二氧化锆悬浮液中滴加酸性硅溶胶，滴加过程同时搅拌，加热蒸干，干燥，得到中间粉体；
将中间粉体煅烧后研磨，得到改性二氧化锆。
6.根据权利要求1所述的一种钨合金材料，其特征在于，所述的球磨的时间的36~40h；所述的加热蒸干的加热温度为80~100℃，所述的干燥的温度为240℃，所述的干燥时间为6~7h；所述的煅烧的温度为1400~1500℃，煅烧时间为5~6h。
7.根据权利要求1所述的一种钨合金材料，其特征在于，所述的二氧化锆悬浮液包括二氧化锆90质量份，二氧化硅0.3质量份，去离子水450质量份，分散剂0.02质量份。
8.一种钨合金材料制备方法，其特征在于，包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和锆粉混粉，混粉后造粒，得到混合粉末；
将混合粉末压制成型，所述的压制工艺为冷等静压压制，成型压力为230~260MPa，保压时间3~5min，得到压胚；
对压胚进行放电等离子体烧结；
将烧结后的压胚进行非自耗电弧熔炼，所述的熔炼在氩气保护条件下进行，引弧，对压胚进行多次熔炼，最后一次熔炼后将压胚冷却至室温后出炉，获得钨合金材料。
9.根据权利要求1所述的一种钨合金材料制备方法，其特征在于，所述的混粉过程包括活化过程，所述的活化过程包括：
将钨粉、铁粉、镍粉和1/10的锆粉混合均匀后进行高能球磨48h，然后向混合体系中再加入所需锆粉1/2的锆粉继续活化混合48h，再将剩余的锆粉加入混合体系中继续活化混合48h后得到混合粉末；
所述的高能球磨为湿法高能球磨，所用溶剂为无水乙醇。
10.根据权利要求1所述的一种钨合金材料制备方法，其特征在于，所述的放电等离子体烧结的参数为：真空度不小于0.001Pa，烧结压力为10~40MPa，温度1500~1800℃，保压时间30~40min。
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