CN113136514A - 一种高强度高比重合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度高比重合金材料，按重量份计，包括85~95份钨粉、2~4份镍粉、1.5~2.5份铁粉、1~1.6份高熵合金粉、0.5~1份氧化钕粉。本发明所述的高强度高比重合金材料具有良好的抗拉强度下仍然能保持良好的延伸率；通过加入高熵合金粉能够显著提高抗拉强度以及延伸率，通过由银粉、钛粉、铬粉、钽粉、锰粉制备得到的高熵合金粉，在提高抗拉强度的同时还能够改善成形性，从而提高延伸率。

Description

一种高强度高比重合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料领域，具体涉及一种高强度高比重合金材料及其制备方法。

背景技术

高比重合金材料是以钨为基体，镍、铁或铜的固溶体为粘结相形成的两相组织合金，采用粉末冶金工艺制备而成，具有强度高、硬度高、延性好、机加工性能好、热膨胀系数小、导热系数大、抗氧化和抗腐蚀性能好等一系列优点，被广泛应用于航空航天、电子信息、武器装备等领域。

中国专利201610651843.7公开了一种高比重钨基合金及其制备方法，并具体公开了混炼造粒：将经过步骤（2）处理的混合物A在氮气保护下并以10-15转/min的速度搅拌，在200-210℃条件下预热20-25min后；升温并添加塑胶辅料和聚甲醛树脂（POM），然后升温至230-240℃后，保温5-10min，POM熔化后放下压合盖板进行密炼，同时开始降温，降温至200-210℃后继续密炼10-15min至物料表面均匀光滑，再降温至180-190℃后通过螺杆挤出并切成粒料（具体参见说明书第0014段）。可知其不可避免的使用了塑胶辅料和聚甲醛树脂，塑胶辅料和聚甲醛树脂的加入，能够有效的起到粘合作用，但是在采取了脱脂处理后，原本塑胶辅料和聚甲醛树脂在基体中被去除，但是原本塑胶辅料和聚甲醛树脂的空间会形成孔隙并会产生气泡，会严重的显著影响合金材料的致密度。

北京理工大学硕士学位论文《钨-高熵合金的制备与性能研究》公开了采用高压气雾化技术制备出Al_0.6CoCrFeNi高熵合金粉末，将其加入到钨基高比重合金中，作为粘结相，发现钨颗粒与粘结相间生成扩散反应区，Cr元素富集在钨颗粒的界面处，合金的断裂强度高（即合金强度），但成型性和塑性降低（即延伸率），可见，上述制备得到的高熵合金粉末能提高合金强度，但是其在提高合金强度的另一方面降低了延伸率。

现有的高强度高比重合金材料的抗拉强度、延伸率需要进一步改进。

发明内容

本发明提供一种高强度高比重合金材料及其制备方法，所述的高强度高比重合金材料具有良好的抗拉强度以及延伸率。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案：

一种高强度高比重合金材料，按重量份计，包括85~95份钨粉、2~4份镍粉、1.5~2.5份铁粉、1~1.6份高熵合金粉、0.5~1份氧化钕粉。

作为一种优选方案，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括90~95份钨粉、2.5~4份镍粉、1.8~2.5份铁粉、1~1.5份高熵合金粉、0.6~1份氧化钕粉。

作为一种优选方案，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括92.58份钨粉、3.25份镍粉、2.04份铁粉、1.32份高熵合金粉、0.81份氧化钕粉。

作为一种优选方案，所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取20~30份银粉、20~30份钛粉、15~25份铬粉、15~25份钽粉、5~15份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以300~600rpm转速球磨18~30h，得到高熵合金粉。

作为一种优选方案，所述高熵合金粉的制备方法中按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉。

本发明的发明人在大量的研究中惊奇的发现，通过由银粉、钛粉、铬粉、钽粉、锰粉制备得到的高熵合金粉，在提高抗拉强度的同时还能够改善成形性，从而提高材料的延伸率。

作为一种优选方案，所述钨粉为球形钨粉，所述球形钨粉的制备方法为：

S1、将0.2~0.1份油酸钠、0.2~0.1份二乙醇胺加入到40~80份钨酸铵溶液中，200~500W超声处理25~45min；

S2、再加入8~20份85%磷酸溶液，200~500W超声处理30~60min，过滤，干燥，研磨至2~5微米，在管式还原炉中通入氢气进行还原，得到球形钨粉；所述的份均为重量份。

作为一种优选方案，所述钨酸铵溶液密度为1.1~1.3g/cm³。

作为一种优选方案，所述还原温度为850~920℃，还原时间为40~80min，氢气的流量为55~60ml/cm³。

本发明的发明人在大量的研究中惊奇的发现，在本发明的体系下，通过选用磷酸为沉淀剂，选用油酸钠、二乙醇胺为分散剂，使用上述方法制备得到的球形钨粉相比于钨粉能够显著提高抗拉强度、延伸率，本发明所制备得到的球形钨粉粒度均匀、尺寸得到细化、成形性好，不会发生团聚现象。

本发明还提供了一种高比重合金材料的制备方法，用于制备权利要求所述的高比重合金材料，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在200~300MPa下进行冷等静压25~45min，再在1420~1440℃下进行烧结100~200min，即得高比重合金材料。

作为一种优选方案，所述烧结温度为1440℃，烧结时间为160min。

本发明的有益效果：（1）本发明所述的高强度高比重合金材料具有良好的抗拉强度下仍然能保持良好的延伸率；（2）本发明通过加入高熵合金粉能够显著提高抗拉强度以及延伸率，通过由银粉、钛粉、铬粉、钽粉、锰粉制备得到的高熵合金粉，在提高抗拉强度的同时还能够改善成形性，从而提高延伸率。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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作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。

在本发明中，除特别声明，所述的份均为重量份。

实施例1

一种高强度高比重合金材料，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括92.58份钨粉、3.25份镍粉、2.04份铁粉、1.32份高熵合金粉、0.81份氧化钕粉。

所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以400rpm转速球磨24h，得到高熵合金粉。

所述高比重合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在280MPa下进行冷等静压40min，再在1440℃下进行烧结160min，即得高比重合金材料。

实施例2

一种高强度高比重合金材料，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括85份钨粉、2份镍粉、1.5份铁粉、1份高熵合金粉、0.5份氧化钕粉。

所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以400rpm转速球磨24h，得到高熵合金粉。

所述高比重合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在280MPa下进行冷等静压40min，再在1440℃下进行烧结160min，即得高比重合金材料。

实施例3

一种高强度高比重合金材料，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括90份钨粉、2.5份镍粉、1.8份铁粉、1份高熵合金粉、0.6份氧化钕粉。

所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以400rpm转速球磨24h，得到高熵合金粉。

所述高比重合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在280MPa下进行冷等静压40min，再在1440℃下进行烧结160min，即得高比重合金材料。

实施例4

一种高强度高比重合金材料，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括92.58份球形钨粉、3.25份镍粉、2.04份铁粉、1.32份高熵合金粉、0.81份氧化钕粉。

所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以400rpm转速球磨24h，得到高熵合金粉。

所述球形钨粉的制备方法为：

S1、将0.6份油酸钠、0.5份二乙醇胺加入到50份钨酸铵溶液中，400W超声处理30min；所述钨酸铵溶液密度为1.2g/cm³；

S2、再加入12份85%磷酸溶液，400W超声处理45min，过滤，干燥，研磨至4微米，在管式还原炉中通入氢气进行还原，得到球形钨粉；所述的份均为重量份；所述还原温度为870℃，还原时间为50min，氢气的流量为58ml/cm³，所述的份均为重量份。

所述高比重合金材料的制备方法，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将球形钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在280MPa下进行冷等静压40min，再在1440℃下进行烧结160min，即得高比重合金材料。

对比例1

对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1不含有所述的高熵合金粉，其他都相同。

对比例2

对比例2与实施例1不同之处在于，对比例2所述的高熵合金粉的组成不同于实施例1，其他都相同。

所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取25份铝粉、25份钛粉、20份铜粉、20份钴粉、10份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以400rpm转速球磨24h，得到高熵合金粉。

对比例3

对比例3与实施例1不同之处在于，对比例3不含有所述的氧化钕粉，其他都相同。

对比例4

对比例4与实施例4不同之处在于，对比例4所述的球形钨粉的制备方法不同于实施例4，其他都相同。

所述球形钨粉的制备方法为：

S1、将1.1份十二烷基硫酸钠加入到50份钨酸铵溶液中，400W超声处理30min；所述钨酸铵溶液密度为1.2g/cm3；

S2、再加入12份浓硫酸，400W超声处理45min，过滤，干燥，研磨至4微米，在管式还原炉中通入氢气进行还原，得到球形钨粉；所述的份均为重量份；所述还原温度为870℃，还原时间为50min，氢气的流量为58ml/cm³，所述的份均为重量份。

为了进一步证明本发明的效果，提供了以下测试方法：

1.采用WDW-50 电子万能试验机测试抗拉强度、延伸率，测试结果见表1。

表1 测试结果

从表1中可看出，本发明所述的高强度高比重合金材料具有良好的抗拉强度以及延伸率。

对比实施例1~3可知，不同高强度高比重合金材料的配比能够影响抗拉强度以及延伸率，其中实施例1为最佳实施方式。

对比实施例1、4可知，所述的球形钨粉相比于钨粉能够显著提高抗拉强度以及延伸率。

对比实施例1与对比例1、2可知，所述的高熵合金粉能够显著提高抗拉强度以及延伸率，且不同的高熵合金粉的组成对抗拉强度以及延伸率会造成影响。

对比实施例1、对比例4可知，采取本发明所述的方法制备得到的球形钨粉能够更加显著的提高抗拉强度以及延伸率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种高强度高比重合金材料，其特征在于，按重量份计，包括85~95份钨粉、2~4份镍粉、1.5~2.5份铁粉、1~1.6份高熵合金粉、0.5~1份氧化钕粉。

2.根据权利要求1所述的高比重合金材料，其特征在于，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括90~95份钨粉、2.5~4份镍粉、1.8~2.5份铁粉、1~1.5份高熵合金粉、0.6~1份氧化钕粉。

3.根据权利要求1所述的高比重合金材料，其特征在于，所述高强度高比重合金材料按重量份计，包括92.58份钨粉、3.25份镍粉、2.04份铁粉、1.32份高熵合金粉、0.81份氧化钕粉。

4.根据权利要求1所述的高比重合金材料，其特征在于，所述高熵合金粉的制备方法为：按重量份计，称取20~30份银粉、20~30份钛粉、15~25份铬粉、15~25份钽粉、5~15份锰粉加入到行星式高能球磨机中，以300~600rpm转速球磨18~30h，得到高熵合金粉。

5.根据权利要求1所述的高比重合金材料，其特征在于，所述高熵合金粉的制备方法中按重量份计，称取25份银粉、25份钛粉、20份铬粉、20份钽粉、10份锰粉。

6.根据权利要求1所述的高比重合金材料，其特征在于，所述钨粉为球形钨粉，所述球形钨粉的制备方法为：

S1、将0.2~0.1份油酸钠、0.2~0.1份二乙醇胺加入到40~80份钨酸铵溶液中，200~500W超声处理25~45min；

S2、再加入8~20份85%磷酸溶液，200~500W超声处理30~60min，过滤，干燥，研磨至2~5微米，在管式还原炉中通入氢气进行还原，得到球形钨粉；所述的份均为重量份。

7.根据权利要求6所述的高比重合金材料，其特征在于，所述钨酸铵溶液密度为1.1~1.3g/cm³。

8.根据权利要求6所述的高比重合金材料，其特征在于，所述还原温度为850~920℃，还原时间为40~80min，氢气的流量为55~60ml/cm³。

9.一种高比重合金材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1~8任一所述的高比重合金材料，包括以下步骤：

S11、将镍粉、铁粉加入到行星式高能球磨机中，混合均匀，得到固溶体；

S12、将钨粉、高熵合金粉加入到倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到预混粉；

S13、将固溶体、预混粉、氧化钕粉倾斜式混料机中，搅拌均匀，得到混合粉体；

S14、将混合粉体在200~300MPa下进行冷等静压25~45min，再在1420~1440℃下进行烧结100~200min，即得高比重合金材料。

10.根据权利要求9所述的高比重合金材料的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为1440℃，烧结时间为160min。