CN113136516B - 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 - Google Patents
一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113136516B CN113136516B CN202110405052.7A CN202110405052A CN113136516B CN 113136516 B CN113136516 B CN 113136516B CN 202110405052 A CN202110405052 A CN 202110405052A CN 113136516 B CN113136516 B CN 113136516B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- powder
- tungsten
- based material
- ball milling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 45
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007962 solid dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 76
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 107
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 107
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 45
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 22
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 17
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 7
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 7
- 229910000808 amorphous metal alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000713 high-energy ball milling Methods 0.000 claims description 6
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract 2
- 238000002074 melt spinning Methods 0.000 abstract 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 22
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 13
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000568 zirconium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
- C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
- B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1039—Sintering only by reaction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
- C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
- C22C32/0031—Matrix based on refractory metals, W, Mo, Nb, Hf, Ta, Zr, Ti, V or alloys thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
- C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
Abstract
一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法，属于粉末制备工程技术领域。制备方法以工业纯的W粉与Zr、M金属为原料，首先，通过电弧熔炼与甩带快淬技术获取ZrM非晶条带；其次，将其球磨制粉、过筛、按比例与W粉混合，配制材料；最后，将材料经球磨、压胚、烧结得到块体(W100‑aZra)100‑bMb钨基材料。钨基材料包括W、Zr和M元素，其中M为Fe、Co和Ni元素中的一种，a和b为原子百分比，其取值为0.5≤a≤8，0＜b≤3。本发明能充分填充W粉末颗粒间隙，获得高致密度的钨基材料烧结体；所得产物兼具固溶和弥散双强化特性；有利于提升钨基材料的强化与增韧效果，且大大拓宽了材料的制备控制工艺参数，有助于降低材料生产成本，提高材料成材率与生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种兼具固溶和弥散强化钨基材料及其制备方法，属于粉末制备工程技术领域。
背景技术
因具有高熔点(3410℃)、高抗蠕变性能、高溅射阀值、低氚滞留、低热膨胀系数等优点，钨(W)及其合金已被广泛应用于航空航天、核能工程等领域。例如，W可作为面对等离子体材料用于磁约束聚变装置的偏滤器和第一壁部件。纯W的韧脆转变温度高于室温，不利于部件加工，而其再结晶温度也不能完全满足高温服役要求，这在很大程度上限制了纯W的应用范围。
有研究表明钨基材料晶界上C、N、O等杂质元素的偏聚是造成W室温脆性的主要原因之一。据此，人们尝试通过向W中添加适量的Zr，来捕获杂质O(烧结过程中Zr与O形成ZrO2)降低杂质含量，以改善W的室温力学性能。通常合金元素Zr以Zr粉或ZrH2粉(在温度超过560℃时分解为Zr和H2)的形式加入到W及其合金中。钨基材料的烧结温度一般在1800℃以下，低于Zr粉熔点(1852℃)，因此添加Zr或ZrH2粉的钨基材料烧结类型属于典型的固相烧结。Zr与O化合生成的ZrO2易在W晶界发生团聚，向W晶粒内扩散困难。有题为“Sparkplasma sintering and mechanical properties of zirconium micro-alloyedtungsten”《Journal of Nuclear Materials》444(2014)175-180的文章，作者研究了ZrH2添加对钨基材料烧结体的力学性能影响后发现：当Zr添加量大于0.4at.％时，将引起ZrO2在晶界的团聚，材料韧性发生劣化；而且，钨基材料固相烧结体中ZrH2分解产生的H2会在基体中汇集、形成孔隙，若脱氢不完全也会造成氢脆，这些都会影响材料性能。
针对目前添加Zr的W烧结材料存在的问题，本发明拟利用非晶合金的化学成分均匀、低熔点与瞬时熔化特性，结合液相烧结技术，提供一种兼具固溶、弥散双强化效果的钨基材料及其制备方法，该方法首先将Zr与Fe、Co或Ni元素制备成低熔点非晶合金，在烧结过程中低熔点非晶添加物熔化为液态，均匀填充到W基体材料的粉末间隙中，获得高致密度的钨基材料烧结体；一方面，非晶液体有助于Zr原子的输运，Zr原子可通过固/液界面快速扩散到W晶粒中，实现固溶强化，或捕获晶粒内的O形成ZrO2，Zr与O形成的ZrO2也可在晶界形成，晶内和晶界均匀分布的ZrO2共同达到弥散强化效果。本申请发明的兼具固溶、弥散双强化效果的钨基材料，成功克服了以往ZrO2晶界团聚引起的钨基材料劣化问题，获得了强度高且韧性好的钨基材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具固溶、弥散双强化效果的钨基材料及其制备方法，以解决目前添加Zr的W烧结材料制备过程中Zr扩散/固溶效率低、ZrO2的晶界偏聚和所引起的材料性能劣化等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种兼具固溶和弥散强化钨基材料，所述材料包括W、Zr和M元素，其中M为Fe、Co和Ni元素中的一种，其原子百分比化学式为(W100-aZra)100-bMb，其中a和b为原子百分比，其取值为0.5≤a≤8，0＜b≤3。
一种兼具固溶和弥散强化钨基材料的制备方法，所述制备方法以工业纯的W粉与Zr、M金属为原料，首先通过电弧熔炼与甩带快淬技术获取Zr100-cMc(15≤c≤35，原子百分比)非晶条带，将其球磨制粉、过筛、按比例与W粉混合，配制所需钨基材料，然后经球磨、压胚、烧结得到块体(W100-aZra)100-bMb钨基材料。具体包括以下步骤：
步骤一，制备Zr-M非晶粉体
以Zr和M(M＝Fe、Co或Ni)工业纯金属为原料，按原子百分比成分Zr100-cMc换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约6×10-3～1×10-2Pa，充入0.01～0.10MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为150A～200A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼多次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.01～0.10MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得到完全非晶态的Zr-M合金条带，并通过XRD与DTA分别表征非晶条带的结构与熔化行为。
将Zr-M合金条带与磨球(料球比为1:8～1:20)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为150～200rpm，球磨时间为5～10h。球磨结束后网筛得到不同粒径的Zr-M非晶合金粉体，待用。
步骤二，制备固溶与弥散双强化的钨基材料
根据钨基材料的化学组成，采用相近粒径的Zr-M非晶合金粉体与W粉为原料配制合金原料。然后将合金原料与磨球(料球比为1:8～1:20)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为150～200rpm，球磨时间为0.5～1h，使合金原料粉末混合均匀；将合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后，放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1700℃～1800℃，烧结时间为2～8min，烧结压强为70～80MPa，升温速率为100～200℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出得到产物，进行密度与形貌观测。
本发明的优点和有益效果：
本发明利用Zr-M非晶粉末的化学成分均匀、低熔点特性，将其与W粉混合，实现液相烧结，得到一种兼具固溶、弥散双强化效果的钨基材料。其主要优点在于：①本发明中的非晶粉体原料在烧结时能发生瞬时、快速、完全融化，形成流动性好的液体，能充分填充W粉末颗粒间隙，获得高致密度(高于98％)的钨基材料烧结体；②Zr-M非晶粉体烧结时熔化形成的液/固界面能促使Zr、M等组元快速扩散进入W粉颗粒，充分实现固溶强化；同时Zr与W晶粒中的O杂质形成ZrO2均匀析出，达到弥散强化效果，从而获得一种兼具固溶和弥散双强化的钨基材料。③克服了以往Zr合金化钨基材料增韧处理时Zr添加量高于0.4at.％时出现的ZrO2析出物晶界偏聚、性能劣化问题，本发明中Zr在钨基材料中的添加量为0.5-8at.％，突破了目前钨基材料有效增韧的Zr合金化添加量上限(0.4at.％)，这不仅有利于提升钨基材料的强化与增韧效果，且大大拓宽了材料的制备控制工艺(包括成分、组织等方面)参数，有助于降低材料生产成本，提高材料成材率与生产效率。
附图说明
图1为实施例1中Zr-Fe非晶条带的XRD图谱。
图2为实施例1中Zr-Fe非晶条带的DTA图谱。
图3为实施例1中W-Zr-Fe合金的TEM明场形貌图。
具体实施方式
以下通过五个具体的实例对本发明的具体制备过程和效果作进一步阐述。
实施例1(W99Zr1)99.7Fe0.3合金制备
步骤一，Zr76Fe24中间合金非晶粉体的制备
以工业纯Zr(＞99.5％)和Fe(＞99.5％)金属为原料，按原子百分比成分Zr76Fe24换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约6×10-3Pa，充入0.05MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为150A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼4次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.05MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得Zr76Fe24合金条带。利用德国产利用德国产Bruker D8 Focus X射线衍射仪(Cu Kα辐射，λ＝0.15406nm)测得条带样品的XRD图谱(参见附图1，从图1中可以看出条带样品为非晶态)；使用TA-Q600型DTA热分析仪测得其DTA图谱(参见附图2，从图2可以看出其晶化温度Tx＝379℃，熔点Tm＝928℃，液相线温度TL＝957℃。)。
将合金条带与磨球(料球比为1:8)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为180rpm，球磨时间为8h。球磨结束后网筛得到粒径小于1μm的Zr76Fe24合金粉体，待用。
步骤二，(W99Zr1)99.7Fe0.3合金的制备
根据钨基材料的化学组成(W99Zr1)99.7Fe0.3，以Zr76Fe24非晶粉与纯W粉(99.99％)为原料配制合金。然后将合金原料与磨球(料球比为1:8)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为180rpm，球磨时间为0.8h，使合金原料粉末混合均匀；取15g的合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1780℃(远高于非晶粉末原料的液相线温度Tl＝957℃)，烧结时间为5min，烧结压强为75MPa，升温速率为100℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出。经排水法测得该烧结体材料的致密度为98.5％；同时通过JEM-2100F型透射电镜观测发现：尺寸大小30～100nm的球状ZrO2粒子均匀、弥散分布在W基体上(如附图3所示)。
实施例2(W95Zr5)99.1Fe0.9合金制备
步骤一，Zr85Fe15中间合金非晶粉体的制备
以工业纯Zr(＞99.5％)和Fe(＞99.5％)为原料，按原子百分比成分Zr85Fe15换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约6×10-3，充入0.1MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为180A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼4次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.1MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得Zr85Fe15合金条带。同等测试条件下测得条带样品的结构为非晶态，其液相线温度TL＝1150℃。
将合金条带与磨球(料球比为1:20)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为150rpm，球磨时间为10h。球磨结束后网筛分离得到粒径小于1μm的Zr85Fe15合金粉体，待用。
步骤二，(W95Zr5)99.1Fe0.9合金的制备
根据钨基材料的化学组成(W95Zr5)99.1Fe0.9，以Zr85Fe15非晶粉与纯W粉(99.99％)为原料配制合金。然后将合金原料与磨球(料球比为1:15)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为180rpm，球磨时间为1h，使合金原料粉末混合均匀；取15g的合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1700℃(远高于非晶粉末原料的液相线温度Tl＝1150℃)，烧结时间为8min，烧结压强为80MPa，升温速率为150℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出。经排水法测得该烧结体材料的致密度为98.4％。同时通过JEM-2100F型透射电镜观测发现：尺寸大小40～120nm的球状ZrO2粒子均匀、弥散分布在W基体上。
实施例3(W92Zr8)97Fe3合金制备
步骤一，Zr72Fe28中间合金非晶粉体的制备
以工业纯Zr(＞99.5％)和Fe(＞99.5％)为原料，按原子百分比成分Zr72Fe28换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约6×10-3，充入0.1MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为150A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼4次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.1MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得到完全非晶态的Zr72Fe28合金条带。同等测试条件下测得条带样品的结构为非晶态，其液相线温度TL＝1112℃。
将合金条带与磨球(料球比为1:15)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为180rpm，球磨时间为8h。球磨结束后网筛分离得到粒径小于1μm的Zr72Fe28合金粉体，待用。
步骤二，(W92Zr8)97Fe3合金的制备
根据钨基材料的化学组成(W92Zr8)97Fe3，以Zr72Fe28非晶粉与纯W粉(99.99％)为原料配制合金。然后将合金原料与磨球(料球比为1:20)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为200rpm，球磨时间为0.5h，使合金原料粉末混合均匀；取15g的合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1750℃(远高于非晶粉末原料的液相线温度Tl＝1112℃)，烧结时间为5min，烧结压强为70MPa，升温速率为200℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出。经排水法测得该烧结体材料的致密度为98.1％。同时通过JEM-2100F型透射电镜观测发现：尺寸大小40～110nm的球状ZrO2粒子均匀、弥散分布在W基体上。
实施例4(W99.5Zr0.5)99.9Ni0.1合金制备
步骤一，Zr80Ni20中间合金非晶粉体的制备
以工业纯Zr(＞99.5％)和Ni(＞99.5％)为原料，按原子百分比成分Zr80Ni20换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约1×10-2，充入0.05MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为180A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼4次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.01MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得到完全非晶态的Zr80Ni20合金条带。同等测试条件下测得条带样品的结构为非晶态，其液相线温度TL＝1100℃。
将合金条带与磨球(料球比为1:10)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为200rpm，球磨时间为5h。球磨结束后网筛分离得到粒径小于1μm的Zr80Ni20合金粉体，待用。
步骤二，(W99.5Zr0.5)99.9Ni0.1合金的制备
根据钨基材料的化学组成(W99.5Zr0.5)99.9Ni0.1，以Zr80Ni20非晶粉与纯W粉(99.99％)为原料配制合金。然后将合金原料与磨球(料球比为1:10)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为180rpm，球磨时间为0.5h，使合金原料粉末混合均匀；取15g的合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1800℃(远高于非晶粉末原料的液相线温度Tl＝1100℃)，烧结时间为2min，烧结压强为75MPa，升温速率为150℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出。经排水法测得该烧结体材料的致密度为98.2％。同时通过JEM-2100F型透射电镜观测发现：尺寸大小40～100nm的球状ZrO2粒子均匀、弥散分布在W基体上。
实施例5(W98Zr2)99Co1合金制备
步骤一，Zr65Co35中间合金非晶粉体的制备
以工业纯Zr(＞99.5％)和Co(＞99.5％)为原料，按原子百分比成分Zr65Co35换算、称料、配制合金；将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，然后抽真空至约8×10-2，充入0.01MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为200A；然后将合金锭上下翻转，如此反复熔炼4次，得到成分均匀的合金锭。接着，将合金锭破碎后放入石英管中，将石英管置于感应加热线圈中，然后抽真空至约1×10-2Pa，充入0.05MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得到完全非晶态的Zr65Co35合金条带。同等测试条件下测得条带样品的结构为非晶态，其液相线温度TL＝1102℃。
将合金条带与磨球(料球比为1:8)装入球磨罐，冲入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行高能球磨；球磨机转速为180rpm，球磨时间为8h。球磨结束后网筛分离得到粒径小于1μm的Zr65Co35合金粉体，待用。
步骤二，(W98Zr2)99Co1合金的制备
根据钨基材料的化学组成(W98Zr2)99Co1，以Zr65Co35非晶粉与纯W粉(99.99％)为原料配制合金。然后将合金原料与磨球(料球比为1:10)装入球磨罐，充入氩气后密封；将球磨罐装入球磨机中进行球磨，球磨机转速为150rpm，球磨时间为0.8h，使合金原料粉末混合均匀；取15g的合金原料粉末放入模具中采用压片机进行初压后放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1700℃(远高于非晶粉末原料的液相线温度TL＝1102℃)，烧结时间为6min，烧结压强为75MPa，升温速率为150℃/min，烧结完成后随炉冷却至室温取出。经排水法测得该烧结体材料的致密度为98.2％。同时通过JEM-2100F型透射电镜观测发现：尺寸大小50～110nm的球状ZrO2粒子均匀、弥散分布在W基体上。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种兼具固溶和弥散强化钨基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法以工业纯的W粉与Zr、M金属为原料，通过电弧熔炼与甩带快淬技术获取Zr100-cMc非晶条带，其中15≤原子百分比c≤35，将其与W粉混合配制钨基材料，后处理得到块体(W100-aZra)100-bMb钨基材料；
所述材料包括W、Zr和M元素，其中M为Fe、Co和Ni元素中的一种，其原子百分比化学式为(W100-aZra)100-bMb，其中a和b为原子百分比，其取值为0.5≤a≤8，0＜b≤3；
包括以下步骤：
步骤一，制备Zr-M非晶粉体
以Zr和M工业纯金属为原料，按原子百分比成分Zr100-cMc换算、称料、配制合金；首先，将原料混合后置于非自耗电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，抽真空后充入0.01~0.10 MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，电弧熔炼工作电流为150A~200A，反复熔炼多次得到成分均匀的合金锭；然后，将合金锭破碎后置于感应加热线圈中，抽真空后充入0.01~0.10 MPa的工业纯Ar；运用铜辊单辊旋淬技术，将合金试料熔化并喷射到旋转水冷铜辊上，获得到完全非晶态的Zr-M合金条带；
将Zr-M合金条带装入球磨罐，冲入氩气后密封，进行高能球磨，球磨结束后网筛得到不同粒径的Zr-M非晶合金粉体；
步骤二，制备固溶与弥散双强化的钨基材料
根据钨基材料的化学组成，以Zr-M非晶合金粉体与W粉为原料配制合金原料；将合金原料装入球磨罐，充入氩气后密封，进行球磨，使合金原料粉末混合均匀；将合金原料粉末初压后，放入等离子体烧结炉中进行烧结，其中烧结温度为1700℃~1800℃，烧结时间为2~8min，烧结压强为70~80MPa，烧结完成后随炉冷却至室温取出得到产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤一使用的球磨机转速为150~200rpm，球磨时间为5~10 h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤二使用的球磨机转速为150~200rpm，球磨时间为0.5~1h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110405052.7A CN113136516B (zh) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110405052.7A CN113136516B (zh) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113136516A CN113136516A (zh) | 2021-07-20 |
| CN113136516B true CN113136516B (zh) | 2022-03-29 |
Family
ID=76812911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110405052.7A Active CN113136516B (zh) | 2021-04-15 | 2021-04-15 | 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113136516B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114807670B (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-20 | 大连理工大学 | 一种兼具弥散和沉淀强化的含Fe铜基材料及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108330371A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-27 | 北京科技大学 | 一种纳米相分离烧结制备钨材料的方法 |
| CN108277411A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-07-13 | 江西澳科新材料科技有限公司 | 纳米钨合金及其制备方法 |
| CN109022988B (zh) * | 2018-09-21 | 2020-10-20 | 四川煜兴新型材料科技有限公司 | 一种钨基高比重合金材料的制备方法 |
| CN110129609B (zh) * | 2019-06-11 | 2020-10-13 | 大连理工大学 | 一种二氧化锆弥散强化铜合金的制备方法 |
| CN110527885B (zh) * | 2019-09-02 | 2021-04-20 | 广州市华司特合金制品有限公司 | 一种钨合金材料 |
| CN110480008B (zh) * | 2019-09-03 | 2021-10-15 | 北京工业大学 | 一种利用激光3d打印制备三维连通钨基复合材料及方法 |
-
2021
- 2021-04-15 CN CN202110405052.7A patent/CN113136516B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113136516A (zh) | 2021-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106756434B (zh) | 氧化物弥散强化低活化铁素体/马氏体钢及其冶炼方法 | |
| CN104674038B (zh) | 一种高强韧合金材料及其半固态烧结制备方法和应用 | |
| CN103966500B (zh) | 一种添加复合氧化物纳米颗粒的ods高温合金及其制备方法 | |
| CN111254339A (zh) | 五种钨系高熵合金及其制备方法 | |
| CN107841672B (zh) | 含Re的高密度ReWTaMoNbx高熵合金材料及制备方法 | |
| CN110029246B (zh) | 一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法 | |
| CN105063457B (zh) | 一种纳米石墨复合的高容量RE‑Mg‑Ni基贮氢材料及其制备方法 | |
| CN110129609B (zh) | 一种二氧化锆弥散强化铜合金的制备方法 | |
| CN103667837A (zh) | 一种纳米TiF3催化的高容量贮氢合金及其制备方法 | |
| CN113136516B (zh) | 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法 | |
| CN114799155A (zh) | 陶瓷颗粒强化难熔高熵合金的制备方法 | |
| CN113215466B (zh) | 一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用 | |
| CN111575572B (zh) | 一种B掺杂TiZrNb多主元合金及其制备方法 | |
| CN112941367B (zh) | 一种纳米氧化物弥散增强耐热锆合金及其制备方法 | |
| CN116555653A (zh) | 一种k泡与纳米氧化物复合强化的w基材料及其制备方法 | |
| CN104278220A (zh) | 一种高W含量Ni基非晶合金及其制备方法 | |
| CN111411249B (zh) | VNbMoTaW高熵合金的制备方法 | |
| CN107338381A (zh) | 燃料电池用石墨烯催化的贮氢合金及其制备方法 | |
| Wan et al. | Electrode heating effects on preparation of Al-65V alloy | |
| CN113755713A (zh) | 一种三氧化二钇弥散强化铜合金的制备方法 | |
| CN113881880A (zh) | 一种掺杂氟化物的高容量Gd-Mg-Ni基复合储氢材料及其制备方法 | |
| CN111485154A (zh) | 一种屏蔽材料用低烧结温度钨镍铁合金 | |
| CN117488156A (zh) | 一种钨基固溶体合金及其制备方法、应用 | |
| CN113564400B (zh) | 一种聚变堆用纳米氧化物弥散强化铜合金的制备方法 | |
| Hu et al. | SPS densification behavior of W-5.6 Ni-1.4 Fe heavy alloy powders |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |