CN114959338A - 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法 - Google Patents

一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114959338A
CN114959338A CN202210527527.4A CN202210527527A CN114959338A CN 114959338 A CN114959338 A CN 114959338A CN 202210527527 A CN202210527527 A CN 202210527527A CN 114959338 A CN114959338 A CN 114959338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tungsten
plasticity
powder
strength
tungsten alloy
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.)
Pending
Application number
CN202210527527.4A
Other languages
English (en)
Inventor
秦明礼
杨军军
陈刚
樊峰嵩
贾宝瑞
章林
吴昊阳
许贺彬
于瀛
曲选辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN202210527527.4A priority Critical patent/CN114959338A/zh
Publication of CN114959338A publication Critical patent/CN114959338A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • 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
    • 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
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法，属于粉末冶金技术领域。原料采用钨粉和第二相陶瓷粒子，其中第二相陶瓷粒子的体积含量不小于3.0％。将钨粉与第二相粒子高能球磨破碎、混合处理，制备出第二相粒子掺杂均匀的纳米钨基粉末，将粉体成型后烧结，即可得到高强度高塑性钨合金。本发明制造工艺简单，所制备材料具有优异的加工硬化能力和高强高塑特征，相对密度不低于95.0％，甚至大于98.0％；晶粒尺寸小于3.0μm，甚至不超过2.0μm；室温压缩塑性大于20.0％，甚至可超过40.0％；室温压缩强度可超过3.0GPa，甚至超过5.0GPa，较传统钨合金提高2‑4倍；具有优异的热稳定性，在2000℃高温处理10h，平均晶粒尺寸不超过5.0μm，甚至小于3.0μm，仅为传统钨合金材料1/10‑1/5。

Description

一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法
技术领域
本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法。
背景技术
金属钨(W)是熔点(3390～3423℃)和沸点(5700±200℃)最高、蒸汽压最低的金属，钨还具有高密度(19.3g/cm3)，高弹性模量和高强度以及低热膨胀系数等一系列优异特性，在现代国防、原子能、电真空等工程应用领域占有重要地位，在一些特殊高温应用领域具有不可取代的作用。但是，金属钨的室温脆性大，且韧脆转变温度(DBTT)高，可加工性能极差，极大限制了金属钨的应用及其性能的充分发挥。因此，提高金属钨的塑性，对于改善其加工性能，并拓展其应用具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法。具体工艺步骤如下：
(1)原料：钨粉和第二相颗粒为原料。二者配比按照第二相颗粒在金属钨中体积分数在3.0～40.0％之间计算。
(2)粉体制备：利用高能球磨将钨粉和第二相颗粒进行破碎并混合均匀，制备出第二相颗粒掺杂均匀的钨基粉末，粉末平均粒度小于100nm。
(3)成形与烧结：步骤(2)得到的粉体成形，将成形坯体在1200-2200℃范围内烧结，得到高强高塑性钨合金。
(4)组织与性能：相对密度不低于95.0％，晶粒尺寸不超过3.0μm，室温压缩塑性不低于20.0％，室温压缩强度不低于3.0GPa。
进一步地，步骤(1)所描述钨粉和第二相颗粒的配比按照第二相颗粒在金属钨中体积分数在3.0～40.0％之间计算，优选范围为6.0～20.0％。
进一步地，步骤(1)所描述原料中的第二相颗粒为氧化物(La2O3、Y2O3、Lu2O3、Ce2O3、Al2O3、ZrO2、ThO2、HfO2)、碳化物(TiC、ZrC、TaC、HfC)、氮化物(AlN、TiN、BN)和硼化物(B4C、TiB2、ZrB2、HfB2)中的至少一种。
进一步地，步骤(2)所描述高能球磨制备的纳米钨基粉末的平均粒度优先范围小于60nm。
进一步地，步骤(3)所描述将成形坯体优选烧结温度区间为1500-2000℃。
进一步地，步骤(1)～(3)所制备的钨合金：相对密度优选大于98.0％；晶粒尺寸优选小于2.0μm；室温压缩塑性甚至超过40.0％，室温压缩强度甚至超过5.0GPa。
本发明技术关键点在于：
1、严格控制原料中钨粉和第二相颗粒的比例，既能够保证钨合金的强度，又能保证钨合金的塑性。
2、采用高能球磨的方式，能够使第二相颗粒更加均匀的分布在钨基体中，避免出现团聚偏析。
3、针对原料中钨粉和第二相粒子的比例，严格控制烧结工艺，避免第二相粒子异常长大，使钨合金的综合力学性能得到充分保障，特别是大大降低金属钨的韧脆转变温度。
该方法的优点：1、制造工艺非常简单，常压烧结即可，无需热压、热等静压、放电等离子烧结等特殊致密化技术以及高压扭转、轧制等大加工变形手段。2、大大降低金属钨的韧脆转变温度，可从600℃以上降至室温，对改善钨加工性能及拓展其应用具有重要意义。3、所制备材料具有优异的加工硬化能力和高强高塑特征，室温压缩塑性大于20.0％，甚至可超过40.0％；室温压缩可超过3.0GPa，甚至超过5.0GPa，较传统钨合金提高2-4倍；4、具有优异的热稳定性，在2000℃高温处理10h，平均晶粒尺寸不超过5.0μm，甚至小于3.0μm，仅为传统钨合金材料1/10-1/5。
具体实施方式
实施例1
以钨粉和氧化镧颗粒为原料，氧化镧颗粒体积分数占15.0％，使用行星式高能球磨机进行球磨，制备出晶粒尺寸为50nm的W-La2O3合金粉末，将粉末成型后，在1800℃烧结，即可制备出氧化镧弥散强化钨合金，相对密度为98.2％，钨晶粒尺寸为0.9μm；材料的室温压缩强度为4.1GPa，室温压缩塑性达到33.0％。
实施例2
以钨粉和氧化钇颗粒为原料，氧化钇体积分数占10.0％，使用行星式高能球磨机进行球磨，制备出晶粒尺寸为60nm的W-Y2O3合金粉末，将粉末成型后，在1800℃烧结，即可制备出氧化钇弥散强化钨合金，相对密度为98.5％，钨晶粒尺寸为0.8μm；材料的室温压缩强度为4.4GPa，室温压缩塑性达到35.0％。
实施例3
以钨粉和碳化锆颗粒为原料，碳化锆体积分数占13.0％，使用行星式高能球磨机进行球磨，制备出晶粒尺寸为40nm的W-ZrC合金粉末，将粉末成型后，在1800℃烧结，即可制备出碳化锆弥散强化钨合金，相对密度为97.8％，钨晶粒尺寸为1.0μm；材料的室温压缩强度为4.0GPa，室温压缩塑性达到33.0％。
实施例4
以钨粉和氧化铝颗粒为原料，氧化铝体积分数占6.0％，使用行星式高能球磨机进行球磨，制备出平均粒径为40nm的W-Al2O3合金粉末，将制备出的粉末在700℃的氢气中还原，将粉末成型后，在1650℃烧结，即可制备出氧化铝弥散强化钨合金，相对密度为97.2％，钨晶粒尺寸为0.6μm；材料的室温压缩强度为3.5GPa，室温压缩塑性达到26.0％。
实施例5
以钨粉和氧化镥为原料，氧化镥体积分数占20.0％，使用行星式高能球磨机进行球磨，制备出平均粒径为50nm的W-Lu2O3合金粉末，将制备出的粉末在850℃的氢气中还原，将粉末成型后，在1800℃烧结，即可制备出氧化镥弥散强化钨合金，相对密度为98.2％，钨晶粒尺寸为0.9μm；材料的室温压缩强度为3.3GPa，室温压缩塑性达到26.0％。

Claims (7)

1.一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于具体工艺步骤如下：
(1)原料：钨粉和第二相颗粒为原料，二者配比按照第二相颗粒在金属钨中体积分数在3.0～40.0％之间计算；
(2)粉体制备：利用高能球磨将钨粉和第二相颗粒进行破碎并混合均匀，制备出第二相颗粒掺杂均匀的钨基粉末，粉末平均粒度小于100nm；
(3)成形与烧结：步骤(2)得到的粉体成形，将成形坯体在1200-2200℃范围内烧结，得到高强高塑性钨合金；
(4)组织与性能：相对密度不低于95.0％，晶粒尺寸不超过3.0μm，室温压缩塑性不低于20.0％，室温压缩强度不低于3.0GPa。
2.如权利要求1所述机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(1)所描述钨粉和第二相颗粒的配比按照第二相颗粒在金属钨中体积分数在3.0～40.0％之间计算。
3.如权利要求1或2所述机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(1)所描述钨粉和第二相颗粒的配比体积分数范围为6.0～20.0％。
4.如权利要求1所述机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(1)所描述原料中的第二相颗粒为氧化物、碳化物、氮化物和硼化物中的至少一种；氧化物包括La2O3、Y2O3、Lu2O3、Ce2O3、Al2O3、ZrO2、ThO2、HfO2；碳化物包括TiC、ZrC、TaC、HfC；氮化物包括AlN、TiN、BN)和硼化物包括B4C、TiB2、ZrB2、HfB2。
5.如权利要求1所述一种机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(2)所描述高能球磨制备的纳米钨基粉末的平均粒度范围小于60nm。
6.如权利要求1所述一种机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(3)所述将成形坯体烧结温度区间为1500-2000℃。
7.如权利要求1所述机械化法制备高强度高塑性钨合金的方法，其特征在于步骤(1)～(3)所制备的钨合金：相对密度大于98.0％；晶粒尺寸小于2.0μm；室温压缩塑性超过40.0％，室温压缩强度超过5.0GPa。
CN202210527527.4A 2022-05-16 2022-05-16 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法 Pending CN114959338A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210527527.4A CN114959338A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210527527.4A CN114959338A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114959338A true CN114959338A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82982845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210527527.4A Pending CN114959338A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114959338A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1288968A (zh) * 1999-09-17 2001-03-28 哈尔滨工业大学 碳化锆颗粒增强钨复合材料的制备方法
US20020002879A1 (en) * 2000-07-08 2002-01-10 Hong Soon Hyung Process for making oxide dispersion-strengthened tungsten heavy alloy by mechanical alloying
CN1445377A (zh) * 2002-03-20 2003-10-01 哈尔滨工业大学 一种复合碳化物颗粒增强钨基复合材料
CN104630532A (zh) * 2015-02-10 2015-05-20 中南大学 一种碳化物和稀土氧化物复合强化细晶钨材料的制备方法
WO2016061721A1 (zh) * 2014-10-20 2016-04-28 中南大学 一种稀土氧化物弥散强化细晶钨材料的制备方法
CN110273093A (zh) * 2019-06-12 2019-09-24 北京大学 一种纳米晶钨合金及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1288968A (zh) * 1999-09-17 2001-03-28 哈尔滨工业大学 碳化锆颗粒增强钨复合材料的制备方法
US20020002879A1 (en) * 2000-07-08 2002-01-10 Hong Soon Hyung Process for making oxide dispersion-strengthened tungsten heavy alloy by mechanical alloying
CN1445377A (zh) * 2002-03-20 2003-10-01 哈尔滨工业大学 一种复合碳化物颗粒增强钨基复合材料
WO2016061721A1 (zh) * 2014-10-20 2016-04-28 中南大学 一种稀土氧化物弥散强化细晶钨材料的制备方法
CN104630532A (zh) * 2015-02-10 2015-05-20 中南大学 一种碳化物和稀土氧化物复合强化细晶钨材料的制备方法
CN110273093A (zh) * 2019-06-12 2019-09-24 北京大学 一种纳米晶钨合金及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈勇，吴玉程: "《面对等离子体钨基复合材料的制备及其性能研究》", 31 October 2009, 合肥：合肥工业大学出版社 *
陈勇，吴玉程著, 合肥：合肥工业大学出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109879669B (zh) 一种具有高强度的高熵陶瓷复合材料及其制备方法和应用
CN109678523B (zh) 一种具有高温强度和硬度的高熵陶瓷及其制备方法和应用
CN110257684B (zh) 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺
CN110735076B (zh) 一种高熵金属陶瓷及其制备方法和应用
CN104630533B (zh) 一种刀具材料的复合硬质合金的制备方法
CN105648297A (zh) 一种外加纳米陶瓷相增强韧化高熵合金复合材料制备方法
CN110698204B (zh) 一种max相陶瓷的制备方法
CN114075078B (zh) 一种耐高温高强度(Ti,Zr,Hf)C中熵陶瓷材料及其制备方法
CN114315359A (zh) 一种利用固溶耦合法制备高强韧复相高熵陶瓷的方法和应用
CN113930696A (zh) 一种轻质富钛Ti-Zr-Nb-Al系难熔高熵合金基复合材料的制备方法
CN110204337B (zh) 一种航天陀螺仪轴承用碳化硼陶瓷材料的制备方法及其碳化硼陶瓷材料
CN113416077B (zh) 一种双复合结构的高温陶瓷刀具材料及其制备方法与应用
CN111848170A (zh) 一种碳化硼基复合陶瓷材料及其制备方法
CN114959406A (zh) 一种振荡压力烧结超高温中熵陶瓷增强难熔细晶中熵合金复合材料
CN108017392B (zh) 梯度及非梯度SiCw增韧硼化物基复合陶瓷材料及其制备方法
CN113149676A (zh) 一种利用两步法烧结原位增韧碳化硼基复相陶瓷的方法
CN105481365A (zh) 一种高致密化碳化钛陶瓷的制备方法
CN115110044B (zh) 一种铬硅合金溅射靶材的制备方法
JPH0627036B2 (ja) 高強度高靭性ＴｉＢ▲下２▼セラミックス
CN114959338A (zh) 一种机械合金化制备高强度高塑性钨合金的方法
CN115007871A (zh) 一种制备高强高塑钼合金的方法
CN113816747A (zh) TiC增强MAX相高熵陶瓷基复合材料及其制备方法
CN114959341A (zh) 一种制备高强高塑难熔合金的方法
CN114934207A (zh) 一种制备高强高塑弥散强化钨合金的方法
CN115340383B (zh) 一种提升多组元碳化物断裂韧性的方法及多组元碳化物

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