本发明专利技术公开了一种高比重钨合金及其制备方法，属于金属材料领域。以质量百分数计，钨合金成分如下：钨95.0％～99.0％，氧化锆1.0％～5.0％，以及不可避免的杂质；制备步骤包括：1)分别将偏钨酸铵、硝酸锆溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末经煅烧、还原得到复合钨粉；2)复合钨粉球磨后经压制成型、烧结得到烧结坯料，烧结坯料脱氢处理后经变形、热处理得到高比重钨合金。本发明专利技术通过液-液掺杂法在钨基体中加入ZrO2强化相，并采用两段烧结工艺、脱氢处理、旋锻处理制备钨合金，解决了传统钨合金强化相分布不均、氢脆、烧结密度不高等问题，为钨合金在新领域的应用和发展提供了新的方向。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高比重钨合金，以及高比重钨合金的制备方法，属于金属材料领 域。
技术介绍
高比重钨合金是一种高密度、高强度、高延展性材料，然而由于钨具有低温脆性、 韧脆转变温度较高、再结晶温度低等特性，限制了钨的更广泛应用。氧化物（Zr0 2、La203、 Y2〇3)具有熔点高、高温稳定性好、在钨基体中固溶度小等特点，因此常被用作钨的弥散强化 相。传统的钨合金制备工艺为固+固（液)制粉、压制、烧结，但是采用该工艺生产的钨合金普 遍存在强化相在钨粉中分布不均，导致存在于钨合金晶粒中的弥散相过大以及存在晶界偏 聚的问题，而且烧结态的钨合金也存在硬度值不高、塑性较低、冲击韧性较差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以Zr02为强化相的高密度、高强度钨合金。 同时，本专利技术还提供一种高比重钨合金的制备方法。 为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨(W)95.0% ~99.0%， 氧化锆(Zr〇2)1.0% ~5.0%， 以及不可避免的杂质。高比重钨合金的制备方法，包括以下步骤： 1)分别将偏钨酸铵(AMT)、硝酸锆(Zr(N03)4 · 5H20)溶于水中，混合，混合液干燥得 粉末，粉末经煅烧、还原得到复合钨粉； 2)复合钨粉球磨后经压制成型、烧结得到烧结坯料，烧结坯料脱氢处理后经变形、 热处理得到高比重钨合金。 步骤1)中偏钨酸铵与硝酸锆的质量比为130~136 :3.4~17.5,优选为130.22~ 135.69 : 3.48~17.42。偏钨酸铵的纯度大于99.7 %，粒度小于200目；硝酸锆的纯度大于 99.5%，粒度小于120目。步骤1)中煅烧的温度为400~600°C，煅烧时间4~5h。 步骤1)中还原分两段进行，第一段还原温度500~600°C，还原时间1~2h，第二段 还原温度850~950°C，还原时间2~4h。 步骤1)中复合钨粉的颗粒尺寸为500~lOOOnm。 步骤2)中球磨的转速为120~180rpm，球磨时间6~12h。球磨在惰性气氛(如纯度 99.99 %以上的高纯氩气）中进行，以防粉末被氧化。球磨材料可采用GCrl5小球(直径如 6mm)，球料比（质量比）为5~15:1。 步骤2)中压制成型的压力为300~400MPa，保压时间30~60min。在该压力下可获 得密度较高、增强相均匀分布、孔隙度均匀的冷压坯料，其在后续的烧结工艺中可均匀填充 孔隙，不易造成成分偏析。 步骤2)中烧结为热压烧结与真空烧结的结合，热压烧结的温度为1350~1550°C， 压力4~5吨，保温时间25~35min，真空烧结的温度为2300~2500°C，烧结时间120~ 180min。热压烧结的升温速率为10~30°C/min，升温阶段所加压力为设定压力的一半，达到 预定温度后压力升至预定压力，加压时间与保温时间一致。 步骤2)中脱氢处理的温度为1000~1250°C，在惰性气氛(如氩气）中保温6~8h。 步骤2)中变形前将脱氢处理的钨合金加热到1900~2000°C，保温4~6h。 步骤2)中热处理的温度为800~1000°C，保温7~1 Oh。本专利技术的有益效果： 钨合金中氧化物的成分、添加量及添加方式对合金的力学性能有着重要影响。本 专利技术以液液掺杂方式，将偏钨酸铵溶液与硝酸锆溶液充分混合后蒸干获得干燥粉末，然后 进行煅烧、还原处理，在还原过程中W0 3在氢气气氛中挥发并转入气相，以蒸气形式被还原 并沉积在低价氧化钨或掺杂相Zr02表面，形成成分均匀分布的复合钨粉。这种液-液掺杂和 共还原工艺，保证了复合钨粉中各成分的均匀一致性。 本专利技术在传统的一次烧结工艺基础上，采用热压烧结，使得冷等静压坯在加热加 压环境中处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散和流动传质，同时能促进材料致密化。由 于氢原子具有较小的半径且活性较高，易进入晶体中高能部分，为防止旋锻过程中产生氢 脆现象，特将烧结坯进行脱氢处理。本专利技术通过合理的成分配比以及严格控制各步骤工艺参数，在钨基体中加入高温 稳定相Zr〇2,能抑制杂质元素在妈合金晶界处偏聚，降低合金中的0、P等杂质和晶界偏析， 改善钨合金内部元素分布。其中Zr0 2弥散相细小且在钨基体中均匀分布，解决了钨合金致 密度、第二相均匀性、强度及抗热蠕变性能等诸多问题。【附图说明】 图1为实施例1中高比重钨合金的制备工艺流程图。【具体实施方式】 下述实施例仅对本专利技术作进一步详细说明，但不构成对本专利技术的任何限制。 实施例1 高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨（W)96.0%， 氧化锆（Zr02)4.0%， 以及不可避免的杂质。 高比重钨合金（100kg)的制备方法(工艺流程图见图1)，包括以下步骤： 1)复合钨粉的制备 将131.59kg偏钨酸铵和13.94kg硝酸锆分别溶于水中，再将两溶液混合均匀得混 合液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在500°C下煅烧4小时;将煅烧产物放入推杆还原炉内 分两段还原，第一段还原的温度为600°C，还原时间1小时，第二段还原的温度为950°C，还原 时间3.5小时，还原后过120目筛网得复合钨粉； 2)球磨、压制成型将复合钨粉放入搅拌式高能球磨机中，通入高纯氩气(纯度大于99.99 % )，球磨材 料为直径6mm的GCrl5小球，球料比（质量比）10:1，控制球磨机转速为160转/分钟，球磨时间 为8小时，得到改性复合妈粉；将改性复合钨粉放入壁厚2mm的胶套中，再置于400MPa超高压室内进行冷等静压， 保压时间为30分钟，得到冷压坯料； 3)烧结 将冷压坯料放入轴向热压烧结炉中，调节升温速率为25°C/分钟，在升温过程中将 压力调为2吨，当温度达到设定温度1500°C后，再将压力调至4吨，保温保压30分钟后随炉冷 却； 将冷却后的热压烧结坯料放入氢气中频感应烧结炉中，设定烧结温度为2500°C， 保温120分钟后随炉冷却，得到烧结坯料； 4)脱氢处理将烧结坯料放入加热炉中，在氩气保护下进行脱氢处理，设定温度1200°C，保温6 小时后随炉冷却； 5)旋锻变形将脱氢处理后的坯料加热至2000°C，保温4小时，在旋锻机上进行15%的径向变 形，得到棒材； 6)热处理 将棒材置于真空炉中，升温至1000°C，保温7小时后随炉冷却至室温，得到高比重 妈合金棒材。 实施例2 高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下： 钨(W)98.5%， 氧化锆（Zr02)1.5%， 以及不可避免的杂质。 高比重钨合金（100kg)的制备方法，包括以下步骤： 1)复合钨粉的制备 将135.01kg偏钨酸铵和5.23kg硝酸锆分别溶于水中，再将两溶液混合均匀得混合 液;取混合液蒸干，得到的干燥粉末在400°C下煅烧5小时;将煅烧产物放入推杆还原炉内分 两段还原，第一段还原的温度为500°C，还原时间2小时，第二段还原的温度为850°C，还原时 间4小时，还原后过200目筛网得复合钨粉； 2)球磨、压制成型将复合钨粉放入搅拌式高能球磨机中，通入高纯氩气(纯度大于99.99 % )，球磨材 料为直径6mm的GCrl5小球，球料比（质量比）10:1，控制球磨机转速为140转/分钟，本文档来自技高网...
【技术保护点】
高比重钨合金，其特征在于：以质量百分数计，合金成分如下：钨 95.0％～99.0％，氧化锆 1.0％～5.0％，以及不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐流杰，魏世忠，肖方闹，刘伟，李秀青，李继文，游龙，张国赏，潘昆明，徐锐，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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