一种钨合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钨合金材料及其制备方法，属于有色金属冶炼及压延加工技术领域，包括以下质量百分比含量的金属元素：W 85～92％、金属元素a 3～7％，金属元素b 1～5％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％。该发明专利技术提供的钨合金材料及其制备方法，钨合金配方中各原料易获得，工艺简单，制备得到的钨合金材料具有晶粒度小、密度大、强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好等优点。

Tungsten alloy material and preparation method thereof

The invention discloses a tungsten alloy material and a preparation method thereof, belonging to the field of non-ferrous metal smelting and rolling processing technology, metal elements include the following: W mass percentage of 85 ~ 92%, 3 ~ 7% a metal elements, metal elements B 1 ~ 5%, 0.5 ~ 1% of rare earth oxides, metal elements a Ni, Fe Cu, for any one or more of the metal elements of B, Zr, Hf, Mo at Re, Nb, V, Ta in one or more of the rare earth oxides of rare earth oxides for any one or more of the metal elements in the B, the quality of Re the percentage content of not less than 1% wt CeO2 not less than 0.5%. Tungsten alloy material and a preparation method of the invention, the formula of tungsten alloy has the advantages of simple process, easy to obtain raw materials, tungsten alloy prepared has the advantages of small grain size, high density, high strength, high hardness, good ductility, good machining performance etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属冶炼及压延加工
，具体涉及一种钨合金材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术日新月异的发展和装甲防护技术水平的不断提高，对钨合金材料的要求越来越高，尤其是要求在保证高密度的前提下兼有高的强度和良好的韧性。因此，如何提高和改善钨合金形变强化后的强度和塑性是当前的重要研究课题之一。而影响弹用钨合金材料强度和塑性的因素主要有成分设计与工艺设计。钨合金最为传统的制备方法是制粉、压制、液相烧结，其烧结温度高，时间长，晶粒粗大，容易产生坍塌与变形。专利CN1048066A介绍了一种新型钨合金球，只是在美国专利US3254995的W-Ni-Fe-Co系合金的基础上添加了一种稀土元素Re，用于提高钨合金球的抗氧化和抗腐蚀性能。未提到烧结工艺，只有化学成分的变动，根据其年代可知，其采用的是传统的液压烧结工艺。专利CN105441765A介绍了一种弹用高比重钨合金，主要化学成分有钨、氧化锆、粘结相镍和铁，采用混合粉末压制、液相烧结的方法制备高比重钨合金。液相烧结若烧结坯体液相数量控制不当或者混合粉的粒度、混合不均，容易出现变形，力学性能下降。且液相烧结收缩大，尺寸槽度难以控制。
技术实现思路
本专利技术克服了上述的缺点，本专利技术的第一个目的在于提供一种钨合金材料，包括以下质量百分比含量的金属元素：W85～92％、金属元素a3～7％，金属元素b1～5％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％。优选的，包括以下质量百分比含量的金属元素：W85～92％、金属元素a3～5％，金属元素b1～2％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％本专利技术的第二个目的在于提供一种钨合金材料的制备方法，具体包括以下步骤：1)按配比称取W、金属元素a，金属元素b，稀土元素氧化物等原料粉末，混合均匀，得混合原料；2)在球磨罐中加入步骤1)中的混合原料、乙醇和硬质合金球，在氩气气氛下以200-600r/min的速度研磨，研磨后的粉末在红外灯下进行干燥；3)将步骤2)中高能球磨合金化得到的混合物粉末装入石墨模具内，将石墨模具放入到放电等离子系统中进行放电等离子烧结。烧结过程中烧结腔内始终保持真空，烧结结束后，随烧结炉自然冷却；4)取出步骤3)中的石墨模具在室温下继续冷却，脱模，即得烧结体。优选的，具体包括以下步骤：1)按配比称取W、金属元素a，金属元素b，稀土元素氧化物等原料粉末，混合均匀，得混合原料；2)在球磨罐中加入步骤1)中的混合原料、乙醇和硬质合金球，在氩气气氛下以200-600r/min的速度研磨20～48h，将研磨后的粉末在红外灯下进行干燥10～60min；3)将步骤2)中高能球磨合金化得到的混合物粉末装入石墨模具内，将石墨模具放入到放电等离子系统中进行放电等离子烧结，要确保粉末的中心位置对准测温点。所述石墨模具有密布的内径为Φ5～20，粉末与石墨模具之间用碳纸隔开，将石墨模具放于预压机中，在石墨模具上下两个压头之间施加5～20MPa的压力，然后卸压，完成预压过程，再调整石墨模具上下两个压头的位置，使粉末置于石墨模具的中间位置，将石墨模具放入烧结炉的烧结腔中，开始烧结，烧结压力为20～70MPa，升温过程为1min内从20℃升至500℃左右，然后以0～200℃/min的速率升至800～1200℃左右，再以0～200℃/min的速率升至烧结温度1000～1250℃，烧结过程中烧结腔内始终保持0.0001～0.09Pa，烧结结束后，随烧结炉自然冷却；4)取出步骤3)中的石墨模具在室温下继续冷却，脱模，即得烧结体。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术钨合金配方中各原料易获得；2)本专利技术采用高能球磨合金化和放电等离子烧结相结合的方法制备钨合金材料，机械合金化采用高能球磨工艺。高能球磨是一个高能量干式球磨过程。简单地说，它是在高能量磨球的撞击研磨作用下，使研磨的粉末之间发生反复的冷焊和断裂，形成细化的复合颗粒，发生固态反应形成新材料的过程。原材料可以是元素粉末、元素与合金粉末和金属间化合物、氧化物粉末等的混合物。磨球一般采用轴承钢球。球－粉末－球的碰撞引起塑性粉末的压扁和加工硬化，当被压扁的金属粒子重叠时，原子级洁净的表面紧密地接触，发生冷焊，形成由各组分组成的多层的复合粉末粒子，同时发生加工硬化的组分及复合粒子的断裂。冷焊与断裂不断重复，有效地“揉混”复合粉末的内部结构，其不断细化并越来越均匀，形成均匀细化的复合颗粒。放电等离子烧结(简称SPS)，是世纪末发展起来的一种新型的粉末快速固结成形技术，也称脉冲电流烧结，又称场辅助烧结工艺(简称PECS)。具有升温速度快、烧结时间短、外加压力和烧结气氛可控、节能环保等特点，广泛用于磁性材料、梯度功能材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间复合材料等一系列新型材料的制备；3)制备得到的钨合金材料具有晶粒度小、密度大、强度高、硬度高、延性好、机械加工性能好等优点，可以广泛适用于电子、航空航天、武器杀伤部件等领域。具体实施方式实施例11)按表1的配比称取各原料粉末200g，混匀；表1钨合金的原料配方粉末纯度(％)配比(质量分数％)W不小于99.9％92Ni不小于99.5％3Fe不小于99.5％2Cu不小于99.5％1.5Re不小于99.5％1CeO2不小于99.0％0.52)在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇150ml、硬质合金球1kg，在氩气气氛下以350r/min的速度研磨48h，将研磨后的粉末在红外灯下进行干燥10min；3)将高能球磨合金化得到的混合物粉末装入石墨模具内，然后将石墨模具放入到放电等离子系统中进行放电等离子烧结，要确保粉末的中心位置对准测温点。所述石墨模具有密布的内径为Φ20，粉末与石墨模具之间用碳纸隔开，将石墨模具放于预压机中，在石墨模具上下两个压头之间施加压力至10MPa，然后卸压，完成预压过程，再调整石墨模具上下两个压头的位置，使粉末置于石墨模具的中间位置，将石墨模具放入烧结炉的烧结腔中，开始烧结，烧结压力为50MPa，升温过程为5min内从20℃升至400℃，然后以100℃/min的速率升至1000℃，再以10℃/min的速率升至烧结温度1050℃，烧结过程中烧结腔内始终保持真空，烧结结束后，随烧结炉自然冷却；4)取出石墨模具在室温下继续冷却，脱模后获得烧结体。实施例21)按表2的配比称取各原料粉末200g，混匀；表2钨合金的原料配方2)在球磨罐中加入上述混匀的原料、乙醇150ml、硬质合金球1kg，在氩气气氛下以350r/min的速度研磨48h，将研磨后的粉末在红外灯下进行干燥10min；3)将高能球磨合金化得到的混合物粉末装入石墨模具内，然后将石墨模具放入到放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钨合金材料，其特征在于，包括以下质量百分比含量的金属元素：W 85～92％、金属元素a 3～7％，金属元素b 1～5％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％。

【技术特征摘要】
1.一种钨合金材料，其特征在于，包括以下质量百分比含量的金属元素：W85～92％、金属元素a3～7％，金属元素b1～5％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％。2.一种钨合金材料，其特征在于，包括以下质量百分比含量的金属元素：W85～92％、金属元素a3～5％，金属元素b1～2％，稀土元素氧化物0.5～1％，金属元素a为Ni、Fe、Cu中的任意一种或多种，金属元素b为Mo、Zr、Hf、Re、Nb、V、Ta中的任意一种或多种，稀土元素氧化物为稀土元素氧化物中的任意一种或多种，其中，金属元素b中Re的质量百分比含量不少于1％，CeO2的质量百分比含量不少于0.5％。3.一种如权利要求1所述的钨合金材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：1)按配比称取W、金属元素a，金属元素b，稀土元素氧化物等原料粉末，混合均匀，得混合原料；2)在球磨罐中加入步骤1)中的混合原料、乙醇和硬质合金球，在氩气气氛下以200-600r/min的速度研磨，研磨后的粉末在红外灯下进行干燥；3)将步骤2)中高能球磨合金化得到的混合物粉末装入石墨模具内，将石墨模具放入到放电等离子系统中进行放电等离子烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玄，欧邯，顾进跃，
申请(专利权)人：深圳市威勒科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44