一种钨镍合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钨镍合金及其制备方法，该钨镍合金的成分质量百分比为：W：20‑80%，Ni：80‑20%，Ti：0‑3%，Al：0‑4%，Nb：0‑10%，Ta：0‑12%。制备方法依次包括如下步骤：气雾化喷雾制粉、热等静压、热处理。本发明专利技术的钨镍合金的制备方法优点在于制备的钨镍合金组织均匀、工艺流程短、可以制备复杂的形状从而节约原料，材料室温抗拉强度达到1000‑2100MPa之间、屈服强度在500‑1500 MPa之间、延伸率在15‑60%之间，本发明专利技术所制备的钨镍合金适用于高能射线屏蔽防护、高速动能武器等领域，具有良好的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种钨镍合金及其制备方法
本专利技术属于难熔金属材料领域，涉及一种钨镍合金及其制备方法。
技术介绍
高速动能武器主要是指穿甲、破甲及钻地弹等，依靠弹体高的密度和动能打击移动或固定目标。最早出现于19世纪60年，主要应用于对付覆盖有装甲的工事和舰艇；第一次世界大战，开始应用于打击对方的坦克等重型装备，一般采用高强钢和碳化钨材料；20世纪70年代，采用钨合金（主要为钨镍铁并添加一定的微量元素）和贫铀合金作为弹芯，可击穿大倾角的装甲和复合装甲。弹芯的动能和弹芯的材料性能决定了对目标的破坏效果，弹芯的硬度必须高，也就是说材料的强度一定要搞，同时要保证良好的韧性以保证发射和碰撞装甲时不易破碎。目前弹芯的主要材料为高强钢、碳化钨、钨合金和贫铀合金：高强钢具有良好的强度和韧性，并且通过调整热处理工艺得到希望的性能，缺点是高强钢的密度低，只有8g/cm3左右，毁伤效果偏弱；碳化钨有较高的密度，可以达到15g/cm3，其硬度也很高可以达到HRA90以上，缺点是韧性差；钨合金具有高的密度可以达到17g/cm3以上，通过变形强化+热处理的形式，性能最高可以达到1700MPa，缺点是高的强度需要采用精密锻造机进行大变形量变形得到，缺点成本偏高同时弹芯的尺寸会受到影响；贫铀合金材料弹芯在使用后会造成放射线污染，很多国家已经禁止使用。钨镍合金由钨镍两种元素组成，通过改变钨的含量，可以得到密度10-16g/cm3的合金，钨元素能够固溶到镍元素中，室温下固溶度最大能达到32%左右，而在1500℃时，固溶度达到38%左右；镍钨固溶体为面心立方结构，具有良好的韧性，一般延伸率在40-60%之间，而随着钨含量的增加，晶格畸变增大、固溶强化效果增加，强度可以达到1100MPa。在970℃以上时，钨含量超过38%以后，合金组织为两相组织：基体相为钨镍固溶体相、强化相为钨相；强化相的作用为阻碍位错移动的质点，从而增强基体的强度，强化相的尺寸和分布决定了强化的效果。合金从高温冷却到室温的过程中，会有中间相Ni4W的形成，Ni4W为硬脆相，通过热处理可以控制此相的析出及析出量，影响材料的强度和韧性。通过控制加入钨颗粒的尺寸和通过调整Ni4W相的析出，在提高密度和强度的同时，保证材料的韧性。所以，钨镍合金拥有高的密度、高的强度和良好的韧性可以作为高度动能武器的弹芯材料。高能射线主要是指频率高的不可见X射线和γ射线，主要应用在医疗诊断和治疗、安防、科学研究等领域。高能射线对人体有很大的伤害，其屏蔽和防护是其应用主要考虑的问题。一般原子的序数Z值高的重元素具有良好的高能射线屏蔽能力、例如铅、钨和铀等：射线与物质相互作用时，能产生次级带电粒子（主要是电子）和次级光子，通过这些次级带电粒子的电离、激发过程把能量传递给物质。射线并不像带电粒子那样通过多次能量的损失逐渐消耗其能量，而是在一次相互作用过程中就可能损失大部分或全部能量。在0.01-10兆电子伏能量范围内，主要的作用过程是光电效应、康普顿效应和电子对效应，其它作用过程与上述三种过程相比都是次要的。光电效应：能量为hν的光子通过物质时，与原子的某壳层中的一个轨道电子像话作用，把全部能量传递给这个电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子（常成为光电子）发生光电效应的条件为，入射光子的能量必须大于某壳层电子的结合能。K层和L层电子发生光电效应的几率最大。康普顿效应：当具有能量为hν的光子与原子内一个轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并于入射方向成一定角度散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射方向呈一定角度射出（康普顿反冲电子），此种效应称为康普顿效应。电子对效应：在原子核场或原子的电子场中，一个光子转化成一对正、负电子。在原子核场中发生电子对效应时，要求入射光子的能量大于1.02兆电子伏；在原子的电子场中，则要求入射光子的能量大于2.04兆电子伏。根据能量守恒与动量守恒原理，电子对效应发生的必要条件是必须有原子核和壳层电子存在。射线屏蔽的材料一般为铅、钨及其合金和铀等元素。铅有毒性且环境不友好，现在越来越多的国家已经明确禁止使用铅。铀储量低而且使用受到诸多的限制，价格偏高，一般不用做屏蔽材料。纯钨材料有良好的屏蔽效果，但是由于其硬脆和难于加工的特点，也很大程度限制了其使用。钨的合金主要是钨镍铁系和钨镍铜系，具有良好的屏蔽效果和良好的加工性能，为射线屏蔽的主要材料；但是其在特点场合，例如温湿环境下，耐腐蚀性能较差。而钨镍材料由于其含有钨元素，可以作为屏蔽材料，其中也含有大量的镍，具有良好的耐腐蚀性能，所以可以应用于特殊的射线屏蔽场合。钨镍合金采用传统的铸造工艺，一般钨的含量只能达到30%左右，如果提高钨的含量，熔化温度升高，偏析加大，铸造出的合金性能低下。即便是30%左右的铸造合金，铸造过程也会出现钨的偏析，后续变形过程中，变形应力大容易造成裂纹等缺陷，成品率低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种钨镍合金及其制备方法，提高成品率。为了达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钨镍合金制备方法，依次包括如下步骤：（1）粉末的制备：将金属钨、金属镍，或，和其他添加元素以单质或合金形式放入到熔炼炉中熔化，然后气雾化制粉；过筛，得到100目-500目筛下的组织均匀的合金粉末；保证元素在粉末颗粒没有偏析等现象；成本较低，粉末氧含量低；（2）热等静压：将气雾化所得的合金粉末包套封装抽气后，在热等静压炉中进行高温高压致密化；得到各种形状（棒、管、板或异形件），能连续生产；（3）热处理：将热等静压烧结后的致密材料进行热处理，通过温度和时间的调节，控制钨镍元素的分布和组织形态，以得到所需的性能。气雾化将原料加入熔化炉中熔解，加料可以分为一次加料方式和两次加料方式：一次加料是将金属或合金放入到熔化炉中熔解；二次加料是先熔解一部分原料后，再按照比例加入剩余的原料。气雾化制备的钨镍合金粉末，通过高速的气流将合金液流击碎，液滴在下落过程中快速冷却，避免出现偏析。钨镍合金粉经过热等静压烧结，制备得到高致密度的合金，这个过程是在高压和高温（温度远低于熔点）下完成的，这样就保证了合金具有细的晶粒，综合性能比传统铸造方法高；而且晶粒均匀，可以制备异形件，避免后续的变形过程，提高了成品率。采用这样的钨镍合金制备方法，工艺流程短、能耗低、成品率高，并且可以实现高钨含量的合金生产。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中钨含量：20-80%、镍含量：80-20%。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中W：20%，Ni：80%。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中包括W：80%，Ni：20%。上述任一方案优选的是，所述其他添加元素包括Ta、Nb、Ti、Al中一种或几种。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中钨含量比例20-80%，镍的含量为80-20%，Ti：0-3%，Al：0-4%，Nb：0-10%，Ta：0-12%。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中包括W：30%，Ni：48%，Ta：12%，Nb：10%。上述任一方案优选的是，按质量百分比计，所述钨镍合金中包括W：61%，Ni：32%，A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钨镍合金制备方法，依次包括如下步骤：（1）粉末的制备：将金属钨、金属镍，或，和其他添加元素以单质或合金形式放入到熔炼炉中熔化，然后气雾化制粉；过筛，得到100目‑500目筛下的组织均匀的合金粉末；（2）热等静压：将气雾化所得的合金粉末包套封装抽气后，在一定温度和压力下在热等静压炉中进行致密化；（3）热处理：将热等静压烧结后的致密材料进行热处理，即得所述钨镍合金。

【技术特征摘要】
1.一种钨镍合金制备方法，依次包括如下步骤：（1）粉末的制备：将金属钨、金属镍，或，和其他添加元素以单质或合金形式放入到熔炼炉中熔化，然后气雾化制粉；过筛，得到100目-500目筛下的组织均匀的合金粉末；（2）热等静压：将气雾化所得的合金粉末包套封装抽气后，在一定温度和压力下在热等静压炉中进行致密化；（3）热处理：将热等静压烧结后的致密材料进行热处理，即得所述钨镍合金。2.如权利要求1所述的钨镍合金制备方法，其特征在于，所述其他添加元素包括Ta、Nb、Ti、Al中一种或几种。3.如权利要求2所述的钨镍合金制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述钨镍合金中钨含量比例20-80%，镍的含量为80-20%，Ti：0-3%，Al：0-4%，Nb：0-10%，Ta：0-12%。4.如权利要求3所述的钨镍合金制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述钨镍合金中包括W：30%，Ni：48%，Ta：12%，Nb：10%。5.如权利要求3所述的钨...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，裴燕斌，陈锦，蔡静，
申请(专利权)人：安泰核原新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13