【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钨合金制备领域，具体涉及一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法。
技术介绍
1、钨合金是一种由钨颗粒和基体相组成的双相合金，钨颗粒赋予合金高强度，由ni、fe、cu、co等元素组成基体相提供韧性支持。这使得钨合金具有高强度、高韧性和高密度等优点，在先进武器和国防领域得到广泛应用。例如，制造大口径动能穿甲弹弹芯、聚能弹的药形罩，以及舰艇、坦克等兵器的陀螺外缘转子体等。随着现代战争环境日益复杂，针对极端环境下武器装备服役需求，对钨合金的强度和韧性提出更高要求。传统粉末冶金烧结得到的w-ni-fe合金具有较高韧性(延伸率约为30％)，但基体相强度和模量较低，抗拉强度仅为约900mpa，这限制了钨合金进一步应用。通过常规固溶强化和变形强化方式可以提高合金强度，但可能导致界面失配，从而降低韧性。因此，针对这一问题，需要进行重组和重塑合金结构，以获得更好的强韧平衡。
2、激光冲击是一种超高应变率表面塑性变形技术，能够制备梯度纳米结构并形成深层残余压缩应力。这种技术使用短脉冲(纳秒、皮秒和飞秒级)和高功率激光器对金属材料进行照射，将能量吸收到材料表面吸收层，引发爆炸性汽化，形成高温和高压等离子体(温度>107k，压力>gpa)。等离子体不断吸收激光能量，剧烈膨胀，形成激光冲击波。当等离子体压力超过金属材料雨贡纽弹性极限时，动态塑性变形发生。同时，将金属材料晶粒尺寸细化到亚微米或纳米尺度形成梯度纳米结构，并产生更深层次残余压缩应力。梯度纳米结构和残余压缩应力的作用会在材料内部形成大量位错群、
3、纳米孪晶结构是一种具有纳米晶粒尺寸和孪晶结构的材料微结构，对材料强度和韧性起到重要提升作用。由于纳米孪晶结构中存在大量晶界，晶界阻碍位错和滑移运动，提高材料强度和硬度，并限制裂纹扩展，增加材料韧性。同时，制备过程中引入的残余应力提供额外压缩力，进一步增强材料性能。此外，纳米孪晶结构中小尺寸晶粒导致更大晶界阻滞效应和扩散路径困难，限制塑性变形，从而提高材料强度和韧性。通过晶界强化效应、残余应力效应和晶粒尺寸效应的协同作用，纳米孪晶结构能够显著改善材料性能，拥有广泛的应用潜力。因此，利用激光冲击的超高应变率变形制备具有双相纳米孪晶结构的钨合金，能够解决界面失配问题，获得更好的强韧平衡。
技术实现思路
1、针对现有技术中，所使用传统w-ni-fe合金强度和硬度往往无法满足各种复杂服役环境需求以及强化方法无法解决界面失配，获得更好的强韧平衡等问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法。该方法能够增强w-ni-fe合金材料的强度和硬度，解决界面失配问题，获得更好的强韧平衡，且操作简单，成本低，绿色无污染，效果显著。
2、本专利技术的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的双相纳米孪晶结构的w-ni-fe合金。
3、所述w-ni-fe合金以质量百分比计，包括下述组分：ni 3～8％；fe 1.2～3.5％；余量为w和不可避免杂质；
4、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，该方法是采用激光冲击技术在超高应变率加载下对钨合金材料进行变形处理获得纳米孪晶结构，该方法具体包括如下步骤：
6、(1)钨合金薄板表面预处理：激光冲击处理前，对厚度50～2000μm钨合金薄板试样表面进行预处理；得到表面清洁干燥的钨合金薄板；所述钨合金薄板的材质以质量百分比计，包括下述组分：ni 3～8％；fe 1.2～3.5％；余量为w和不可避免杂质。
7、在工业上应用时，利用抛光机(包括全自动、半自动、手动抛光机)对厚度50～2000μm钨合金材料表面进行打磨抛光，保证没有残留氧化层和其他杂质。
8、优选方案，使用金刚石精细预抛光盘替代80#、200#、320#、600#、1200#sic水磨砂纸进行所有预抛光步骤，使用10μm、3.5μm、0.5μm颗粒度金刚石抛光剂进行机械抛光，抛光盘转速100～500rpm/min，固定盘转速30～150rpm/min，气压柱压力10～70n。
9、专利技术人发现，钨合金打磨预抛光时，由于硬度非常大，选择常规sic水磨砂纸无法获得最佳平整度。而金刚石精细预抛光盘，具有非常高材料去除能力，可以有效地替代sic水磨砂纸进行所有预抛光步骤。利用金刚石的超高硬度，以及蜂窝结构进一步优化金刚石磨料作用，在预抛光过程中保持材料最佳平整度。通过控制金刚石精细预抛光盘金刚石磨料颗粒尺寸，结合不同颗粒度金刚石抛光剂实现不同阶段的处理效果和表面质量要求。
10、当处理样品为90w-7ni-3fe合金，优选方案：抛光盘转速150pm/min，固定盘转速60rpm/min，气压柱压力30n。
11、当处理样品为93w-4.9ni-2.1fe合金，优选方案：抛光盘转速200rpm/min，固定盘转速90rpm/min，气压柱压力40n。
12、当处理样品为95w-3.5ni-1.5fe合金，优选方案为：抛光盘转速250rpm/min，固定盘转速120rpm/min，气压柱压力50n。
13、完成钨合金材料表面打磨抛光后，对其进行清洗，保证没有残留的金刚石和其他杂质。
14、优选方案，将试样放入无水乙醇，置于超声清洗机中，设置超声频率30～80khz，清洗温度20～25℃，超声振荡清洗3～10min。取出清洗后试样置于超声清洗机中的去离子水内，设置超声频率为0～80khz，清洗温度20～25℃，超声振荡清洗3～10min。最后取出试样，使用0.3～1mpa氮气气枪干燥表面。
15、专利技术人发现，无水乙醇具有优异的溶剂能力，能够有效清除表面油脂、有机杂质和污垢。超声波通过在液体中产生高频振动，形成微小气泡，这些气泡在坍塌时能够产生强烈的局部冲击力，从而有效去除污垢。然而，超声波频率和温度过高可能导致微小颗粒剥离，导致表面受损。同时，长时间作用下超声场会导致材料中晶粒受到应力和位错影响，超过材料原本晶格能力范围，可能导致晶粒长大，从而损害材料结构。反之，超声波频率和温度过低则无法完全清除表面有机物和杂质。为了确保表面纯净度，必须再次使用去离子水超声清洗，以去除残留无水乙醇和其他杂质。但需要注意的是，在去离子水超声清洗后，试样表面可能残留水分，容易引发氧化和腐蚀。
16、氮气作为一种干燥的无色无味气体，不含水分和杂质，可以有效地吹干钨合金材料表面，防止水分残留引发腐蚀。在使用氮气气枪时，需要选择适当压力，以确保去除水分的有效性，同时不会对金属表面造成损害。
17、进一步优选方案为：无水乙醇与去离子水超声振荡清洗中，超声频率50khz，温度25℃，时间5min；最后用氮气吹干，氮气吹干时，氮气气枪压力0.5mpa。
18、(2)施加约束层：将表面清洁干燥的钨合金薄板安装在工作台上本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：钨合金薄板表面预处理为：使用金刚石精细预抛光盘替代80～1200#SiC水磨砂纸进行所有预抛光步骤，使用颗粒度为0.5～10μm的金刚石抛光剂进行抛光，抛光盘转速100～500rpm/min，固定盘转速30～150rpm/min，气压柱压力10～70N；完成表面抛光后，对其进行清洗，清洗后，用氮气干燥。
3.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：所述钨合金薄板材质以质量百分比计，包括下述组分：
4.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：使用金刚石精细预抛光盘替代80#、120#、240#、600#、1200#SiC水磨砂纸依次打磨表面，使用10μm、3.5μm、0.
6.根据权利要求4所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述光学透光玻璃约束层厚度为钨合金薄板厚度的1/3～1/2。
7.根据权利要求6所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：钨合金薄板表面预处理为：使用金刚石精细预抛光盘替代80～1200#sic水磨砂纸进行所有预抛光步骤，使用颗粒度为0.5～10μm的金刚石抛光剂进行抛光，抛光盘转速100～500rpm/min，固定盘转速30～150rpm/min，气压柱压力10～70n；完成表面抛光后，对其进行清洗，清洗后，用氮气干燥。
3.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：所述钨合金薄板材质以质量百分比计，包括下述组分：
4.根据权利要求1所述的一种具有双相纳米孪晶结构钨合金的超高应变率变形制备方法，其特征在于：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：刘文胜，周佳涛，黄宇峰，马运柱，张磊，孙敬轩，王垚，樊沛源，李梓怡，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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