專利名稱：一種低氧鉬合金的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉬合金的制備方法及其應用，具體涉及一種含有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮 中的一種或一種以上強化元素以及碳元素的低氧鉬合金的制備方法及其應用，應用該方法 制備的鉬合金，其中氧含量可以至20ppm以下，最優(yōu)可達到lppm。
背景技術：
含有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的一種或一種以上強化元素以及碳元素的鉬合金，由于具 有良好的高溫性能，因而在醫(yī)療器械、航空航天、電子工業(yè)以及玻璃陶瓷制造業(yè)等行業(yè)中得 到廣泛應用。例如TZM、MHC，MTC等合金即為較典型的上述類型合金。研究表明，鉬合金的塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度、再結(jié)晶溫度、韌性均與氧含量有關。含 有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的一種或一種以上強化元素以及碳元素的鉬合金內(nèi)的氧易與強化元 素結(jié)合，結(jié)合后的強化元素的氧化物顆粒較大，難以彌散均勻，強化效果差，且易形成裂紋 源。鉬合金內(nèi)氧含量高時，會使合金塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，再結(jié)晶溫度降低，直接導致 合金韌性降低，可加工性差，嚴重影響合金性能。鉬合金內(nèi)氧含量越高，合金性能越差，反之 合金性能就越好，因此，氧是要嚴格控制的雜質(zhì)元素。生產(chǎn)上述合金的主要方法有兩種熔煉法和粉末冶金法。熔煉法是將純鉬和一定量的鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的一種或一種以上強化元素以及 碳元素在真空下進行熔煉得到鉬基合金的方法。熔煉法可以使上述合金內(nèi)氧含量降到 30ppm甚至20ppm以下。但熔煉法生產(chǎn)的上述合金晶粒粗大，工藝復雜，成品率低，成本高。粉末冶金法是用鉬粉與含鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的一種或一種以上強化元素的粉末 按一定比例均勻混合后經(jīng)靜壓成形、燒結(jié)、軋制(鍛造)、退火得到鉬基合金的方法。粉末冶 金法生產(chǎn)的鉬合金晶粒細小，工序及設備簡單，生產(chǎn)周期短，成品率高。但以往的粉末冶金 技術很難降低合金內(nèi)的氧含量，通常粉末冶金法生產(chǎn)的上述合金氧含量都在200ppm以上。若采用氧含量較高的鉬合金材料制作X射線管旋轉(zhuǎn)陽極靶，不僅放氣量較大，且 很難承載如此大的負荷，易發(fā)生裂紋甚至斷裂的情況，材料性能無法滿足高溫高速旋轉(zhuǎn)的 使用要求。若采用氧含量較高的鉬合金材料制作耐高溫容器時，由于放氣量大且高溫強度 低，容器也會出現(xiàn)放氣污染熔融金屬、或是出現(xiàn)裂紋滲漏金屬的現(xiàn)象。若采用氧含量較高的鉬合金材料制作熱鍛模具以及燒結(jié)高溫陶瓷墊板時，高溫加 工過程中模具易碎裂，墊板易變形，影響模具和墊板的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種低氧鉬合金的制備方法及其應用，主要解決了應用粉末冶金的方 法制備出鉬合金氧含量高的問題。本發(fā)明的技術解決方案如下該低氧鉬合金的制備方法包括以下步驟
1)原料選取選取費氏粒度為3 μ m 100 μ m的工業(yè)鉬粉，費氏粒度為3 μ m 10 μ m的含強化 元素的粉末，費氏粒度為0. 1 μ m 3 μ m的碳單質(zhì)粉末，將所述工業(yè)鉬粉、含強化元素的粉 末和碳單質(zhì)粉末混合均勻，形成混合原料；所述混合原料按質(zhì)量比計，含0. 2. 0%的 含強化元素的粉末，0. 01% 0. 15%的含碳單質(zhì)粉末和97. 85% 99. 89%的工業(yè)鉬粉；理 論上講，選取的粉末費氏粒度越大，得到的合金氧含量越低，但粉末的費氏粒度越大，制粉 難度越大，制粉成本越高，且成型越困難，燒結(jié)溫度高，時間長；2)原料成型將混合原料進行靜壓或模壓處理，得到成型坯料；所述靜壓或模壓處理選取的壓 力為IOOMPa 300MPa ；選取的壓力大小與粉末粒度大小有關；3)原料燒結(jié)在真空、氫氣或惰性氣體環(huán)境中對成型坯料進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1800°C 2300°C，燒結(jié)時間為5 15小時，燒結(jié)完成后得到低氧鉬合金；燒結(jié)時間和燒結(jié)溫度與待燒 結(jié)坯的尺寸大小及粉末粒度有關，粉末粒度越大，燒結(jié)溫度越高。以上所述含強化元素的粉末是強化元素粉末、強化元素氫化物粉末或強化元素粉 末與強化元素氫化物粉末混合得到的粉末。此處所述的強化元素粉末與強化元素氫化物粉 末混合得到的粉末是指例如鈦粉與氫化鈦粉末混合，鈦元素粉末與氫化鋯粉末混合，鈦元 素粉末與氫化鈦粉末混合后與鋯元素粉末混合，鈦元素粉末與氫化鈦粉末混合后與氫化鋯 粉末混合，或鈦元素粉末與氫化鈦粉末混合后再與鋯元素粉末和氫化鋯粉末混合。以上所述強化元素粉末是鈦元素粉末、鋯元素粉末、鉿元素粉末、鉭元素粉末、鈮 元素粉末；所述強化元素氫化物粉末是氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、氫化鉿粉末、氫化鉭粉末 或氫化鈮粉末。碳單質(zhì)粉末是包括炭黑、石墨或碳粉等的碳單質(zhì)粉末的任意一種或任意多 種以任意比例混合。以上所述工業(yè)鉬粉的費氏粒度以選取4 μ m 50 μ m為較佳，10 μ π! 30 μ m為佳。其中粉末費氏粒度越大，氧含量越低，性能越好，但粉末費氏粒度過大時，加 工成本就會大幅提升，綜合制粉、成型、燒結(jié)所需的成本以及原料性能等因素考慮得出優(yōu)選 范圍為10 μ m 30 μ m。以上所述靜壓或模壓處理的壓力以220MPa 300MPa為佳。使用 以上所述制備方法制備出的低氧鉬合金，可用于X射線管旋轉(zhuǎn)陽極靶、復合靶基靶、高溫坩 堝、熱鍛模具以及高溫陶瓷墊的制備。本發(fā)明的優(yōu)點在于1.利用本發(fā)明提供的低氧鉬合金的制備方法制備出的低氧鉬合金，其氧含量可降 低至低于20ppm，合金內(nèi)氧含量雜質(zhì)少，防止了強化元素形成氧化物，以及因氧化物顆粒粗 大導致的彌散不均勻，易產(chǎn)生裂紋等缺陷。2.利用本發(fā)明提供的低氧鉬合金的制備方法制備出的含有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的 一種或一種以上強化元素以及碳元素的低氧鉬合金內(nèi)部的強化元素與碳化合后顆粒細小， 顆粒直徑小于1 μ m，彌散均勻，強化效果顯著。3.利用本發(fā)明提供的低氧鉬合金的制備方法制備出的含有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的 一種或一種以上強化元素以及碳元素的低氧鉬合金塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度低，常溫韌性強， 可加工性強，成材率高，生產(chǎn)工藝簡單成本低。4.利用本發(fā)明提供的低氧鉬合金的制備方法制備出的含有鈦、鋯、鉿、鉭、鈮中的一種或一種以上強化元素以及碳元素的低氧鉬合金再結(jié)晶溫度高，高溫下性能優(yōu)良且穩(wěn)定。
具體實施例方式實施例1對比試驗a:1)取費氏粒度分另Ij 為 5μπι、7μπι、9μπι、11μπι、13μπι、15μπι、18μπι、24μπι、 30 μ m、40 μ m、50 μ m的工業(yè)鉬粉，費氏粒度為3 μ m 10 μ m的氫化鉿粉末，以及費氏粒度 為0. Ιμπι 3μπι炭黑。氫化鉿粉末添加質(zhì)量為1. 20%，炭黑粉末的添加質(zhì)量為0. 15%, 其余為鉬粉。將選取后的鉬粉、氫化鉿粉末和炭黑粉末混合均勻。2)原料成型對經(jīng)步驟1)混合均勻的原料在220MPa 300ΜΙ^壓力下進行靜壓成型得到坯料， 坯料尺寸為O120mmX130mm。3)原料燒結(jié)在氫氣保護氣氛中對成型坯料進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度如下表所示，燒結(jié)后的坯料尺 寸為 Φ IOOmmX 120mm。4)將燒結(jié)后的坯料進行鍛造，鍛造后樣品尺寸為Φ230πιπιΧ 18mm。對比試驗b:1)取費氏粒度分另Ij 為 5μπι、7μπι、9μπι、11μπι、13μπι、15μπι、18μπι、24μπι、 30 μ m、40 μ m、50 μ m的工業(yè)鉬粉，費氏粒度為3 μ m 10 μ m的氫化鉿粉末，以及費氏粒度 為0. Ιμπι 3μπι炭黑。氫化鉿粉末添加質(zhì)量為1. 00%，炭黑粉末的添加質(zhì)量為0. 13%, 其余為鉬粉。將選取后的鉬粉、氫化鉿粉末和炭黑粉末混合均勻。2)原料成型對經(jīng)步驟1)混合均勻的原料在220MPa 300ΜΙ^壓力下進行靜壓成型得到坯料， 坯料尺寸為O120mmX130mm。3)原料燒結(jié)在氫氣保護氣氛中對成型坯料進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度如下表所示，燒結(jié)后的坯料尺 寸為 Φ IOOmmX 120mm。4)將燒結(jié)后的坯料進行鍛造，鍛造后樣品尺寸為Φ230πιπιΧ 18mm。對比試驗c:1)取費氏粒度分另Ij 為 5μπι、7μπι、9μπι、11μπι、13μπι、15μπι、18μπι、24μπι、 30 μ m、40 μ m、50 μ m的工業(yè)鉬粉，費氏粒度為3 μ m 10 μ m的氫化鉿粉末，以及費氏粒度 為0. Iym 3μπι炭黑。氫化鉿粉末添加質(zhì)量為0. 62%，炭黑粉末的添加質(zhì)量為0. 10%, 其余為鉬粉。將選取后的鉬粉、氫化鉿粉末和炭黑粉末混合均勻。2)原料成型對經(jīng)步驟1)混合均勻的原料在220MPa 300ΜΙ^壓力下進行靜壓成型得到坯料， 坯料尺寸為O120mmX130mm。3)原料燒結(jié)在氫氣保護氣氛中對成型坯料進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度如下表所示，燒結(jié)后的坯料尺寸為 Φ IOOmmX 120mm。4)將燒結(jié)后的坯料進行鍛造，鍛造后樣品尺寸為Φ230πιπιΧ 18mm。對試樣的成分及性能進行測試，抗拉強度試驗在1400°C下進行。試驗數(shù)據(jù)如下表
權利要求
1.一種低氧鉬合金的制備方法，其特征在于，工藝包括以下步驟1)原料選取選取費氏粒度為3 μ m 100 μ m的工業(yè)鉬粉，費氏粒度為3 μ m 10 μ m的含強化元素 的粉末，費氏粒度為0. 1 μ m 3 μ m的碳單質(zhì)粉末，將所述工業(yè)鉬粉、含強化元素的粉末和 碳單質(zhì)粉末混合均勻，形成混合原料；所述混合原料按質(zhì)量比計，含0. 2. 0%的含強 化元素的粉末，0. 01% 0. 15%的碳單質(zhì)粉末和97. 85% 99. 89%的工業(yè)鉬粉；2)原料成型將混合原料進行靜壓或模壓處理，得到成型坯料；所述靜壓或模壓處理選取的壓力為 IOOMPa 300ΜΙ^ ；3)原料燒結(jié)在真空、氫氣或惰性氣體環(huán)境中對成型坯料進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1800°C 2300°C， 燒結(jié)時間為5 15小時，燒結(jié)完成后得到低氧鉬合金。
2.根據(jù)權利要求1所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述含強化元素的粉末 是強化元素粉末、強化元素氫化物粉末或強化元素粉末與強化元素氫化物粉末的混合粉末。
3.根據(jù)權利要求1或2所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述強化元素粉末 是鈦元素粉末、鋯元素粉末、鉿元素粉末、鉭元素粉末、鈮元素粉末；所述強化元素氫化物粉 末是氫化鈦粉末、氫化鋯粉末、氫化鉿粉末、氫化鉭粉末或氫化鈮粉末。
4.根據(jù)權利要求3所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述碳單質(zhì)粉末是炭黑、 石墨或碳粉任一或任意多種以任意比例混合。
5.根據(jù)權利要求4所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述工業(yè)鉬粉的費氏粒 度為4 μ m 50 μ m。
6.根據(jù)權利要求5所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述靜壓或模壓處理的 壓力為 220MPa 3OOMPa。
7.根據(jù)權利要求6所述低氧鉬合金的制備方法，其特征在于所述工業(yè)鉬粉的費氏粒 度為 ΙΟμ30μ ο
8.一種使用權利要求1至7任一所述方法制備的低氧鉬合金，其特征在于用于X射 線管旋轉(zhuǎn)陽極靶、復合靶基靶、高溫坩堝、熱鍛模具或高溫陶瓷墊的制備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低氧鉬合金的制備方法，包括1)原料選取將費氏粒度為3μm～100μm的工業(yè)鉬粉、費氏粒度為3μm～10μm的含強化元素的粉末、費氏粒度為0.1μm～3μm的碳單質(zhì)粉末以一定的質(zhì)量比混合均勻；2)原料成型將混和原料在100MPa～300MPa的壓力下進行靜壓或模壓處理，得到成型坯料；3)原料燒結(jié)將成型坯料在真空、氫氣或惰性氣體環(huán)境中、在1800℃～2300℃的高溫下燒結(jié)5～15小時得到低氧鉬合金。解決了應用粉末冶金法制備出鉬合金的氧含量高的問題。應用該方法制得的低氧鉬合金，可用于X射線管旋轉(zhuǎn)陽極靶、復合靶基靶、高溫坩堝、熱鍛模具以及高溫陶瓷墊的制備。
文檔編號H01J35/10GK102041402SQ20091021848
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權日2009年10月23日
發(fā)明者左振皋, 張登臨, 張騫, 王瑞晗, 陳興付, 陳興友, 顧攀 申請人:西安格美金屬材料有限公司