本發(fā)明屬于鎢合金制備領(lǐng)域，具體涉及一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備工藝方法應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鎢合金是一類以鎢為基體(鎢含量高達(dá)85％～99％)，并添加有ni、fe、cu等元素組成的兩相合金，由于其具有密度高、強(qiáng)度好、延性好等優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于動(dòng)能穿甲彈、輻射屏蔽等領(lǐng)域。這對(duì)鎢合金的強(qiáng)度和韌性都提出了更高的要求。通常，鎢合金是將w、ni、fe等元素粉末機(jī)械混合，經(jīng)模壓或冷等靜壓成形，然后液相燒結(jié)達(dá)到全致密。燒結(jié)后合金由硬質(zhì)脆性相鎢相和具有很好延性的基體相組成，即體心立方結(jié)構(gòu)(bcc)的粗大晶粒(晶粒尺寸約30～60μm)均勻分散在面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)的粘結(jié)相中。

2、鉭不僅具有高熔點(diǎn)(2996℃)、高密度(16.6g/cm3)、高延展性的特點(diǎn)，同時(shí)和鎢同屬體心立方(bcc)結(jié)構(gòu)，可以和鎢實(shí)現(xiàn)無(wú)限固溶，可以減少鎢費(fèi)米能級(jí)的反鍵電子，減弱共價(jià)相互作用，顯著降低w粒子的脆性。鉭的添加可以降低鎢在基體相中的溶解度，阻礙鎢顆粒溶解析出過(guò)程，使鎢顆粒細(xì)化，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用。

3、放電等離子燒結(jié)(sps)是一種先進(jìn)的粉末材料高速燒結(jié)技術(shù)，通過(guò)對(duì)粉末壓塊施加機(jī)械壓力并使用脈沖直流加熱。sps不僅具有加熱快、燒結(jié)時(shí)間短、燒結(jié)效率高的特點(diǎn)，而且具有活化燒結(jié)和快速燒結(jié)的特點(diǎn)。還可以提高高密度鎢合金的相對(duì)密度，抑制鎢晶粒的快速生長(zhǎng)。然而，這一燒結(jié)技術(shù)在理論、實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用等方面的研究尚不完善。因此本專利采用放電等離子燒結(jié)技術(shù)固結(jié)成形鎢鉭鎳鐵銅微米晶元素混合粉末，以期在制備高性能細(xì)晶鎢基高比重合金方面取得新突破。為細(xì)晶鎢基高比重合金粉末的高效sps燒結(jié)成形提供技術(shù)支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于采用sps燒結(jié)技術(shù)，提供一種晶粒細(xì)小、致密度高、均勻性好、強(qiáng)度高的鎢鉭鎳鐵銅合金的sps燒結(jié)方法，以滿足工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)方法，其特點(diǎn)在于：根據(jù)所需鎢鉭鎳鐵銅合金試樣的尺寸，將預(yù)處理的粉末冷等靜壓成型，然后再置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，加壓的同時(shí)梯度升溫，然后保溫?zé)Y(jié)，直至石墨模具下壓頭的位移不再發(fā)生變化時(shí)停止加熱，然后隨爐冷卻即獲得鎢鉭鎳鐵銅合金試樣。

4、本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，包括下述步驟：按質(zhì)量比計(jì)，鎢粉：鉭粉：鎳粉：鐵粉：銅粉：87-90：1-3：4.0-6.0：1.5-2.5：2-3.5；配取鎢粉、鉭粉、鎳粉、鐵粉、銅粉；混合均勻后，預(yù)壓成型，得到預(yù)壓坯，對(duì)預(yù)壓坯進(jìn)行sps燒結(jié)，得到產(chǎn)品，sps燒結(jié)時(shí)，控制爐內(nèi)氣壓≦10-3pa、燒結(jié)溫度為1300-1350℃，燒結(jié)壓力為30-40mpa，保溫時(shí)間為5-10min。

5、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，所用鎢粉的粒度為1-4μm，所用ta粉的粒度為25-35μm，所用ni粉的粒度為3-5μm，所用fe粉的粒度為3-5μm，所用cu粉的粒度為3-5μm。

6、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，所用w粉的純度大于99.8％，所用ta粉的純度大于99.5％，所用ni粉的純度大于99.8％，所用fe粉的純度大于99.5％，所用cu粉的純度大于99.8％。

7、本發(fā)明所用的w粉可以是球形鎢粉也可以是近球形w粉。所用ta粉、ni粉、fe粉、cu粉優(yōu)選為球形粉末。

8、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，所述混合在三維混料機(jī)中進(jìn)行，所用混料裝置為不銹鋼球磨筒，所用混合方式為干法球磨，球磨的轉(zhuǎn)速為60-120r/min，球磨的時(shí)間為8-12h，球料質(zhì)量比為1-2:1；混料前通入氬氣排出混料罐里的空氣。

9、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，所述球磨采用碳化鎢球；所述碳化鎢球添加量為球磨罐容積的1/2-3/5；所述干燥過(guò)程為：真空手套箱中使用干燥箱加熱到50-60℃，保溫24-48h。

10、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，所述預(yù)壓成型為冷等靜壓成型，成型的壓力為250-300mpa，保壓10-15min。

11、作為優(yōu)選，本發(fā)明一種鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法，對(duì)預(yù)壓坯進(jìn)行sps燒結(jié)時(shí)，先以200-300℃/min的升溫速率升溫至900℃；然后以100-150℃/min的升溫速率升溫至1300-1350℃，優(yōu)選為1320℃，并保溫5-10min；最后以10-15℃/min的降溫速率降溫至室溫。

12、燒結(jié)第二步降低升溫速率為100-150℃/min是為了提供足夠時(shí)間進(jìn)行固相擴(kuò)散反應(yīng)，縮短高溫階段的保溫時(shí)間實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。

13、優(yōu)選的方案，sps燒結(jié)時(shí)，控制爐內(nèi)氣壓≦10-3pa，是鉭對(duì)氧的敏感性較高，在鎢鉭鎳鐵銅合金燒結(jié)過(guò)程需要嚴(yán)格控制氧含量，燒結(jié)過(guò)程中爐內(nèi)真空度維持在10-3pa以下，可以避免燒結(jié)過(guò)程中的氧化。

14、優(yōu)選的方案，制備具有最優(yōu)性能鎢鉭鎳鐵銅合金的工藝參數(shù)為：燒結(jié)溫度1320℃、保溫時(shí)間8min、燒結(jié)壓力30mpa，此時(shí)制得的w合金樣品顯微組織均勻，晶粒細(xì)小，強(qiáng)度高。

15、所述的sps燒結(jié)的鎢鉭鎳鐵銅合金，當(dāng)燒結(jié)速率提升時(shí)，w晶粒尺寸減小，合金屈服強(qiáng)度增加；當(dāng)燒結(jié)溫度升高時(shí)，合金的致密度會(huì)隨著燒結(jié)溫度的升高而增大；當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，合金的致密度會(huì)隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。

16、所述的sps燒結(jié)的鎢鉭鎳鐵銅合金，其燒結(jié)溫度并非愈高愈好，若過(guò)高，則會(huì)造成粘結(jié)相揮發(fā)；使其力學(xué)性能降低。

17、所述的sps燒結(jié)的鎢鉭鎳鐵銅合金，保溫時(shí)間并非愈長(zhǎng)愈好，若過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)造成晶粒長(zhǎng)大，液相析出；使其力學(xué)性能降低。

18、本發(fā)明制備的高強(qiáng)度超細(xì)晶鎢鉭鎳鐵銅合金由合金粘結(jié)相與w顆粒組成，w平均粒徑≦10μm。

19、優(yōu)選的方案，所述鎢鉭鎳鐵銅合金強(qiáng)度高、晶粒細(xì)、變形能力強(qiáng)，準(zhǔn)靜態(tài)壓縮屈服強(qiáng)度≧800mpa，優(yōu)化后，壓縮強(qiáng)度可達(dá)大于等于1550mpa(抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，應(yīng)變速率為0.001s-1)，在最優(yōu)選方案中，壓縮強(qiáng)度峰值可達(dá)1600mpa以上，可以滿足軍工國(guó)防領(lǐng)域?qū)︽u合金強(qiáng)度的極高需求。

20、本發(fā)明還提供上述制備方法所制備的高強(qiáng)度超細(xì)晶的鎢鉭鎳鐵銅合金的應(yīng)用，將所述鎢鉭鎳鐵銅合金應(yīng)用于大口徑動(dòng)能穿甲彈彈芯、聚能彈的彈殼、陀螺外緣轉(zhuǎn)子體中的至少一種。

21、有益效果

22、本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種新型“鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法”，通過(guò)控制sps過(guò)程，可以最大限度地減少鎢晶粒生長(zhǎng)，在sps燒結(jié)過(guò)程中獲得了細(xì)小的鎢晶粒，平均晶粒尺寸小于10μm。

23、本發(fā)明提供的鎢鉭鎳鐵銅合金sps燒結(jié)制備方法：操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良。

24、本發(fā)明制備的鎢鉭鎳鐵銅合金相較于普通的鎢合金材料，其抗壓強(qiáng)度等性能均有一定程度的提高。

25、本發(fā)明提供的高強(qiáng)度超細(xì)晶的鎢鉭鎳鐵銅合金可用于大口徑動(dòng)能穿甲彈彈芯，衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)等的導(dǎo)航陀螺儀的外緣轉(zhuǎn)子，加速傳感器的慣性質(zhì)量塊等，大幅拓寬了鎢合金的應(yīng)用。