一种W–Ni–Mn合金的快速制备方法技术

本发明专利技术属于新型钨合金及其制备技术领域，提出了一种快速制备具有优良综合性能新型W–Ni–Mn合金的方法，具体包括：首先将W、Ni、Mn单质粉末按质量百分比W 91.0–95.0%，Ni 1.0–7.2%，Mn 1.0–7.2%配料，然后在高能球磨机上真空混料至原料混合均匀，最后在放电等离子烧结设备上进行粉末的快速成型与一步或二步烧结。本发明专利技术制备的新型W–Ni–Mn合金组织均匀、W晶粒细小、相对密度高，合金的综合力学性能较好。本发明专利技术具有成型与烧结一体化、烧结温度较低、烧结时间较短等优点，容易获得细W晶粒W–Ni–Mn合金，并可在一定程度上降低材料的制备成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新型钨合金制备
，更具体地说，是关于新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法。
技术介绍
钨合金具有一系列优异的性能，如密度高、强度高、机械加工性好、热膨胀系数小、导电导热性好等，这些优异性能使其在国防军工、航空航天和民用工业中得到了广泛的应用。相对于传统钨合金，新型W–Ni–Mn合金具有更好的绝热剪切性能，可以导致绝热剪切带的增加，因而很适用于穿甲弹材料。当作弹头使用时，因具有自锐性而不会降低其穿透深度，故它可与贫铀弹头相竞争。对于新型W–Ni–Mn合金，目前主要还是利用原料粉末球磨、成型、烧结的常规粉末冶金液相烧结法制备。该法有明显缺陷：首先，由于Mn的高化学活性，烧结过程中易在合金相界面上生成MnO，为最大程度还原MnO，实际液相烧结温度往往比粘结相液相线最低温度要高，容易导致钨晶粒长大，这不利于制备高性能合金；其次，由于烧结过程中没有施加外部压力，常规液相烧结氢气还原MnO产生的气体无法从试样中完全排除，因而增加了合金的孔隙率，导致合金密度降低；最后，常规液相烧结法成型与烧结分两步进行，工艺流程较长，烧结过程中升温速率较慢，烧结试样时间较长，这都会增加原料粉末氧化的几率。目前，为满足日益增多的对高性能新型W–Ni–Mn合金的需求，采用新方法、新工艺，克服传统液相烧结法的缺陷，减少合金中容易出现的残余孔隙和锰的氧化物，细化钨晶粒的尺寸，进而提高合金的致密度，最终改善合金的力学性能是一个重要课题。作为一种材料制备新技术，与常规液相烧结工艺相比，放电等离子烧结具有升温速率快、烧结温度低、烧结时间短及热压烧结等诸多优势，在新型W–Ni–Mn合金的制备方面值得期待。因此，在相关研究基础上，本专利技术从优化材料成分配比、调整原料预处理方法、创新放电等离子烧结工艺等措施出发，提出了一种快速制备具有优良综合性能W–Ni–Mn合金的方法。
技术实现思路
本专利技术克服了常规液相烧结W–Ni–Mn合金存在的工艺流程较长、烧结温度较高、保温时间较长等技术缺点，提供一种简单快速制得高致密和优良性能W–Ni–Mn合金的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn单质粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 91.0–95.0%，Ni 1.0–7.2%，Mn 1.0–7.2%；（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在高能球磨机上进行真空混料，获得均匀混合的原料粉末；（3）粉末快速烧结：将上述均匀混合粉末装入石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子烧结。所述高能球磨机为行星式球磨机、振动式球磨机或搅拌式球磨机。所述放电等离子烧结为一步烧结工艺或二步烧结工艺。所述一步烧结工艺条件如下：烧结真空度<3Pa，烧结压力30–90MPa，升温速率100–400℃/min，烧结温度1000–1250 ℃，保温时间3–5min。所述二步烧结工艺条件如下：第一步：烧结真空度<3Pa，烧结压力30–90MPa，升温速率50–200℃/min，烧结温度900–1000℃，保温时间10–20min；第二步：烧结真空度<3Pa，烧结压力30–90MPa，升温速率200–400℃/min，烧结温度1000–1200℃，保温时间0min。与现有技术相比，本专利技术具有以下突出优点和有益效果：1. 本专利技术在W、Ni、Mn原料的混料中利用了高能球磨机，与普通V型混料机或滚筒式球磨机相比，可提高混料效率和均匀程度；与加球进行高能球磨相比，可避免杂质的引入和粉末含氧量的上升。2. 本专利技术在放电等离子一步烧结的基础上，进一步利用放电等离子“二步烧结”法，在控制W晶粒生长的同时尽可能降低W/W连接度，可获得综合力学性能更好的新型W–Ni–Mn合金。3. 本专利技术充分利用了放电等离子烧结的技术特点，具有成型与烧结一体化、烧结温度较低、烧结时间较短等优点，因而容易获得细W晶粒W–Ni–Mn合金，并可在一定程度上降低材料的制备成本。4. 本专利技术制备的新型W–Ni–Mn合金具有组织均匀、W晶粒细小、相对密度高等特点，因而相比常规液相烧结，W–Ni–Mn合金的综合力学性能更好。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的新型W–1.8Ni–7.2Mn合金的快速制备方法，包括以下步骤及工艺条件：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 91.0%，Ni 1.8%，Mn 7.2%；W、Ni、Mn粉末的纯度>99.9%，平均粒径<3μm。（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在行星式球磨机上真空混料12h，获得均匀混合的原料粉末。（3）粉末快速烧结：将上述60g均匀混合粉末装入Ф30mm石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子一步烧结，烧结工艺条件为：烧结真空度小于1Pa，烧结压力80MPa，升温速率350℃/min，烧结温度1110℃，保温时间3min。通过以上制备方法，获得组织均匀的新型W–1.8Ni–7.2Mn合金，其W晶粒小于6μm，相对密度大于97%，宏观硬度为38HRC，抗弯强度为1124MPa。实施例2本实施例的新型W–2.8Ni–4.2Mn合金的快速制备方法，包括以下步骤及工艺条件：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 93.0%，Ni 2.8%，Mn 4.2%；W、Ni、Mn粉末的纯度>99.9%，平均粒径<3μm。（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在振动式球磨机上真空混料8h，获得均匀混合的原料粉末。（3）粉末快速烧结：将上述60g均匀混合粉末装入Ф30mm石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子一步烧结，烧结工艺条件为：烧结真空度小于2Pa，烧结压力50MPa，升温速率100℃/min，烧结温度1010℃，保温时间4min。通过以上制备方法，获得组织均匀的新型W–2.8Ni–4.2Mn合金，其W晶粒小于5μm，相对密度大于98%，宏观硬度为43HRC，抗弯强度为1193MPa。实施例3本实施例的新型W–2.8Ni–4.2Mn合金的快速制备方法，包括以下步骤及工艺条件：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 93.0%，Ni 2.8%，Mn 4.2%；W、Ni、Mn粉末的纯度>99.9%，平均粒径<3μm。（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在振动式球磨机上真空混料8h，获得均匀混合的原料粉末。（3）粉末快速烧结：将上述60g均匀混合粉末装入Ф30mm石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子二步烧结，烧结工艺条件为：第一步：烧结真空度小于2Pa，烧结压力40MPa，升温速率100℃/min，烧结温度920℃，保温时间13min；第二步：烧结真空度小于2Pa，烧结压力70MPa，升温速率300℃/min，烧结温度10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn单质粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 91.0–95.0%，Ni 1.0–7.2%，Mn 1.0–7.2%；（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在高能球磨机上进行真空混料，获得均匀混合的原料粉末；（3）粉末快速烧结：将上述均匀混合粉末装入石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子烧结。

【技术特征摘要】
1.一种新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法，其特征在于包括如下工艺步骤：（1）原料成分配比：以W、Ni、Mn单质粉末为合金原料，并按照以下质量百分比配料：W 91.0–95.0%，Ni 1.0–7.2%，Mn 1.0–7.2%；（2）原料均匀混合：将上述配好原料粉末装入球磨罐中，在高能球磨机上进行真空混料，获得均匀混合的原料粉末；（3）粉末快速烧结：将上述均匀混合粉末装入石墨模具后，置于放电等离子烧结系统加热腔内，抽真空后进行放电等离子烧结。2.根据权利要求1所述一种新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法，其特征在于，所述高能球磨机为行星式球磨机、振动式球磨机或搅拌式球磨机。3.根据权利要求1所述一种新型W–Ni–Mn合金的快速制备方法，其特征在于，所述放电等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：向道平，潘艳林，丁雷，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南;46