一种纳米晶钨基合金块体材料及其制备方法技术

一种纳米晶钨基合金块体材料，它含有钨、镍和铁元素，其特征在于：它还含有钼和钴，具体配方的组分及其按重量百分比计含量为：Ｗ８６～８８％，Ｎｉ６．５～７．５％，Ｆｅ２．５～３．５％，Ｍｏ２～４％，Ｃｏ１～２％，含有不可避免的微量杂质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及塑性成形技术和粉末冶金技术，具体是指一种纳米晶钨基合金块体材料及其 制备方法。
技术介绍
钨基合金因具有较高的密度、优异的物理力学性能以及良好的抗腐蚀性能，在军事、航 空、航天和电表仪器等行业有着极其广泛的应用前景。现有的钨基合金，主要由基体相钨和 粘结相镍、铁等组成，并主要采用热等静压和热压烧结等方法制备。然而热等静压和热压烧 结方法由于烧结时间长和烧结温度高，获得的烧结材料的组织较为粗大，不利于提高烧结材 料的综合性能。近年发展起来的一种放电等离子烧结(SPS)技术，该烧结方法与热等静压、热压烧结方法相似，在烧结过程中施加有一定的烧结压力，从而有利于控制烧结材料的尺寸精度和促 进烧结致密化。更为重要的是放电等离子烧结方法因其脉冲i流it粉末的活化作用而具有降 低烧结温度和縮短烧结时间的优势，被认为是制备纳米晶块体材料的一种有效途径，从而有利于改善块体合金的综合性能。论文"W-Ni-Fe合金的SPS烧结行为"(梅雪珍，贾成厂，尹 法章，陈黎亮，北京科技大学学报，2007, 29 (5)， 475 478)采用放电等离子烧结方法制 备93W-5.6Ni-1.4Fe合金，证实放电等离子烧结可抑制钨晶粒长大和促进致密，并得到了晶粒 较为均匀、细小的微观组织。但由于钨合金成份配方和烧结工艺选择等原因，烧结合金中钨 相和粘结相的界面结合力较弱，导致合金的综合力学性能较差。除了采用合适的烧结技术，合适和适量合金元素的添加被认为是改善钨合金力学性能的 又一有效途径。论文"电场活化烧结制备W-4Ni-2Co-lFe合金"(李小强，郑峰，李元元，粉 末冶金材料科学与工程，2008， 13 (2)， 102~105)通过添加元素来改善钨与粘结相之 间的界面结合力，在一定程度上改善了合金的强度和延性，仍然是由于粉末成份配比和烧结 工艺参数选择等原因，虽获得了近纳米晶块体钨合金，但其性能改善效果并不明显，仍难满 足实际应用要求。因此，有必要进一步优选钩基合金的合金元素，并优化合金元素的含量和 相应块体材料的制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术制备钨基合金的不足之处，通过材料的成份设计，提供一种纳米晶钨基合金块体材料，并提供实现微观组织细小均匀、^全致密、综合性能优异的 钨基合金块体材料的制备方法。一种纳米晶钨基合金块体材料，它含有钨、镍和铁元素，其特征在于它还含有钼和钴， 具体配方的组分及其按重量百分比计含量为W86 88%， Ni6.5 7.5%， Fe2.5 3.5%， Mo2 4%， Col 2%，含有不可避免的微量杂质。上述配比的纳米晶钨基合金块体材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤及 其工艺条件-步骤一配料将钨、镍、铁、钼和钴粉按重量百分比计用量配料含量为W86 88。/。， Ni6.5 7.5%， Fe2.5 3.5%， Mo2 4%, Col 2%，含有不可避免的微量杂质；步骤二混粉 '将步骤一中配比的Fe、 Co、 Ni粉和W、 Mo粉分别放在V型混料机中干混至少6小时， 得Fe-Co-Ni混合粉末和W-Mo混合粉末；步骤三高能球磨将步骤二中干混后的Fe-Co-Ni混合粉末和W-Mo混合钩末分别进行预球磨，直至 Fe-Co-Ni混合粉末中的Fe、 Co和Ni完全形成固溶体，W-Mo混合粉末中的钩相晶粒细化至 lOOnm以下；然后将上述Fe-Co-Ni和W-Mo预球磨粉末进行高能球磨，直至Fe-Co-Ni均匀 分布于W-Mo颗粒周围；步骤四放电等离子烧结球磨粉末将步骤三的球磨粉末装入模具，采用放电等离子快速烧结，烧结工艺条件如下-烧结电流类型直流脉冲电流烧结压力3C) 50MPa升温速率100 250°C/min烧结温度1150 1250°C保温时间5 10min烧结气氛真空且真空度26Pa。本专利技术与现有技术相比，优点在于 1、本专利技术的纳米晶钨基合金块体材料配方合理，该配方在常规W-Ni-Fe合金中，加入 了适量Mo和Co元素。Mo可在烧结过程中阻止W晶粒长大，从.而细化钩晶粒，提髙合金的 硬度和强度等力学性能，而且由于Mo在W中具有较大的固溶度，在W合金中还可起到固溶强化作用；此外，Mo还可通过部分取代W和Fe，降低粘结相中W、 Fe含量，从而强化 粘结相。在合金中还加入适量的Co元素，Co的加入则可改善镍華固溶体对W颗粒的浸润性 和界面结合力，弥补由于在合金中添加Mo所造成的合金伸长率下降的不足，同时利用Co 与粘结相的协同强化烧结，进一步提高合金硬度和强度。采用本专利技术的成份配方制备的钩合 金不仅具有细小的钨晶粒组织、较高的硬度和强度，而且具有良好的伸长率。2、 本专利技术的制备方法，将Ni-Fe-Co和W-Mo分别按成份配比混合后先预球磨，再将两 种预球磨粉末混合进行高能球磨，不仅有利于实现对W和Mo晶粒的细化，以及Mo在W粉 周围的均匀分布，而且有利于实现粘结相Ni-Fe-Co各组分的均匀分布和强化粘结相，同时还 可有效降低在球磨过程中W与Ni间发生严重固溶，从而减少在烧结过程中W、 Ni间形成脆 性相的可能，最终改善烧结材料的力学性能。3、 本专利技术的制备方法，采用的烧结技术为放电等离子烧结，可在较短时间内实现对钩基 合金粉末的快速烧结。与传统的热压烧结和热等静压等工艺相比，'放电等离子烧结具有粉末 成形与烧结一体化、热效率高、烧结温度低、烧结时间短、烧结材料组织均匀细小和孔隙率 低等特点；与感应烧结相比，则由于烧结过程中施加有烧结压力，以致烧结体形状和尺寸精 度易于控制。4、 本专利技术制备的钨基合金块体材料微观组织均匀细小，近全致密，具有较高的硬度和抗 拉强度，同时还具有良好的塑性。具体实施例方式通过如下实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术的实施方式不仅限于此。 实施例1:一种纳米晶钨基合金块体材料的制备方法包括如下步骤及其工艺条件 步骤一配料将钨、镍、铁、钼和钴粉按重量百分比计用量配料W86wt%，Ni7wt%，Fe3wt%，Mo3wt%, Colwt%，含有不可避免的微量杂质；W、 Ni、 Fe、 Mo和Co粉均以单质形式加入，其中， W粉平均颗粒直径约为2.0 2.5pm,纯度^99.0%; Ni粉平均颗粒直径约1 3nm，纯度》 99.8%; Fe粉平均颗粒直径约1 3pm，纯度》99.5%;钼粉平均颗粒直径约1 3pm，纯度》 99.5%; Co粉平均直径约1 3nm，纯度^99.0%。步骤二混粉将步骤一中配比的Fe、 Co、 Ni粉和W、 Mo粉分别放入V-0.002型混料机中干混6小时， 得Fe-Co-M混合粉末和W-Mo混合粉末。 ，步骤三高能球磨将步骤二中干混后的Fe-Co-Ni混合粉末和W-Mo混合粉末分别进行预球磨，其中， Ni-Fe-Co混合粉末预球磨30小时和W-Mo混合粉末预球磨40小时，至Fe-Co-Ni混合粉末中 的Fe、 Co和Ni完全形成固溶体，W-Mo混合粉末中的钨相晶粒细化至约98nm;将上述 Fe-Co-Ni和W-Mo预球磨粉末混合，然后再球磨10小时，至Fe-Co-Ni均匀分布于W-Mo颗 粒周围。预球磨和球磨均在QM-2SP20型行星式球磨机中进行，磨球和球磨筒内壁材质采用 YG8硬质合金，球料质量比为10: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米晶钨基合金块体材料，它含有钨、镍和铁元素，其特征在于：它还含有钼和钴，具体配方的组分及其按重量百分比计含量为：Ｗ８６～８８％，Ｎｉ６．５～７．５％，Ｆｅ２．５～３．５％，Ｍｏ２～４％，Ｃｏ１～２％，含有不可避免的微量杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小强，李元元，幸红伟，夏伟，邵明，屈盛官，张大童，杨超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81