一种高强度钨基合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度钨基合金及其制备方法，属于金属材料领域。所述钨合金由钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金组成；所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金由气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉提供。其制备方法为：按设计组分，将钨粉与FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉通过球磨混合均匀，然后通过真空热压烧结得到所述高强度钨基合金，烧结温度1200～1500℃，压力10～50MPa，烧结时间大于等于1h。本发明专利技术所设计和制备的具有高强度的多相结构的钨基合金，可用于航空航天与国防军工等军用及民用等领域，可适合于工业化生产。

A high strength tungsten-based alloy and its preparation method

The invention relates to a high strength tungsten-based alloy and a preparation method thereof, belonging to the field of metal materials. The tungsten alloy is composed of tungsten and FeNiCoCrMnxAly multi-principal alloys, and the FeNiCoCrMnxAly multi-principal alloys are provided by aerosol FeNiCoCrMnxAly multi-principal alloy powder. The preparation method is as follows: according to the design component, tungsten powder and FeNiCoCrMnxAly multi-principal alloy powder are uniformly mixed by ball milling, and then the high strength tungsten-based alloy is obtained by vacuum hot pressing sintering. The sintering temperature is 1200-1500 C, the pressure is 10-50MPa, and the sintering time is more than or equal to 1h. The tungsten-based alloy with high strength and multi-phase structure designed and prepared by the invention can be used in military and civil fields such as aerospace, national defense and military industry, and can be suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度钨基合金及其制备方法
本专利技术涉及一种高强度钨基合金及其制备方法，属于金属材料领域。
技术介绍
钨基合金具有密度大、强度和硬度高、导电性好、热膨胀系数低、抗腐蚀和抗氧化性高等优异的性能，可用作穿甲弹弹芯、屏蔽材料和触点材料，广泛用于航空航天、国防军工等军用及民用领域。钨基合金是由Fe、Ni等强韧性好的金属将硬而脆的钨颗粒粘结而成的。随着服役工况越来越恶劣，传统的Fe、Ni粘结钨基合金越来越难以满足需求，新型粘结相越来越多的被采用。目前，钨基合金行业多采用复杂多元合金作为粘结相。CN101880808A公开了一种纳米氧化物弥散增强超细晶钨基复合材料的制备方法，以微米级钨粉、纳米氧化钇粉或金属钇粉、金属钛粉或钼粉或钽粉为原料，经配料、机械合金化和放电等离子体烧结等步骤制备出超细晶粒钨复合材料。CN107900365A公开了一种注射成型WNiFe材料及其制备方法，首先将Fe和Ni熔炼得FeNi合金液；将FeNi合金液雾化后喷粉，得到FeNi预合金粉末；将FeNi预合金粉末与W粉混合后，加入粘接剂溶液混炼造粒，得到WNiFe材料；将WNiFe材料注射成型后采用氮气进行真空无碳脱脂后烧结。上述方法制备的钨基材料的维氏硬度均低于300HV，难以满足新型构件对高强度钨合金的要求。多主元合金是具有简单固溶体相结构的新型金属材料，性能上表现为高强度/硬度与加工硬化性、耐高温氧化与软化、具有良好的耐磨性与耐腐蚀性，其综合性能明显超过了传统的多元复合的Fe-Ni系粘结相材料，因而受到广泛的关注。CN109022988公开了公开了一种钨基高比重合金材料的制备方法，先采用间歇式搅拌球磨制备出CoNiCuCrFe的五元非晶态粘结相粉末，然后将五元非晶态粘结相粉末与W粉混合，最后通过放电等离子烧结制备出粘结相为面心立方结构多主元合金的钨基高比重合金，但该方法要求先采用高能球磨制备五元非晶态预合金粉，工艺流程较长，生产成本较高，材料的性能并没有明显超过传统的钨基合金。通过对钨基合金的粘结相成分及制备方法的优化，合金性能得到改善。但是，目前通过熔炼合金化再喷雾制备粘结相粉末工艺比较复杂。而添加多元粉末形成粘结相虽然能起强化的效果，但力学性能并没有明显改善。因此，研究新型的高强度钨基合金及其制备方法，对于解决上述问题十分必要。
技术实现思路
本专利技术针对上述的不足，提供一种采用具有简单固溶体结构的FeNiCoCrMnxAly多主元合金为粘结相、钨为基体，通过真空热压烧结得到高强度钨基合金。通过采用高温熔化及高压气雾化法预先制备出成分比较均匀、枝晶偏析较少、具有简单固溶体结构的FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉，克服了传统的采用金属粉为原料通过高能球磨方法制备，难以获得简单固溶体结构多主元合金的缺点。同时通过采用真空热压烧结工艺，获得FeNiCoCrMnxAly多主元合金粘结钨基体、形成多相强化的综合性能更为优异的高强度钨基合金构件，适用于航空航天与国防军工等军用及民用所需要的构件，该方法可工业化生产。本专利技术的另一目的旨在提供上述的高强度钨基合金制备方法，具有工艺简单，所生产出的钨基合金具有较高的致密度，产品质量综合性能优良。本专利技术一种高强度钨基合金，所述钨合金由钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金组成；所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金由气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉提供；所述高强度钨基合金由粉末冶金法制备。本专利技术一种高强度钨基合金，所述气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉中，以摩尔比计，Fe:Ni:Co:Cr:Mn:Al为1:1:1:1:x:y；其中x＝0～1，y＝0～1。做为优选方案，y＝0～0.1或y＝1或y＝0.3～0.6。作为优选方案，x小于1。本专利技术一种高强度钨基合金，所述钨合金中钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金的质量比为80～95:5～20。优选为80～90:10～20。本专利技术一种高强度钨基合金，按设计组分，将钨粉与FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉通过球磨混合均匀，球磨转速为200～500r/min，球磨过程中充入保护气体进行保护，以有机物作为球磨介质，球磨至少8h，球磨结束后经过真空干燥与过筛，制备成W-FeNiCoCrMnxAly复合粉；W-FeNiCoCrMnxAly复合粉通过真空热压烧结，得到所述高强度钨基合金，烧结温度1200～1500℃，压力10～50MPa，烧结时间大于等于1h。本专利技术一种高强度钨基合金，所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉通过下述步骤制备：按设计组分配取铁、镍、钴、铬、锰、铝，然后经高温熔化，融化后，采用气雾法工艺制备成FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉。本专利技术把FeNiCoCrMnxAly多主元合金熔体在高压氩气惰性保护气体作用下快速雾化制成具有简单固溶体结构的多主元合金粉末。本专利技术一种高强度钨基合金，所述钨粉的粒度为0.2-50微米、优先为0.2-30微米。所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉的粒度为10-50微米。本专利技术一种高强度钨基合金，所述保护气氛为氩气；所述有机物包括醇、优选为乙醇。本专利技术一种高强度钨基合金，W-FeNiCoCrMnxAly复合粉的粒度为0.5-40微米、优选为0.5-25微米。本专利技术一种高强度钨基合金，球磨的时间为8～60h，热压烧结的时间为1～4h。本专利技术一种高强度钨基合金，所得高强度钨基合金的维氏硬度为540HV～625HV、优选为570HV～625HV；抗压缩强度为4200-5000MPa、优选为4500-5000MPa。与现有技术相比，本专利技术通过预先制备成具有简单固溶体结构的FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉，然后再通过真空热压烧结工艺，制备成FeNiCoCrMnxAly多主元合金粘结的高强度钨基合金，FeNiCoCrMnxAly多主元合金与钨基体发生部分扩散反应，形成以W相为基体，含FeNiCoCrMnxAly、FeNiCoCrMnW、FeNiCoCrMn、FeNiCoCrWAl、CrFe、CrMn等多相的复合强化的高强度钨基合金材料，烧结体材料的维氏硬度达到620HV及以上，致密度达到99％，明显超过了传统W-Fe-Ni合金的硬度(低于300HV)。本工艺的优势在于通过高压气雾化法预先制备成具有简单固溶体结构和相组成的FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉，然后通过真空热压烧结工艺，获得高致密及综合性能优良的高强度钨基合金材料，满足航空航天与国防军工等军用及民用领域的工业要求。附图说明：附图1本专利技术的高强度钨基合金的多相结构扫描电镜图。附图2本专利技术的高强度钨基合金X射线衍射图。具体实施方式结合本专利技术的方法提供以下实例：下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以下本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程。对比实施例1制备成传统的W-5Fe-5Ni合金。把钨粉(粒度为20微米)、铁粉(粒度为20微米)、镍粉(粒度为30微米)通过球磨混合均匀，转速400r/min，球磨介质为酒精，球磨时间60h，混合均匀烧结温度为1500℃，烧结压力为20MPa，烧结时间2h。烧结后的钨基合金的维氏硬度为284HV，材料的致密度达到99本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度钨基合金，其特征在于：所述钨合金由钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金组成；所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金由气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉提供；所述高强度钨基合金由粉末冶金法制备。

【技术特征摘要】
1.一种高强度钨基合金，其特征在于：所述钨合金由钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金组成；所述FeNiCoCrMnxAly多主元合金由气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉提供；所述高强度钨基合金由粉末冶金法制备。2.根据权利要求1所述的一种高强度钨基合金，其特征在于：所述气雾化FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉中，以摩尔比计，Fe:Ni:Co:Cr:Mn:Al为1:1:1:1:x:y；其中x＝0～1，y＝0～1。3.根据权利要求1所述的一种高强度钨基合金，其特征在于：所述钨合金中钨与FeNiCoCrMnxAly多主元合金的质量比为80～95:5～20。4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述高强度钨基合金的方法，其特征在于：按设计组分，将钨粉与FeNiCoCrMnxAly多主元合金粉通过球磨混合均匀，球磨转速为200～500r/min，球磨过程中充入保护气体进行保护，以有机物作为球磨介质，球磨至少8h，球磨结束后经过真空干燥与过筛，制备成W-FeNiCoCrMnxAly复合粉；W-FeNiCoCrMnxAly复合粉通过真空热压烧结得到所述高强度钨基合金，烧结温度12...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖代红，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43