一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及合金材料的制备领域，特别涉及一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法。制备方法包括以下步骤：将含钨、铼和钼元素的原料进行固液掺杂或液液掺杂混合，再进行还原后，加入铪、碳混合物或碳化铪粉末，进行球磨混合，得到混合粉末；将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，成形后置于氢气气氛的中频炉中烧结；对烧结后的样品进行压力加工和热处理，即得到微纳复合增强钨合金材料。本发明专利技术提供的制备方法所制备的微纳复合增强钨合金材料与现有的技术相比，具有耐高温、耐蚀、较低密度的微纳复合增强钨合金材料，材料具有低的热膨胀系数、高的高温强度(1600‑2200℃)、抗强力冲刷(4.5‑7MPa)、抗热震、抗氧化及高韧性等有益效果。

A micro nano composite reinforced tungsten alloy material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法
本专利技术涉及合金材料的制备
，特别涉及一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法。
技术介绍
固体火箭发动机作为空空导弹和空地导弹的主要动力装置，结构简单，具有快速机动、可靠、易于维护等一系列优点，非常适合现代战争和航天事业的要求。随着高能固体火箭推进剂的广泛应用，新一代空空导弹用固体火箭发动机比冲越来越高，将由目前的220s提高到260s,燃气温度高达3500℃，压力达到10MPa，并且携带固体颗粒或液滴。喷管喉衬作为固体发动机工作条件最为恶劣的部件，要求承受上述高速燃气流的剧烈冲刷和化学腐蚀等复杂载荷，工作时间长20s。极为严苛的工作环境要求喷管材料具有优良抗烧蚀性能。目前常用的材料中，钨具有金属中最高的熔点(3410℃)、耐化学腐蚀性好、线膨胀系数较低及高温强度高等特点，但密度过高(19.32g/cm3)，不易加工，低温下易脆，高温下易被氧化；钼的熔点(2620℃)虽低于钨，但优点是弹性模量高(320GPa)，且密度(10.2g/cm3)、高温膨胀系数(1500℃为6.5×10-6/K)都较小，高温蠕变性能极佳，同样具有低温脆性，易被氧化；金属铼的密度为21.04g/cm3，熔点为3180℃，纯铼质软，具有良好的力学性能，但其价格十分昂贵。由此可见，钨、钼和铼都存在自身的劣势。因此，目前亟需开发一种开发耐高温、耐蚀、较低密度、强度高的材料。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供一种微纳复合增强钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：步骤a、将含钨、铼和钼的原料进行固液掺杂或液液掺杂混合，再进行还原后，加入铪、碳混合物或碳化铪粉末，进行球磨混合，得到混合粉末；步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，成形后置于氢气气氛的中频炉中烧结；步骤c、对烧结后的样品进行压力加工和热处理，即得到微纳复合增强钨合金材料。在上述技术方案的基础上，进一步地，步骤a中，所述固液掺杂的混合方式为，先将铼酸铵配成饱和溶液后，与将金属钨粉进行掺杂，掺杂后，在氢气气氛下采用高温进行共还原，再与含钼的固体原料进行掺杂混合；所述液液掺杂的混合方式为：将偏钨酸铵饱和溶液、铼酸铵饱和溶液以及钼酸铵饱和溶液进行掺杂混合。在上述技术方案的基础上，进一步地，包括含有以下元素质量份数的原料：40～99份的钨元素，2～24份的铼元素，0～9份或12～28份或32～50份的钼元素和0.3～5份含有碳和铪元素的原料。在该方案中，通过控制调节各元素的添加量，以调控符合材料的密度和室温、高温力学性能，使得微纳复合增强钨合金有更优异的机械性能，大大提高了复合材料的使用范围。在上述技术方案的基础上，进一步地，所述含有铼元素的原料包括铼酸铵或金属铼粉。在上述技术方案的基础上，进一步地，所述含有钼元素的原料包括钼酸铵、氧化钼粉、碳化钼粉、金属钼粉的至少一种。在上述技术方案的基础上，进一步地，含有碳和铪元素的原料包括了Hf、HfO2、HfC、HfH2中的至少一种和碳粉的混合或HfC。在上述技术方案的基础上，进一步地，步骤b中冷等静压压力为150～300MPa，保压时间为30～300s；烧结最高温度为2000～2600K，保温时间3～10小时。在上述技术方案的基础上，进一步地，所述金属钨粉的粒度不大于5um，所述铼粉的粒度不大于5um，所述钼粉的粒度不大于5um，所述铪、碳混合物或碳化铪粉末的粒度不大于2um。在上述技术方案的基础上，进一步地，步骤c中，对烧结后的样品进行压力加工后，使样品的变形量为40％～55％，根据本专利技术中所选定的原料以及配比，结合原子之间的间隙，控制上述变形量，能够使材料接近全致密，进而大大提高了金属强度。本专利技术还提供如上任意一项所述微纳复合增强钨合金材料的制备方法所制备的微纳复合增强钨合金材料本专利技术涉及的技术原理如下：不同于钨合金材料中传统的固固混合方式，本专利技术创造性地在钨合金材料的制备中引入了特定材料的固液混合以及液液混合的方式，使金属粉末可以能够被特定的溶液包裹，于高温下进行还原，再通过球磨工艺进行混合。通过本专利技术工艺步骤的有效配合，使得原料之间的混合更加分散和均匀，最终制得的合金机械强度得到显著提高。本专利技术技术方案中，将含钨、铼和钼元素的原料进行掺杂混合后，再加入铪、碳混合物或碳化铪粉末，进行球磨混合，铪、碳混合物或碳化铪粉末具有高的热力学稳定性，以及高温下在钨中较低的溶解和扩散程度，其中，通过过饱和固溶体的方式制得纳米级细小铪、碳混合物或碳化铪粉末颗粒(50-100nm)的“位错钉扎”作用(即“沉淀硬化”)，有效抑制原子面和结晶的滑移；通过烧结后铪、碳混合物或碳化铪粉末和W之间发生了互扩散并形成了(Hf,W)C相，可能有利于提高晶界强度；存在于W晶界间的铪、碳混合物或碳化铪粉末颗粒在高温下阻止W晶粒的迁移与长大，从而提高W-HfC合金的高温强度。本专利技术采用了复合强化的方式，通过固溶强化、弥散强化、加工变形强化等强化模式以提升合金材料的高温力学性能。优选地，采用的合金中Mo、Re和Hf熔点高，具有显著的固溶/弥散强韧化效果，降低DBTT，降低线膨胀系数，提高再结晶温度；利用钼、铼单加或者二者共同添加来固溶强化钨，再采用HfC进行弥散强化。优选地，利用尺寸不同于基体原子的金属原子，通过固溶在点阵间隙钼熔点很高，又具有体心立方结构，能完全溶于钨中；采用的铼，具有熔点高(3170℃)、强度高、无塑一脆转变现象、从低温到高温都保持良好塑性、弹性模量非常高(仅次于Os)、固溶度大等优点，可以提高钨合金的再结晶温度，提升钨合金的高温性能，大幅度地降低塑一脆转变温度，减弱钨合金的各向异性，提高钼钨合金的加工性能、理化特性和热电特性等，形成所谓“铼效应”。本专利技术的技术效果如下：本专利技术提供的微纳复合增强钨合金材料的制备方法所制备的微纳复合增强钨合金材料与现有的技术相比，具有耐高温、耐蚀、较低密度以及低的热膨胀系数、高的高温强度、抗强力冲刷的有益效果。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术还提供如下所示微纳复合增强钨合金材料的制备方法的实施例以及对比例，其中，以“1％”作为“1份”：实施例1：步骤a、将88.69％质量比的金属钨粉和2％质量比的铼酸铵固液掺杂后，具体地，将铼酸铵配成饱和溶液后进行固液掺杂；掺杂后，在氢气气氛，1200K温度下共还原，再和9％质量比的金属钼粉固固掺杂混合均匀，氢气气氛，1200K温度下还原后加入0.3％质量比的HfH2和0.01％质量比的C粉球磨混合均匀，得到混合粉末，所述钼粉、铼酸铵粉、氢化铪粉、碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳复合增强钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤a、将含钨、铼和钼元素的原料进行固液掺杂或液液掺杂混合，再进行还原后，加入铪、碳混合物或碳化铪粉末，进行球磨混合，得到混合粉末；/n步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，成形后置于氢气气氛的中频炉中烧结；/n步骤c、对烧结后的样品进行压力加工和热处理，即得到微纳复合增强钨合金材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种微纳复合增强钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、将含钨、铼和钼元素的原料进行固液掺杂或液液掺杂混合，再进行还原后，加入铪、碳混合物或碳化铪粉末，进行球磨混合，得到混合粉末；
步骤b、将混合粉末装入模具中进行冷等静压压制成形，成形后置于氢气气氛的中频炉中烧结；
步骤c、对烧结后的样品进行压力加工和热处理，即得到微纳复合增强钨合金材料。


2.根据权利要求1所述的微纳复合增强钨合金材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述固液掺杂的混合方式为：先将铼酸铵配成饱和溶液后，与将金属钨粉进行掺杂，掺杂后，在氢气气氛下采用高温进行共还原，再与含钼的固体原料进行掺杂混合；
所述液液掺杂的混合方式为：将偏钨酸铵饱和溶液、铼酸铵饱和溶液以及钼酸铵饱和溶液进行掺杂混合。


3.根据权利要求1所述的微纳复合增强钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括含有以下元素质量份数的原料：40～99份的钨元素，2～24份的铼元素，0～9份或12～28份或32～50份的钼元素和0.3～5份含有碳和铪元素的原料。


4.根据权利要求1所述的微纳复合增强钨合金材料的制备方法，其特征在于：所述含有铼元素的原料包括铼酸铵...

【专利技术属性】
技术研发人员：李榕，宋久鹏，颜彬游，宋明星，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35