一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法及制备的高比重钨铜镍合金技术

本发明专利技术公开一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，涉及高比重合金材料领域，基于现有的钨基高比重合金致密度较低、力学性能差的问题而提出的。本发明专利技术包括以下步骤：(1)称取原料纯钨粉、铜粉、镍粉、氧化钇粉、氢化锆粉和钛粉；(2)原料球磨18‑24h；(3)高温煅烧。本发明专利技术还提供上述多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法制得的高比重钨铜镍合金。本发明专利技术通过在合金中掺杂微量的氧化钇和锆、钛合金元素，产生固溶强化，促进烧结致密化，使得烧结后的钨铜镍合金完全致密，密度最高达到16.5g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法及制备的高比重钨铜镍合金
本专利技术涉及高比重合金材料领域，具体涉及一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法及制备的高比重钨铜镍合金。
技术介绍
高比重钨合金又称高密度钨合金。是以钨为基体(含量占85％以上)，加入铜、镍和铁等元素作为主要粘结相,并加入少量强化元素(如钼、钛等)组成的合金。其微观组织是单质的钨颗粒由合金元素熔化形成的液相而粘结。钨颗粒是一种硬而脆的相，粘结相是一种韧性相，高比重钨合金具有这样的成分与组织结构，决定其具有优异的综合力学性能。高比重钨合金与其它高比重材料相比，具有高强度、高密度、热膨胀系数小、抗蚀性和抗氧化性能好、导电导热性能好和良好的延展性等优良性能。通常作为配重块、穿甲弹弹芯、振子和屏蔽材料等，在航空航天、军事兵器、机械制造、仪表及电器，以及放射医疗行业中得到了广泛应用。但是由于钨、铜两相互不相溶，常规的液相烧结难以获得完全致密、组织均匀的高比重钨铜合金，因而难以充分的发挥出材料的性能优势。特别是烧结致密度较低和铜相的团聚致使材料硬度难以提高。传统的钨基高比重合金的制备是将各元素粉末混合，采用液相烧结达到近全致密，由于粉末粒度较大(2-4μm)、烧结温度高、烧结时间长，制得的钨合金晶粒粗大(约30-40μm)。如液相烧结的Mo-W-Ni-Cu合金可获得最大的抗拉强度1100MPa，但是仅在铜镍总量不超过6％时有最高硬度390HV。常用于穿甲弹材料的高比重钨铁镍合金要求就要较高的硬度和强度，但仅当铁镍总量占2％时，有最高硬度310HV。随着科技进步与技术发展，对高比重钨铜合金材料的性能有了更高要求。申请号为CN201510454364.1的专利公开了一种钨铜镍合金粉的制备方法，将羰基镍粉加入雾化铜粉和结晶钨粉中，置于钢带还原炉中，在保护气或还原性气氛下进行高温扩散处理，通过羰基镍粉在雾化铜粉和结晶钨粉中的扩散使得雾化铜粉和结晶钨粉实现合金连接，再经过破碎机的破碎筛分得到钨铜镍合金粉。但是对高比重钨铜合金而言，想要提高材料性能的同时维持其较高密度并不容易。只有通过少量掺杂多种微量元素，对制粉、烧结等多种工艺进行改进才能在不降低其较高密度的情况下提升材料力学性能。申请号为CN201811105619.3的专利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Co:Ni:Cu:Cr:Fe＝1:1：1:1:(0.5～1.5)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；最后将粉末装入模具进行SPS烧结，通过快速升温、短时保温的工艺使非晶态的粘结相实现晶化，最终制备出粘结相为面心立方结构高熵合金的钨基高比重合金。该技术存在的问题：制备的钨基高比重合金致密度较低、且力学性能差。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于解决现有的钨基高比重合金致密度较低、且力学性能差的问题。本专利技术是采用以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提供一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照重量百分比计，分别称取88.5-90.5％的纯钨粉、5％的铜粉、3％的镍粉、0.5％的氧化钇粉、0.5-1.5％的氢化锆粉和0.5-1.5％的钛粉；(2)将步骤(1)中所称取的原料粉末进行搅拌球磨，在氩气气氛条件下按照球料比5:1，搅拌球磨18-24h，制得混合粉末；(3)高温烧结：将步骤(2)球磨后的混合粉末放入石墨模具中，再将模具放入放电等离子烧结炉中，炉腔内通氢气，炉腔在室温下抽真空，以100℃/min的升温速率经6min升温至600℃，保温5min，保温时加压至20Mpa；然后以100℃/min的升温速率经4.5min升温至1050℃，升温时加压至70Mpa，保温10min；再以100℃/min的降温速率降到室温，即得到多元掺杂高比重钨铜镍合金。本专利技术通过在合金中掺杂微量的氧化钇和锆、钛合金元素，产生固溶强化，促进烧结致密化，使得烧结后的钨铜镍合金完全致密，密度最高达到16.5g/cm3，甚至超过了16.31g/cm3的理论密度；同时锆、钛、铜、镍有较强的形成四元合金玻璃的能力，快速冷却的条件下发生马氏体相变，作为第二相强化，能进一步提高硬度。本专利技术同时运用长时间高能球磨来破碎粉体，细化粉体颗粒，进而使得粉体颗粒粒径均一。优选地，所述纯钨粉的纯度为99.8％，粒度为1.8-2.2μm。优选地，所述铜粉的纯度为99.9％，粒度为35μm。优选地，所述镍粉的纯度为99.9％，粒度为30μm。优选地，所述氧化钇粉的纯度为99.8％，粒度为30μm。优选地，所述氢化锆粉的纯度为99.9％，粒度为1μm。优选地，所述钛粉的纯度为99.7％，粒度为32.5μm。优选地，所述步骤(2)中球磨转速500r/min。优选地，所述步骤(3)中氢气的流速为0.15L/min。本专利技术还提供上述一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法制备的多元掺杂高比重钨铜镍合金。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过在合金中掺杂微量的氧化钇和锆、钛合金元素，产生固溶强化，促进烧结致密化，使得烧结后的钨铜镍合金完全致密，密度最高达到16.5g/cm3，甚至超过了16.31g/cm3的理论密度，这是因为计算理论密度的前提是各元素组分互不相溶，但是在本专利技术中镍溶于钨相和铜相中，所以真实的理论密度应比计算的理论密度要更高一点，所以造成了致密度超过1的假象；同时锆、钛、铜、镍有较强的形成四元合金玻璃的能力，快速冷却的条件下发生马氏体相变，作为第二相强化，能进一步提高硬度。(2)本专利技术的多元掺杂在大幅提高了合金的硬度的情况下并未使本专利技术的钨铜镍合金密度明显下降，完成了维持较高密度的前提下提升钨铜合金材料力学性能的目的。(3)本专利技术同时运用长时间高能球磨来破碎粉体，细化粉体颗粒，进而使得粉体颗粒粒径均一。附图说明图1是经球磨后的粉体形貌图。图2是经球磨后粉体的面扫图；图3是不同放大倍率下的多元掺杂高比重钨铜镍合金表面微观相貌图；图4是不同放大倍率下的多元掺杂高比重钨铜镍合金断口微观相貌图；图5是多元掺杂高比重钨铜镍合金显微组织的面扫图。具体实施方式以下将结合说明书附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。实施例1一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照重量百分比计，分别称取90.5％的纯度99.8％，粒度为1.8-2.2μm纯钨粉、5％的纯度99.9％，粒度为35μm的铜粉、3％的纯度99.9％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)按照重量百分比计，分别称取88.5-90.5％的纯钨粉、5％的铜粉、3％的镍粉、0.5％的氧化钇粉、0.5-1.5％的氢化锆粉和0.5-1.5％的钛粉；/n(2)将步骤(1)中所称取的原料粉末进行搅拌球磨，在氩气气氛条件下按照球料比5:1，搅拌球磨18-24h，制得混合粉末；/n(3)高温烧结：将步骤(2)球磨后的混合粉末放入石墨模具中，再将模具放入放电等离子烧结炉中，炉腔内通氢气，炉腔在室温下抽真空，以100℃/min的升温速率经6min升温至600℃，保温5min，保温时加压至20Mpa；然后以100℃/min的升温速率经4.5min升温至1050℃，升温时加压至70Mpa，保温5-10min；再以100℃/min的降温速率降到室温，即得到多元掺杂高比重钨铜镍合金。/n

【技术特征摘要】
1.一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比计，分别称取88.5-90.5％的纯钨粉、5％的铜粉、3％的镍粉、0.5％的氧化钇粉、0.5-1.5％的氢化锆粉和0.5-1.5％的钛粉；
(2)将步骤(1)中所称取的原料粉末进行搅拌球磨，在氩气气氛条件下按照球料比5:1，搅拌球磨18-24h，制得混合粉末；
(3)高温烧结：将步骤(2)球磨后的混合粉末放入石墨模具中，再将模具放入放电等离子烧结炉中，炉腔内通氢气，炉腔在室温下抽真空，以100℃/min的升温速率经6min升温至600℃，保温5min，保温时加压至20Mpa；然后以100℃/min的升温速率经4.5min升温至1050℃，升温时加压至70Mpa，保温5-10min；再以100℃/min的降温速率降到室温，即得到多元掺杂高比重钨铜镍合金。


2.根据权利要求1所述的一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，其特征在于：所述纯钨粉的纯度为99.8％，粒度为1.8-2.2μm。


3.根据权利要求1所述的一种多元掺杂高比重钨铜镍合金的制备方法，其特征在于：所述铜粉的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东光，张力，罗来马，吴玉程，阮崇飞，朱晓勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34