一种氧化钨合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种氧化钨合金材料及其制备方法，涉及合金材料技术领域，氧化钨合金材料由C 0.3％‑0.5％、B1.5％‑2.0％、Ni5％‑10％、W5％‑10％、La0.5％‑1.5％、Ta2.0％‑2.5％、Re2.0％‑2.5％、Mo2.0％‑2.5％、Ti2.5％‑5％、Y 1.0％‑1.5％、K5％‑10％、V5‑10％、余量为铁组成。本发明专利技术提供的氧化钨合金材料及其制备方法，由于Ni、Cr、W、等元素和RE的微合金化的作用使得耐磨性能和耐腐蚀性能都得到很大提高，并且抗热冲击性能、抗裂性能得到改善，同时硬度适宜，便于机械加工，可提高成品率、降低资源消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化钨合金材料及其制备方法
本专利技术涉及合金材料
，尤其公开一种氧化钨合金材料及其制备方法。
技术介绍
目前，进入21世纪，工业化水平快速发展，但人类赖以生存的自然环境与生态却遭到严重破坏，空气中存在着大量有毒有害气体(如NO2、NO、H2S、CO、SO2等等)。NOx类有毒气体，能够形成酸雨腐蚀建筑物和皮肤，也能产生化学烟雾，吸入引发咳嗽，更甚者造成呼吸道疾病。因此制作高效且准确检测和预防有毒有害气体的传感器刻不容缓。要获得高性能的纳米传感器，首先就要制备出可以提供这些高性能可能性的纳米材料。金属氧化物半导体型气敏传感器具有低成本，高灵敏度，易于控制与操作的优点，因而受到越来越广泛的关注，但目前研究较成熟的气敏材料金属氧化物半导体有ZnO、SnO2、TiO2等，但他们均不能用于高效检测NOx类气体。随着研究深入，1991年AkiyamaM等报道了WO3陶瓷在300度的环境下是检测NOx的高敏感材料。自此，引发众多科研工作者对WO3的研究。WO3是一种金属氧化物半导体，是一种表面电导(电阻)控制型气敏材料。WO3晶体表面的原子性质活跃，容易吸附气体分子，而当气体分子吸附在晶体表面时，会使其内部载流子浓度发生相应的变化，表现为传感器的电阻变化。鉴于氧化钨的活跃原子位于晶体表面因此极大的扩大晶体表面与气体的接触面积，能够有效的改善气敏性能。一维纳米线结构的氧化钨因其巨大的比表面积吸引了众多科研工作者的研究。经过近几年的研究已经可以通过水热法、气相法、溶胶-凝胶等制得。实验结果证明，一维纳米线结构的氧化钨确实提高了检测气体的灵敏度，但这依然不能达到市场化与集成化应用的要求。为了得到高选择性、高灵敏度、低工作温度，高稳定性的气敏传感器，目前主要通过气敏材料改性来提高气敏性能。气敏材料改性方面，主要途径有掺杂贵金属Pt、Au、Pd或过渡金属氧化物，另外可通过构造异质结构改性。异质结结构目前主要应用于半导体激光器，发光器件，太阳电池等科学领域。将异质结应用于气敏领域形成异质结材料是改善气敏性能另一个极具潜力的方向。近年来，石墨烯与导电高分子及过渡金属氧化物复合材料已经引起了研究工作者越来越多的关注，已经成为电化学研究的前言领域之一。碳化钨是稳定的n型半导体材料，已经被广泛的应用在气体传感器和电化学催化等方面。近几年已经有部分研究将碳化钨应用在电化学储能方面，研究表明碳化钨与石墨烯气凝胶复合材料能表现出极好的电容性能。聚吡咯具有较高的导电性和生物相容性，环境友好，稳定性好。石墨烯是从石墨材料中剥离出来的并且由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，同时它还具有很好的弹性。每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物。凹凸棒石形态呈毛发状或纤维状，通常为毛毯状或土状集合体。模板法制备的材料具有良好的形貌结构。因此，通过凹凸棒土为模板通过逐步合成的方法合成碳化钨/聚吡咯/石墨烯复合材料。现有技术提供一种以凹凸棒土为模板的碳化钨/聚吡咯/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：a、凹凸棒土/碳化钨的制备：称取凹凸棒土超声分散在20mL溶有磷钨酸的乙醇中，在室温下干燥完全后在空气条件下煅烧4h，将煅烧后的样品二次分散在20mL溶有1g磷钨酸的乙醇中，在室温下干燥完全后在空气条件下二次煅烧4h；b、凹凸棒土/碳化钨/聚吡咯的制备：将1g步骤a中所制备的凹凸棒土/碳化钨超声分散在50mL20％的乙醇溶液中，加入吡咯单体，然后迅速加入50mL20％的乙醇，紧接着加入六水氯化铁溶液，室温搅拌，最后将生成物离心，洗涤，冷冻干燥；c、凹凸棒土/碳化钨/聚吡咯/石墨烯的制备：将1g步骤b中所制备的凹凸棒土/碳化钨/聚吡咯超声分散在50mL1mgmL-1的氧化石墨烯的分散液中，加入4.5mL的浓盐酸，然后加入锌粉超声30min，紧接着加入5mL浓盐酸除去过量的锌粉，最后将生成物离心，洗涤，冷冻干燥；d、碳化钨/聚吡咯/石墨烯的制备：将步骤c中所制备凹凸棒土/碳化钨/聚吡咯/石墨烯复合物分散到40％的氢氟酸中，搅拌48h，最后将生成物离心，洗涤，冷冻干燥。高密度钨基合金由于具有一系列优异的物理、力学性能,如密度高、强度高、延性好等,被广泛地应用于动能穿甲弹、平衡配重块、放射屏蔽和电触头材料,在国防军工、航空航天等领域中具有不可替代的作用。随着科学技术的飞速发展,对材料性能提出了更为苛刻的要求,制备高性能钨基合金材料己成为当今世界致力研究的热点之一。而制备高性能钨基合金材料的核心在于粉末原料的纳米化及其合金的特性研究。现有技术公开氧化钨基纳米材料的制备与物理化学性质研究---徐英明，通过水热法和溶胶-凝胶法制备了氧化钨基纳米粉体、溶胶和薄膜。现有技术公开纳米级钨基复合粉末的制备及其合金特性研究-马运柱，对纳米级一复合粉末的制备及其合金特性等方面进行了较系统、较深入的研究。对含W,Ni,Fe盐溶胶体系的电化学特征进行了深入研究。研究了体系电位、pH值和所加表面活性剂,对含W,Ni,Fe盐溶胶体系的配制、颗粒分散性和稳定性的影响。着重FENXI了十六烷基三甲基澳化钱、,一二甲基甲酞胺和聚乙二醇一这三种表面活性剂对颗粒表面静电位阻、空间位阻及静电一空间位阻协调作用的影响。首次采用配置溶胶并进行喷雾干燥来制备W,Ni,Fe前驱体复合氧化物粉末。深入探讨了表面活性剂在喷雾干燥过程中的作用机制,并提出了颗粒在干燥过程中所受毛细管作用力的示意图模型。开发受控核聚变能源是一种解决未来能源问题的有效途径。多年来国内外研究发现，钨具有高熔点、高热导率、低物理溅射率、低氚滞留、低肿胀等优点,被认为是最有潜力作为第一壁的候选材料。应用于核聚变反应堆极端环境中的材料，要求具有良好的抗氧化性能、力学性能、抗辐照性能等综合性能。但钨的抗氧化性能较差、再结晶温度较低、脆韧转变温度较高和辐照敏感性，实际应用中还有许多待解决之处。因此需要通过合金化，掺杂第二相弥散强化和制备超细晶钨的手段改善钨基材料性能。合金化是最常用的改善钨基体材料性能的手段之一。现有技术合金化改性钨基材料的组织和性能研究与发展---罗来马，提供了一种研究思路。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中，极端环境服役的合金，要求同时具有良好的热力学性能，抗氧化性能，抗辐照性能等综合性能。人们试图选择添加合适的合金元素及适量的成分比例，并结合合金化、复合化等方法制备综合性能更优异的合金。但制备的合金材料相对密度、抗拉强度、延伸率性能仍不理想，制备方法复杂，制备过程不易控制。
技术实现思路
为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了一种氧化钨合金材料及其制备方法。所述技术方案如下：根据本专利技术公开实施例的第一方面，一种氧化钨合金材料，所述氧化钨合金材料按重量百分比计各组分为C0.3％-0.5％、B1.5％-2.0％、Ni5％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钨合金材料，其特征在于，所述氧化钨合金材料按重量百分比计各组分为C0.3％-0.5％、B1.5％-2.0％、Ni5％-10％、W5％-10％、La0.5％-1.5％、Ta2.0％-2.5％、Re2.0％-2.5％、Mo2.0％-2.5％、Ti2.5％-5％、Y 1.0％-1.5％、K5％-10％、V5-10％、余量为铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化钨合金材料，其特征在于，所述氧化钨合金材料按重量百分比计各组分为C0.3％-0.5％、B1.5％-2.0％、Ni5％-10％、W5％-10％、La0.5％-1.5％、Ta2.0％-2.5％、Re2.0％-2.5％、Mo2.0％-2.5％、Ti2.5％-5％、Y1.0％-1.5％、K5％-10％、V5-10％、余量为铁。


2.如权利要求1所述的氧化钨合金材料，其特征在于，采用Cr替代K，Cr重量百分比为12-18％；采用当量的Si替代Ta。


3.如权利要求1所述的氧化钨合金材料，其特征在于，所述氧化钨合金材料粒度为100-300目。


4.一种如权利要求1～3任意一项所述氧化钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤一，根据重量百分比计各组分余量化学成分进行配料；
步骤二，将配料在中频感应炉中熔化成金属液，并进行精炼处理，得到合格的金属液；加热温度为1400-1550℃，压入高温金属液中，经过脱氧、精炼、排气、清渣后出炉；
步骤三，通过雾化法制备出合金粉末，对粉末经沉淀、烘干、筛粉，检验工序得到合格的粉体材料，通过真空雾化系统把合金雾化成150～500目粉末；雾化压力为2.0-3.5MPa，过热度为200-260℃，雾化气体为He，导流嘴内径为4.5mm。


5.如权利要求4所述氧化钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述He气体流量控制为5～15L/min。


6.如权利要求4所述氧化钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法根据重量百分比计各组分余量化学成分进行配料制得碳化钨纳米线的初始阵列结构；直接应用于电子器件。


7.如权利要求6所述的氧化钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述的碳化钨纳米线的初始阵列结构晶态碳化钨纳米线为核，采用溶剂法获得；非晶态B、Ni、La、Ta、Re、Mo、Ti、K、V、Y掺杂碳化钨薄膜为壳，采用可变温的磁控溅射法获得；晶态碳化钨纳米线垂直于FTO导电玻璃基底且生长分布均匀，长度为500-1500nm，直径为25-80nm；非晶态B、Ni、La、Ta、Re、Mo、Ti、K、V、Y被均匀地包覆在晶态碳化钨纳米线上，复合后直径在50-200nm内调控，而且非晶态B、Ni、La、Ta、Re、Mo、Ti、K、V、Y掺杂碳化钨纳米壳层的沉积并不破坏碳化钨纳米线的初始阵列结构。


8.如权利要求7所述氧化钨合金材料的制备方法，其特征在于，阵列结构制备方法包括：
(1)将FTO导电玻璃依次置于丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗，清洗完后放在红外灯下烤干；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩斌，颜练武，张华，李昌业，司守佶，王焕涛，
申请(专利权)人：蓬莱市超硬复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37