[发明专利]一种微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高性能W-Ni-Fe高密度合金的方法；特别是指一种微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金的方法。

背景技术：

钨基高密度合金具有密度高、强度高、延性好、韧性好、热膨胀系数小、吸收射线能力强、导热性及耐蚀性好，以及优良的机械加工性能和可焊性，被广泛地应用于惯性元件、配重元件、防射线屏蔽元件，在尖端科学领域、国防工业和民用工业有着广泛的应用。

传统的W-Ni-Fe合金烧结工艺是在常规电阻炉内采取缓慢的升温速度(约5-10℃/min)和中间温度保温等措施，以避免温度梯度过大而引起合金变形、鼓泡等缺陷，从而整个烧结周期较长、生产效率较低、能耗较大。

近年国内外有关微波烧结高密度合金的研究中，A.Upadhyaya采用微波烧结技术制备了92.5W-6.4Ni-1.1Fe合金，但其综合力学性能较低(A.Upadhyaya，Microwave sinteringof W-Ni-Fe alloy，Scripta Materialia，Vol：56，Page：5-8，2007)；彭元东在微波高温炉内烧结了90W-7Ni-3Fe合金，未能获得全致密的合金(相对密度＜98％)，对应力学性能也较低(彭元东，微波烧结W-Ni-Fe高比重合金及其机理研究，vol：37，No.1，Page：125-129，2008)；这些研究均存在一些不足，即所获得该成分的合金性能未达到工业应用的钨基高密度合金的性能范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺合理、操作方便、烧结周期短、能源消耗少、烧结所获得的W-Ni-Fe高密度合金性能好的微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金的方法。

本发明一种微波烧结制备W-Ni-Fe高密度合金的方法，包括下述步骤：

第一步：将纯度大于99.5％、粒度小于1.98微米的还原W粉，纯度大于99.5％、粒度小于2.3微米的羰基Ni粉，纯度大于99％、粒度小于2.3微米的羰基Fe粉按质量百分比配料，球磨混合5～7小时；

第二步：将混合好的粉料在300～400MPa压力下模压制成压坯；

第三步：将第二步所得压坯及辅助加热材料SiC片放置于氧化铝纤维保温包套内，放入微波高温炉炉腔中，用真空泵将炉腔抽至真空度100Pa以内；

第四步：向微波炉炉腔内通入N₂、H₂混合保护气体，调整微波高温炉的输出功率，控制升温速度75～85℃/min，加热至1480～1500℃，保温2-5分钟，关闭微波炉，冷却后即获得理想的合金。

本发明中，所述球磨装置为不锈钢球磨筒，球磨介质为无水酒精或丙酮，球料比1∶1、转速100～200rpm。

本发明中，所述辅助加热材料SiC片的加入量为100～140g。

本发明中，所述N₂、H₂混合保护气体中N₂、H₂气体体积比为：N₂∶H₂＝(80～90)∶(20～10)

本发明由于采用上述工艺方法，利用微波加热将电磁能在材料内部直接转化为热能的体积加热行为而引起粉末固结和合金化，具有烧结周期短、能量消耗低以及环境友好的优点，获得的材料表现出快速致密、组织均匀、机械性能优异等特征。本发明工艺方法中，添加适量的SiC辅助加热材料，可以有效提升加热速度，使升温速度提高至80℃/min左右，有效改善了被烧结合金温度的均匀性，使烧结时间缩短至5分钟以内，大大缩短了烧结周期；制得的合金致密度高，晶粒细小，提高了W-Ni-Fe高密度合金的性能。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明工艺简单、能量消耗小、成本较低。采用微波烧结高密度合金仅需25-30分钟即可完成整个烧结过程，炉冷1.5小时即可取出合金。

2.本发明制备的高密度合金致密度高，晶粒细小，组织均匀，各项性能相比常规电阻炉中烧结的合金均有较大提高。

综上所述，本发明工艺合理、操作方便、烧结周期短、能源消耗少、烧结所获得的W-Ni-Fe高密度合金性能好，致密度高，晶粒细小，组织均匀，适于工业化生产，可替代现有W-Ni-Fe高密度合金烧结工艺。

具体实施方式：

实施例1：