[发明专利]一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及合金材料的制备技术领域，特别涉及一种微纳复合增强钨合金材料及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明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。