[发明专利]一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高密度W‑Ta‑Nb系难熔固溶体合金及其制备方法，涉及粉末冶金技术领域。本发明设计了一种高密度、高强度、高塑性W‑Ta‑Nb系难熔固溶体合金来改善W的适用性。W、Ta和Nb元素能够形成无限固溶体，并通过固溶强化实现材料强度的显著提升，同时Ta和Nb作为高塑性元素，加入到W基体中可以改善W的高温塑性，本发明的W‑Ta‑Nb系难熔固溶体合金还具有高密度、高致密度、高强度和高塑性等优点。

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法。

背景技术

钨(W)因其高的溅射阈值、熔点、抗拉强度和良好的耐腐蚀性能而被认为是面向等离子体应用的强有力的候选材料，并在核聚变装置中得到了广泛应用。然而，钨显示出高的韧脆转变温度，在中低温度下呈脆性的特点，导致其在应用过程中常因部件内部产生热应力而导致过早的失效断裂，这严重限制了它在实际工业生产中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金及其制备方法，可以改善W的高温塑性，提高W的适用性，同时本发明的W-Ta-Nb系难熔固溶体合金还具有高密度、高致密度、高强度和高塑性等优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金，以质量分数计，其化学组成为：W 50～95％，Ta2.5～40％，Nb 2.5～40％；所述高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金为体心立方固溶体相。

本发明提供了上述方案所述高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金的制备方法，包括以下步骤：

按照所述高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金的化学组成，将W粉、Ta粉和Nb粉混合，得到混合粉末；

将所述混合粉末进行冷等静压，得到生坯；

将所述生坯进行固相烧结，得到烧结坯；

将所述烧结坯进行热等静压，得到高密度W-Ta-Nb系难熔固溶体合金。

优选的，所述W粉的粒径为3～25μm；所述Ta粉的粒径为5～45μm，所述Nb粉的粒径为5～45μm。

优选的，所述冷等静压的成型压力为200～400MPa，保压时间为10～60min。

优选的，所述固相烧结包括：升温至500℃保温0.5～2h，从500℃升温至800℃保温1～5h，从800℃升温至1800～2500℃保温2～5h。

优选的，从500℃升温至800℃的升温速率为1～5℃/min；从800℃升温至1800～2500℃的升温速率为1～3℃/min。

优选的，所述固相烧结在真空条件或保护气体保护下进行。

优选的，所述热等静压的压力为5～15MPa，热处理温度为1800～2300℃，保温保压时间为0.5～2h。

优选的，所述热等静压在Ar气保护条件下进行。

优选的，所述混合的方式为球磨混合、V型混合、双锥混合、三维混合或双运动混合；当采用球磨混合时，所述球磨混合的转速为100～300r/min，时间为5～20h，球料比为(1～4):1；当采用V型混合、双锥混合、三维混合或双运动混合时，转速为20～50r/min，时间为12～48h。