[发明专利]一种高强韧高比重钨合金材料及其制备方法

说明书

本发明属于钨合金材料技术领域，公开了一种高强韧高比重钨合金材料及其制备方法。所述高比重钨合金材料，由还原钨粉，羰基镍粉，羰基铁粉，还原钴粉制备而成；其中钨的含量为92.4～93wt.％，余量为铁，钴，镍以及不可避免的杂质，镍，铁，钴的质量比为3.85：1.65：1.5，纳米氧化锆的含量为0～0.6wt.％。本发明还公开了耐磨耐蚀高强韧高比重钨合金材料的制备方法。本发明通过添加少量的纳米氧化锆颗粒，提高了钨合金芯部的耐磨性；通过短时液相烧结和不等温旋锻工艺，细化了钨晶粒，增加了钨合金的致密度，同时提高了钨合金的抗拉强度；所制备的高比重钨合金材料钨晶粒和粘结相分布均匀，具有很高的硬度和韧性。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种短时液相烧结和不等温旋锻协同强化的高比重钨合金材料及其制备方法。

背景技术

93W-4.9Ni-2.1Fe高比重合金具有高密度，高硬度，高耐磨性，以及较高的断裂韧性。因其具有良好的机械性能而做为配重块，穿甲弹弹芯，屏蔽仪器，在航空航天领域和高端医疗邻域有广泛的应用。随着科技的高速发展，军用材料和民用材料对高比重钨合金提出了更高的要求：高硬度、高韧性、高耐磨性、高耐腐蚀性能。因此开发一种更高性能的高比重钨合金成为了该领域的重点。

93W-4.9Ni-2.1Fe合金由钨晶粒和粘结相两相组成的，由于W-Ni-Fe三元合金生成液相温度较高，因此烧结过程中，液相烧结温度较高和液相保温时间较长，致使钨合金溶解再析出过程延长和钨晶粒迅速长大，削弱了钨合金的韧性，降低了高比重钨合金的硬度。因此必须探寻更好的技术组合手段，利用第二相强化机制，短时液相烧结和形变强化处理工艺，使其能够满足实际应用的需求。

本发明通过添加少量的纳米氧化锆陶瓷颗粒和Co粉末，纳米陶瓷颗粒弥散分布在钨合金基体中，提高了高比重钨合金的硬度，另外Co元素加入增加了钨在粘结相的溶解度，促进了溶解再析出过程的发生，提高了高比重钨合金粘结相和钨晶粒界面的结合强度；通过缩短液相烧结时间，减少了钨晶粒的长大时间，达到了细化晶粒的作用，再者利用不等温旋锻工艺，愈合了钨合金内部的空隙，增加了高比重钨合金的密度和钨晶粒的长径比，进一步提高了钨合金的断裂韧性；总之，在以上多种工艺共同作用下，能够获得一种高强韧高比重钨合金材料。

发明内容

为解决传统粉末烧结制备的高比重钨合金烧结断裂韧性差的缺点，本发明首要的目的是提供一种高强韧高比重钨合金材料及其制备方法。

发明内容：

为了制备高强韧高比重钨合金。本发明的目的在于提供一种制备高比重钨合金的粉末配方及制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高强韧高比重钨合金材料，由还原钨粉、羰基镍粉、羰基铁粉、还原钴粉和纳米氧化锆陶瓷颗粒制备而成；其中钨的含量为92.4～93wt.％，余量为铁，钴，镍。镍，铁，钴的质量比为3.85：1.65：1.5，纳米氧化锆陶瓷颗粒的含量为0～0.6wt.％。

进一步地，所述高强韧高比重钨合金材料的硬度为408.72HV～435.79HV；抗拉强度为1250MPa～1380MPa；致密度为98.56％～99.30％。

一种高强韧高比重钨合金材料的制备方法，该材料是由固相烧结和短时的液相烧结后，之后通过不等温的旋锻工艺制备而成。

一种高强韧高比重钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将还原钨粉、羰基镍粉、羰基铁粉、还原钴粉和纳米氧化锆陶瓷颗粒进行低能球磨，获得混合均匀的粉末；将球磨后的粉末干燥除去水分后过筛，获得颗粒尺寸≤15μm的复合粉末；

(2)将复合金属粉末装入橡胶模具中，然后进行冷等静压成型，获得高比重钨合金生坯材料；

(3)将步骤(2)所得的高比重钨合金生坯材料进行短时的液相烧结，获得高比重钨合金棒料；