[发明专利]一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及合金的制备

说明书

一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及合金的制备，属于屏蔽材料和粉末冶金技术领域。该方法包括如下步骤：将三氧化钨、氯化钴、氯化镍溶于去离子水中，混合搅拌均匀后加热搅拌蒸干液体，然后在烘箱中烘干，将烘干后的结块用研钵研磨并过筛，得到前驱体粉。随后将前驱体粉通过载气氢气送入氩等离子体炬中，反应结束后收集各部位的粉体，将粉体装入不锈钢模具中，进行冷压成型并在氢气气氛下进行管式炉烧结，得到钨镍钴重合金块体。本发明制备的钨镍钴纳米粉体粒径在25nm左右，烧结后钨基重合金的相对密度99％，屏蔽测试结果显示线吸收系数为铅的1.31倍。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及其合金的制备方法。

背景技术

钨基高比重合金是由钨为基体、镍、钴、铁、铜等为主要粘结相组成的两相复合材料，具有强度高、塑性好、抗冲击性能和穿透能力强，耐腐蚀性和抗高温氧化性能好、热膨胀系数小、导电导热性能好，吸收射线能力强，不仅可进行车、铣、磨、刨、钻、攻丝等机加工，还可以进行轧制、旋锻和锻造加工等大形变强化处理，钨基高比重合金已广泛地应用于现代军工工业和民用工业中，如兵器工业的穿甲弹和破甲弹，航空航天中导航仪表的陀螺仪外缘转子，核工业中防射线屏蔽材料、砧块材料等。

随着科技的发展，对钨基高比重合金的性能要求更高，例如更高的致密度、更好的力学性能和屏蔽射线的能力等。目前存在钨晶粒粗大和组织不均匀的问题，研究表明，钨镍钴系合金比传统的钨镍铁系合金的脆性相析出几率小，并且用钴替代铁可以降低烧结润湿角，提高烧结致密化速度，镍钴可以起到协同强化的作用，烧结后有利于得到晶粒细小的钨基高比重合金。因此提供一种元素分布均匀且粒径细小的钨镍钴纳米粉体及其合金的制备方法能够有利于钨基高比重合金性能的提升。

目前，制备钨基高比重合金粉体传统的方法主要有机械合金化法、化学共沉淀法以及溶胶凝胶法等。机械合金化法由于球罐及球粒易磨损，容易引入杂质元素，降低烧结后合金材料的性能。化学共沉淀法虽然工艺简单，但是粉体团聚较严重，减缓了烧结致密化速率，使材料难以达到致密。溶胶凝胶法所需时间较长，操作简单但难以批量生产。与传统的制备方法相比，利用高频感应热等离子体还原技术，可以一步合成钨镍钴纳米粉体，粉体的元素分散性好、结构均匀、粒径细小，烧结反应活性更高，更有利于得到均匀致密和优异性能的高比重钨镍钴合金。

发明内容

本发明目的在于提供一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及其合金的制备方法，解决传统方法制备出的粉体粒径分布不均及易团聚的问题。采用高频感应热等离子体技术，以氧化钨、钴盐、镍盐为原料，通过高频感应热等离子体设备制备出元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体，并通过传统烧结得到性能优异的钨镍钴重合金。

本发明所述的一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及其合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)按照一定的比例将一定量的氧化钨、钴盐、镍盐机械混合，将混合后的粉体用80目的筛子过筛，由此得到前驱体粉。

(2)将步骤(1)得到的前驱体粉通过载气氢气送入氩等离子体炬中，待反应结束整个系统完全冷却后收集各部位的粉体；通过调节加料过程中的引风负压使整个系统维持微负压状态，确保设备参数及等离子弧的稳定。反应结束待整个系统完全冷却后收集各部位的粉体，粉末粒径约为25nm。

(3)将步骤(2)得到的粉体装入不锈钢模具中，进行冷压成型。

(4)将步骤(3)得到的压坯在氢气气氛下加热到一定温度并保温一定时间，随后随炉冷却或按一定速率降至室温，便得到钨镍钴合金。

步骤(1)中，氧化钨选自二氧化钨、三氧化钨等，钴盐、镍盐可为钴、镍的硫酸盐、硝酸盐、氯化盐等。三种原料中镍和钴元素质量之和占钨镍钴三元素总和的0-20％，且镍和钴含量不同时为0。