[发明专利]一种钨钽铌合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钨钽铌合金材料及其制备方法，所述钨钽铌合金材料，按质量份数计，其组成如下：钨55‑75份；钽25‑45份；铌1‑5份，其为单相固溶体结构。所述制备方法为：按设计比例配取钨粉、钽粉；混料获得混匀料，然后将混匀料，冷等静压成型获得钨钽预制坯体，再将钨钽预制坯体进行第一次电弧熔炼，获得钨钽铸锭，破碎后，获得钨钽颗粒与铌颗粒混合，获得混合粒料，将混合粒料进行第二次电弧熔炼即得钨钽铌合金材料。本发明操作简单，最终获得材料密度高、纯度高、屈服强度高、熔点大于3100℃，较好的应变、致密度大于98％，组织均匀、具有优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种钨钽铌合金材料及其制备方法，属于钨合金材料制备技术领域。

背景技术

钨材料具有高熔点、高密度、高强度、低的热膨胀系数等优异特性而应用于军工、航空航天、先进制造等领域，然而，由于钨的体心立方结构(BCC)晶体结构和少的滑移系统，室温下钨的塑性变形主要依赖于非平面的1/2111螺位错，而长直的螺位错可动性极差，因此钨呈现出本征脆性；同时，钨的韧脆转变温度较高，因此钨具有低温脆性；钨再结晶温度(1100℃～1300℃)比较低，钨晶粒在较低的温度下容易发生再结晶长大，因此钨具有再结晶脆性，总而言之，钨具有极大的脆性，限制了钨材料的进一步应用。

目前，钨合金的制备通常采用的是粉末冶金法制备，这与钨高熔点有关，通过粉末冶金制备的钨合金，经过球磨、烧结不可避免的引入一些杂质或被氧化形成氧化物颗粒，富集在晶界处，弱化材料的性能。

现有技术中，虽然有一些通过合金化，以改善钨强韧性的报道，如钨铼合金，但是由于有金属间化合物的产生，因此仍然无法改善钨合金的脆性。

专利(CN113215462A)公开了一种基于悬浮感应熔炼制备W-Ta单相固溶体材料通过悬浮感应熔炼获得了将高密度的难熔金属钽原子完全固溶到钨晶格中，部分代替钨，从而改善钨的脆性。然而悬浮感应熔炼设备操作要求高、成本高，无法适应大规模工业化生产。

专利(CN113088718A)公开了一种高致密、高熔点钨合金的短流程非自耗电弧熔炼制备方法，通过非自耗电弧熔炼得到高致密高熔点的W-Ta合金存在变形能力有限，压缩应变偏低，压缩应变仅为10％左右。

发明内容

针对现有技术中由于钨是典型的体心立方结构，具有极大的本征脆性，严重影响钨材料在极端环境高温高载荷环境下的应用，本发明的目的在于提供一种高密度高强韧化的钨钽铌合金材料及其制备方法，本发明所提供的W-Ta-Nb合金材料具有较好的强度、韧性，高硬度，无第二相，为高纯净的单相固溶体。

本发明一种钨钽铌合金材料，按质量份数计，其组成如下：钨55-75份，钽25-45份，铌1-5份，其为单相固溶体结构。

本发明基于难熔高熵合金具有高熵效应、固溶效应、晶格畸变效应、鸡尾酒效应等强韧化效果，借鉴难熔高熵合金的各种强韧化效应，引入钽原子、铌原子替代钨原子，形成W-Ta-Nb单相固溶体改性钨的脆性，另外，发明人发现，除了高熵合金效应，铌的加入一方面还能细化晶粒的大小，起到明显的细晶强化作用，另一方面铌还能增强晶界的内聚力，强化晶界的结合，从而使钨钽铌合金材料同时具备较好的强度、韧性，高硬度的力学性能。

优选的方案，所述钨钽铌合金材料，按质量份数计，其组成如下：钨60-70份；钽30-40份；铌2-4份。

优选的方案，所述钨钽铌合金材料的密度＞17g/cm³，纯度＜200ppm，屈服强度≥1000MPa。

本发明一种钨钽铌合金材料的制备方法，按设计比例配取钨粉、钽粉；混料获得混匀料，然后将混匀料，冷等静压成型获得钨钽预制坯体，再将钨钽预制坯体进行第一次电弧熔炼，获得钨钽铸锭，破碎后，获得钨钽颗粒与铌颗粒混合，获得混合粒料，将混合粒料进行第二次电弧熔炼即得钨钽铌合金材料。