[发明专利]一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金及其制备方法；使用机械合金化方式制备钨钽预合金粉末，粉末通过氢气还原处理降低氧含量；使用钨钽预合金粉末代替钨粉并使用三维混料机加入低熔点的镍，铁和铜粉，通过冷等静压成型；所设计的新的合金体系，成功将合金的烧结温度降低至1400℃以下；同时改进烧结工艺，采用三步烧结法，获得纳米级NiTa相强化的高性能超细晶钨钽镍铁铜合金，烧结态钨钽镍铁铜合金可以获得1100MPa以上的强度，可以有效解决钨重合金强度低等问题，拓宽钨合金的应用。

技术领域

本发明属于钨合金制备领域，具体涉及一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金及其制备方法应用。

背景技术

钨合金是一种由钨颗粒和基体相组成的两相合金，钨颗粒使合金拥有较高的强度，由Ni，Fe，Cu，Co等元素组成的基体相为合金提供韧性支持。高强度、高韧性以及高密度等优点使钨合金广泛应用于先进武器和国防领域。例如大口径动能穿甲弹弹芯、聚能弹的药形罩以及舰艇、坦克等兵器的陀螺外缘转子体等。这对钨合金的强度和韧性都提出了更高的要求。常规液相烧结得到的W-Ni-Fe 合金虽然韧性较高(延伸率～30％)，但由于基体相的强度和模量较低，抗拉强度较低(～900MPa)，常规的固溶强化、变形强化方式虽然可以使强度大幅提升，但会造成界面失配，使韧性大幅下降。这限制了钨合金的进一步应用。

钽不仅具有高熔点(2996℃)、高密度(16.6g/cm³)、高延展性的特点，同时和钨同属体心立方(BCC)结构，可以和钨实现无限固溶。已有的研究发现，钨钽固溶体中形成的有序相可以提高改变钨的对称核结构，增加位错的可动性，提高钨颗粒的塑性。钽的添加不仅可以降低钨在基体相中的溶解度，阻碍钨颗粒溶解析出过程，使钨颗粒细化，起到细晶强化作用，同时还可以和基体相中的镍反应生成NiTa金属间化合物，极大的提高基体相的强度。但NiTa金属间化合物的种类和尺寸对高温极其敏感，1400℃以上时会生成粗大的NiTa相，反而增加了合金脆性断裂的倾向。

发明内容

针对现有技术中，所制备的烧结态钨合金强度低，晶粒粗大等问题，本发明的第一个目的在于提供一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供上述制备方法所制备的高强度超细晶钨钽镍铁铜合金。

本发明的第三个目的在于提供上述制备方法所制备的高强度超细晶钨钽镍铁铜合金的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金的制备方法，将钨钽预合金粉末、镍粉，铁粉、铜粉混合获得混合粉，将混合粉压制成型获得压坯、在真空环境下烧结，即得钨钽镍铁铜合金；

所述混合粉中，按质量比计，钨钽预合金粉末：镍粉：铁粉：铜粉＝90：3.5-6.3：1.5-2.7：1-5；

所述烧结的温度≦1400℃。

本发明的制备方法，通过将钨钽预合金粉末代替钨粉与低熔点组元镍，铁和铜粉混合均匀获得混合粉，发明人发现，铜和钽的溶解度极低，且不会生成新的金属间化合物；铜和钨的溶解度也非常有限，可以进一步降低钨在基体相中的溶解度，细化钨颗粒，另外通过控制镍、铁、铜的加入量，在本发明的成份下可以使合金在1400℃下即能够烧结致密，同时在各成份的配比下，最终获得高强度超细晶的钨钽镍铁铜合金。

优选的方案，所述钨钽预合金粉末中，钨与钽的质量比为85-95：5-15。

发明人发现，通过控制钨粉：钽粉的质量比在上述范围内，才能够实现钨钽粉末的充分预合金化；添加过多的钽粉则不能和钨粉完全实现预合金化，在烧结过程中，钽的氧化会生成五氧化二钽颗粒，造成合金脆性断裂；添加过少的钽粉则不能在基体相中生成一定数量的NiTa相，对合金的强化效果不明显。

进一步的优选，所述钨钽预合金粉末中，钽的质量分数为5-10％，优选为 5-8％，更优选为5％。