一种钨基高比重合金材料的制备方法与流程

本发明涉及一种高比重合金材料的制备方法，特别涉及一种钨基高比重合金材料的制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

钨基高比重合金具有密度大、强度和硬度高、导电性好、热膨胀系数低、抗腐蚀和抗氧化性高等优异的性能，可用作穿甲弹弹芯、屏蔽材料和触点材料，广泛用于军事、机械、航空等领域。钨基高比重合金是由ni、fe等强韧性好的金属将硬而脆的钨颗粒粘结而成的。随着服役工况越来越恶劣，传统的co粘结钨基高比重合金越来越难以满足需求，新型粘结相越来越多的被采用。

目前，钨基高比重合金行业多采用粘结相的复杂多元合金化来提高合金性能。cn101880808a公开了一种纳米氧化物弥散增强超细晶钨基复合材料的制备方法，以微米级钨粉、纳米氧化钇粉或金属钇粉、金属钛粉或钼粉或钽粉为原料，经配料、机械合金化和放电等离子体烧结等步骤制备出超细晶粒钨复合材料。cn107900365a公开了一种注射成型wnife材料及其制备方法，首先将fe和ni熔炼得feni合金液；将feni合金液雾化后喷粉，得到feni预合金粉末；将feni预合金粉末与w粉混合后，加入粘接剂溶液混炼造粒，得到wnife材料；将wnife材料注射成型后采用氮气进行真空无碳脱脂后烧结。

通过对钨基高比重合金的粘结相成分及制备方法的优化，合金性能得到改善。但是，目前通过熔炼合金化再喷雾制备粘结相粉末工艺比较复杂。而添加多元粉末形成粘结相虽然能起强化的效果，但是烧结过程中w会固溶到粘结相中，改变界面和粘结相的强化状态，引起硬质相晶粒长大和w相的相对含量下降，不利于高性能高比重合金制备。因此，研究新的钨基高比重合金制备方法对于解决上述问题十分必要。

技术实现要素：

本发明针对目前制备钨基高比重合金时，对粘结相进行的多元复杂合金化或者预合金化处理存在的粘结相成分难以保持，w在粘结相中固溶导致晶粒长大和硬质相相对含量下降的问题，提出了基于高熵合金粘结的钨基高比重合金材料制备方法。本发明先采用间歇式搅拌球磨制备出conicucrfe五元非晶态粘结相粉末；然后将非晶态的粘结相粉末与w粉混合；最后将混合粉末装入模具进行sps烧结，通过快速升温、短时保温的工艺使五元非晶态粘结相实现晶化，最终制备出粘结相为面心立方结构的高熵合金的钨基高比重合金。

本发明的钨基高比重合金材料的制备方法，其特征在于依次包含以下步骤：

（1）五元非晶态粘结相粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比co:ni:cu:cr:fe=1:1:1:1:(0.5~1.5)；将所称取的原料粉末进行搅拌球磨，球磨转速500~600r/min，球磨过程中充入1kpa氩气进行保护，球磨时间4~5h，球磨1h间歇10~15min，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备成五元非晶态粘结相粉末；

（2）w-五元非晶态粘结相粉末的混合料制备：按重量百分比称w粉和五元非晶态粘结相粉末，w占90~95%，五元非晶态粘结相粉末占5~10%；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨时间24~72h，球磨结束后经过过滤、干燥、过筛，制备成w-五元非晶态粘结相粉末的混合料；

（3）钨基高比重合金制备：将w-五元非晶态粘结相粉末的混合料放入模具中进行sps烧结，升温速度为100~150℃/min，加热到1300~1400℃，烧结压力为30~50mpa，保温5~7min，冷却出炉后制备出钨基高比重合金；烧结过程中的钨基高比重合金的粘结相从非晶态转变为晶态，w向粘结相中的扩散得到抑制，粘结相为单相面心立方结构高熵合金。

本发明的钨基高比重合金材料的制备方法，其进一步的特征在于：

（1）五元非晶态粘结相粉末制备时，球磨介质为无水乙醇，其加量为粘结相粉末总重的15~20%，球磨的球料比为5:1,采用直径为4mm的wc-co磨球，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90~105℃下进行干燥，并经过100目过筛；

（2）w-五元非晶态粘结相粉末的混合料制备时，球磨转速56r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为10mm的wc-co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粉末总重的20~25%，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90~105℃下进行干燥，并经过60目过筛；

（3）钨基高比重合金制备时，起始真空度为2~5pa，保温结束后随炉冷却。

本发明的优点在于：（1）传统的钨基高比重合金烧结过程中w在粘结相中溶解，尽管粘结相得到进一步固溶强化，但w硬质相的含量相对减少以及w晶粒的长大对钨基高比重合金的硬度、耐磨性等产生不利影响。本发明利用高熵合金的迟滞元素扩散效应，抑制w的溶解，确保w相相对含量不变。（2）高熵合金粘结相本身具有高强度高硬度等优异的性能，比传统的多元复合粘结相性能更优异。（3）通过烧结过程中的快速升温+短时保温工艺，在实现致密化的同时，五元非晶态粘结相转变为面心立方晶体相；粘结相由非晶向晶体转变而导致而w相来不及向粘结相中溶解和扩散，w硬质相的相对含量保持稳定，粘结相的成分和高熵合金状态得以保持。（4）制备五元非晶态粘结相粉末时，采用间歇球磨控制并间歇周期，使球磨筒内保持一定温度确保非晶化形成，同时避免温度过高而出现晶化现象。

附图说明

图1本发明的钨基高比重合金材料的制备方法示意图

具体实施方式

实例1：按以下步骤制备钨基高比重合金材料：

（1）五元非晶态粘结相粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比co:ni:cu:cr:fe=1:1:1:1:0.5；将所称取的原料粉末进行搅拌球磨，球磨转速600r/min，球磨的球料比为5:1,采用直径为4mm的wc-co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粘结相粉末总重的18%，球磨过程中充入1kpa氩气进行保护，球磨时间4h，球磨1h间歇12min，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在92℃下进行干燥，并经过100目过筛，制备成五元非晶态粘结相粉末；

（2）w-五元非晶态粘结相粉末的混合料制备：按重量百分比称取w粉和五元非晶态粘结相粉末，w粉占94%，五元非晶态粘结相粉末占6%；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速56r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为10mm的wc-co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粉末总重的25%，球磨时间28h，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在90℃下进行干燥，并经过60目过筛，制备成w-五元非晶态粘结相粉末的混合料；

（3）钨基高比重合金制备：将w-五元非晶态粘结相粉末的混合料放入模具中进行sps烧结，起始真空度为3pa，升温速度为100℃/min，加热到1330℃，烧结压力为40mpa，保温5min后随炉冷却制备出钨基高比重合金；烧结过程中的钨基高比重合金的粘结相从非晶态转变为晶态，w向粘结相中的扩散得到抑制，粘结相为单相面心立方结构高熵合金。

实例2：按以下步骤制备钨基高比重合金材料：

（1）五元非晶态粘结相粉末制备：称取各种原料粉末，按原子百分比co:ni:cu:cr:fe=1:1:1:1:1.5；将所称取的原料粉末进行搅拌球磨，球磨转速550r/min，球磨的球料比为5:1,采用直径为4mm的wc-co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粘结相粉末总重的19%，球磨过程中充入1kpa氩气进行保护，球磨时间5h，球磨1h间歇15min，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在99℃下进行干燥，并经过100目过筛，制备成五元非晶态粘结相粉末；

（2）w-五元非晶态粘结相粉末的混合料制备：按重量百分比称取w粉和五元非晶态粘结相粉末，w粉占92%，五元非晶态粘结相粉末占8%；将所称取的混合粉末进行滚筒式球磨混合，球磨转速56r/min，球磨的球料比为4:1,采用直径为10mm的wc-co磨球，球磨介质为无水乙醇，其加量为粉末总重的23%，球磨时间72h，球磨结束后采用400目筛网过滤，并在97℃下进行干燥，并经过60目过筛，制备成w-五元非晶态粘结相粉末的混合料；

（3）钨基高比重合金制备：将w-五元非晶态粘结相粉末的混合料放入模具中进行sps烧结，起始真空度为4pa，升温速度为140℃/min，加热到1380℃，烧结压力为50mpa，保温6min后随炉冷却制备出钨基高比重合金；烧结过程中的钨基高比重合金的粘结相从非晶态转变为晶态，w向粘结相中的扩散得到抑制，粘结相为单相面心立方结构高熵合金。