基于钨-钾合金的多元合金及其制备方法
【专利摘要】本发明属于金属材料领域，涉及基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，该方法的工艺步骤如下：(1)在氧含量低于0.1ppm、水含量低于0.1ppm的氩气氛围中称量钨-钾合金粉末、金属X粉末和磨球并加入球磨罐中，对球磨罐抽真空，然后向球磨罐中充氢气与氩气的混合气体，球磨20～60h；所述金属X为Ti、Y的至少一种；(2)将步骤(1)所得混合粉体装入模具中，然后将装入混合粉体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在40～100MPa、1600～1900℃烧结1～6min，然后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得。上述方法制备的多元合金具有优异的抗辐照性能和抗热冲击性能。
【专利说明】基于铭—钾合金的多元合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，涉及基于钨-钾合金的多元合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]核聚变能被公认为可有效解决人类社会未来能源问题与环境问题的重要途径，目前核聚变能的开发已从基础研究阶段步入工程可行性阶段，按照预定规划，到2050年或稍后要实现聚变堆的商业化应用，聚变堆材料是核聚变能否成功商业化应用的关键因素之一。聚变堆中的面向等离子体材料(PFM)作为直接面对高温等离子体的护甲材料，由于其工作环境极端苛刻，是当前聚变堆材料研究中面临的首要难题。在已有的PFM材料中，钨-钾(以下描述中称为W-K)合金由于性能优异而受到了强烈关注。W-K合金具有极佳的抗热冲击性能，同时其再结晶温度(RCT)可达2000°C，较纯钨(W)的RCT值提高了近乎一倍，而韧脆转变温度(DBTT)却仍可低至150~200°C，克服了其它弥散强化相W基材料在提高RCT的同时会导致DBTT迅速攀升的缺点。尽管W-K合金的多项性都能优于其他W基材料，但其性能仍然不能完全满足聚变示范堆的服役要求，比如W-K合金的抗辐照性能并不优异，抗热冲击性能还有待提高等。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于钨-钾合金的多元合金及其制备方法，该多元合金具有优异的抗辐照性能和抗热冲击性能。
[0004]本发明所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，工艺步骤如下:
[0005](I)在氧含量低于0.lppm、水含量低于0.1ppm的気气氛围中称量鹤-钾合金粉末、金属X粉末和磨球并加入球磨罐中，对球磨罐抽真空至罐中的压强为(2~3) X 10?,然后向球磨罐中充氢气与氩气的混合气体，当罐中的压强为(6~7) X 14Pa时进行球磨形成混合粉体，球磨时间为20~60h ；
[0006]所述金属X粉末的量为鹤-钾合金粉末和金属X粉末总质量的0.1 %~1.0% ,金属X为T1、Y中的至少一种，所述钨-钾合金粉末中K的含量为0.002wt%~ 0.01wt% ；
[0007](2)将步骤(1)所得混合粉体装入模具中，然后将装入混合粉体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在40~100MPa、1600~1900°C烧结I~6min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得到基于钨-钾合金的多元合金。
[0008]上述方法中，所述钨-钾合金粉末的粒径< 10 μ m，纯度高于99.9% ;所述金属X粉末的粒径< 100 μ m，纯度高于99.9%。
[0009]上述方法中，所述氢气与氩气的混合气体中，氢气含量为3vol%~1vol %，氩气的含量为90vol %~97vol %。
[0010]上述方法的步骤(1)中，磨球的质量与钨-钾合金粉末和金属X粉末总质量之比为(2 ~10):1。
[0011]上述方法的步骤(1)中，以150~400rpm的转速进行球磨。
[0012]上述方法的步骤(1)中，球磨罐的装填系数为0.2~0.4，即球磨罐中磨球、钨-钾合金粉末与金属X粉末的总体积为球磨罐总体积的20~40%。球磨时可采用两种或者两种以上粒径的磨球进行球磨，以提高球磨效率。
[0013]上述方法的步骤(2)中，放电等离子体烧结炉的升温速率为100~300°C /min。
[0014]本发明还提供了一种上述方法制备得到的基于钨-钾合金的多元合金。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0016]1.本发明提供了一种新的基于钨-钾合金的多元合金，该多元合金在W-K合金的基础上，添加金属T1、Y中的至少一种制备而成，该多元合金兼具K泡、Y的氧化物形成的弥散强化相或/和W与Ti形成的固溶强化相的多重强化效果，与现有W-K合金相比，该多元合金晶粒更加细化，具有更高的硬度(见实施例1~4)，并且具有更优异的抗辐照性能和抗热冲击性能(见实施例1、2)。
[0017]2.由于K在本发明所述多元合金中形成了 K泡，K泡均匀分布在晶粒的晶界和晶粒内部，晶界处的K泡形成弥散强化相，产生“钉扎”效应，具有阻止晶粒在高温条件下长大的作用，该多元合金的晶粒尺寸仅为1.3~7.4 μ m，小的晶粒尺寸能够提高多元合金的力学性能和抗辐照性能，K泡的存在能够提高再结晶温度和多元合金的高温强度以及抗热冲击性能的作用；晶粒内部的K泡使得该多元合金具有类似“蜂窝”的结构，该种结构能够降低韧脆转变温度，改善该多元合金的低温脆性，提高其可加工性。
[0018]3.由于本发明所述多元合金是在W-K合金的基础上添加T1、Y中的至少一种制备而成，Y的添加使得该多元合金在K泡的基础上，在晶界处还形成了高熔点、高硬度且难以移动的Y的氧化物，Y的氧化物在晶粒间呈弥散分布，能够进一步阻止钨的晶粒长大，使得烧结后多元合金的晶粒得到细化，从而提高合金的强度和硬度，以及抗辐照性能；由于Ti与W固溶，Ti的添加使得该多元合金在K泡的基础上，又形成了固溶强化相，这能够降低吉布斯自由能，进一步细化晶粒，从而进一步提高了多元合金的强度、硬度以及抗辐照性能。
[0019]4.本发明还提供了一种制备基于W-K合金的多元合金的新方法，该方法采用了球磨这一技术手段，由于球磨可以提高合金粉末的表面能，从而降低多元合金的烧结温度，该方法在1600~1900°C即可烧结得到致密度与现有W-K合金相当的多元合金，烧结温度的降低，一方面具有节能降耗的优势，另一方面，在较低的烧结温度下能够得到晶粒细小的多元合金，从而提高多元合金的力学性能、热学性能和抗辐照性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是实施例1~4制备的多元合金、纯钨以及W-K合金的抛光侵蚀后的金相图像；
[0021]图2是实施例1~2制备的多元合金、纯钨以及W-K合金在热冲击实验后的金相图像；
[0022]图3是实施例1制备的多元合金、纯钨以及W-K合金在质子辐照后的扫描电镜图像。
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体实施例对本发明所述基于W-K合金的多元合金及其制备方法作进一步说明，但并不意味着对本发明保护内容的任何限定。
[0024]下述各实施例中，所述W-K合金粉末购自自贡硬质合金有限责任公司成都分公司，其粒径< 10 μ m，其纯度高于99.9% ;Ti粉和Y粉购自阿拉丁试剂(上海)有限公司，二者的粒径均< 100 μ m，纯度均高于99.9% ;所述纯钨和W-K合金均购自厦门虹鹭钨钥工业有限公司。
[0025]实施例1
[0026](l)ff-K-0.1wt% Ti合金粉体的高能球磨
[0027]本实施例中，以W-K合金粉末和Ti粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为为0.007wt%。
[0028]将W-K合金粉末和Ti粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末159.840g,Ti粉0.160g，然后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末和Ti粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与W-K合金粉末和Ti粉的总质量之比为5:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm,工作气体为纯度高于99.99%的氩气。
[0029]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为3X10_3Pa，然后充入氢气含量为7vol.%、 ！!气含量为93vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为7 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以250rpm的转速,球磨40h,实现粉体的混合与合金化。
[0030](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0031]称取步骤(1)所得混合粉体7g，装入直径15_的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为80MPa、升温速率为100°C /min,升温至1750°C后在该温度和80MPa保持3min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K-0.1wt % Ti多元合金块体。
[0032](3)性能测试
[0033]①密度测量
[0034]采用阿基米德排水法测量步骤(2)所得W-K-0.1wt% Ti合金的密度。结果显示，样品密度为18.89g/cm3，致密度为98.1%。采用现有方法制备纯钨和W-K合金，若要达到同等的致密度，烧结温度必须在2300°C以上，说明本发明所述方法可明显降低合金的烧结温度。
[0035]②金相观察
[0036]将步骤⑵所得W-K-0.1wt % Ti合金样品抛光侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织，发现其晶粒尺寸为7.4 μ m，而相同致密度条件下，纯钨的晶粒尺寸为163.4 μ m, W-K合金的晶粒尺寸为8.1 μ m，W-K-0.1wt% Ti合金、纯钨以及W-K合金抛光侵蚀后的金相图像如图1所示，本实施例制备的W-K-0.lwt% Ti合金的晶粒尺寸更小,这对于提高多元合金材料的力学性能以及抗辐照性能非常关键。
[0037]③硬度测量
[0038]利用HV-1000D硬度计对步骤⑵所得W-K_0.1wt % Ti合金样品进行显微硬度测量，实验参数为:加载力为1.96N，保持时间为10s。结果表明W-K-0.1wt% Ti合金的显微硬度为425.158，而纯钨的显微硬度为360.378，W-K合金的显微硬度为387.033，由此可见本发明所述多元合金的显微硬度较纯钨和W-K合金有明显提高。
[0039]④热冲击测试
[0040]采用电子束测试装置EMS-60对步骤(2)所得W-K-0.1wt % Ti合金样品进行热冲击测试，实验参数为:加速电压120kV，电子束电流40mA，辐照区域4X4mm2，热流密度300MW/m2。采用相同实验条件对纯钨和W-K合金进行热冲击测试。采用金相显微镜观察热冲击实验之后的样品，结果如图2所示，由图2可知，在相同实验条件下，纯钨和W-K合金出现了裂纹，材料失效，而W-K-0.1wt% Ti合金表面未出现裂纹，仅有轻微的塑性形变，该合金经受住了高热流密度的考验。
[0041]⑤质子辐照
[0042]采用2.5MeV直线质子加速器对步骤⑵所得W-K_0.1wt % Ti合金样品进行质子辐照，辐照参数:能量为1.95MeV，辐照时间为2h，注量为3X 1017H+/Cm2。采用相同实验条件对纯钨和W-K合金进行质子辐照。对质子辐照后的样品进行扫描电镜测试，结果如图3所示，纯钨在质子辐照后出现严重的辐照损伤，辐照前光滑的表面变得非常粗糙;W-K合金同样出现了明显的辐照损伤，辐照前光滑的表面变得比较粗糙，但略好于纯钨；W-K-0.1wt%Ti合金在质子辐照后，其表面仍然保持光滑，只有微小区域存在轻微的辐照损伤，说明本发明所述多元合金的抗质子辐照性能得到了明显的提高。
[0043]实施例2
[0044](l)ff-K-0.1wt % Y合金粉体的高能球磨
[0045]本实施例中，以W-K合金粉末和Y粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为0.007wt%。
[0046]将W-K合金粉末和Y粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末159.840g, Y粉0.160g,随后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末和Y粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与W-K合金粉末和Y粉的总质量之比为5:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm，工作气体为纯度高于99.99%的氩气。
[0047]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为3Xl(T3Pa，然后充入氢气含量为7vol.%、！!气含量为93vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为7 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以250rpm的转速,球磨40h。
[0048](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0049]称取步骤⑴所得混合粉体7g，装入直径15mm的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为80MPa、升温速率为100°C /min,升温至1750°C后在该温度和80MPa保持3min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K-0.1wt % Y多元合金块体。
[0050](3)性能测试
[0051]①密度测量
[0052]采用阿基米德排水法测量步骤⑵所得W-K-0.lwt% Y合金的密度。结果显示，样品密度为18.96g/cm3，致密度为98.4%。采用现有方法制备纯钨和W-K合金，若要达到同等的致密度，烧结温度必须在2300°C以上，说明本发明所述方法可明显降低合金的烧结温度。
[0053]②金相观察
[0054]将步骤(2)所得W-K-0.1wt % Y合金样品抛光侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织，发现其晶粒尺寸为2.7 μ m，而相同致密度条件下，纯钨的晶粒尺寸为163.4 μ m，W-K合金的晶粒尺寸为8.1 μ m, ff-K-0.1wt % Y合金、纯钨以及W-K合金抛光侵蚀后的金相图像如图1所示，本实施例制备的W-K-0.1wt% Y合金的晶粒尺寸更小,这对于提高多元合金材料的力学性能以及抗辐照性能非常关键。
[0055]③硬度测量
[0056]利用HV-1000D硬度计对步骤(2)所得W-K-0.1wt % Y合金样品进行显微硬度测量，实验参数为:加载力为1.96N，保持时间为10s。结果表明W-K-0.lwt% Y合金的显微硬度为434.708，而纯钨的显微硬度为360.378，W-K合金的显微硬度为387.033，由此可见本发明所述多元合金的显微硬度较纯钨和W-K合金有明显提高。
[0057]④热冲击测试
[0058]采用电子束测试装置EMS-60对步骤(2)所得W-K-0.1wt % Y合金样品进行热冲击测试，实验参数为:加速电压120kV，电子束电流40mA，辐照区域4X4mm2，热流密度300MW/m2。采用相同实验条件对纯钨和W-K合金进行热冲击测试。采用金相显微镜观察热冲击实验之后的样品，结果如图2所示，由图2可知，在相同实验条件下，纯钨和W-K合金出现了裂纹，材料失效，而W-K-0.lwt% Y合金表面未出现裂纹，仅有轻微的塑性形变，该合金经受住了高热流密度的考验。
[0059]实施例3
[0060](I) W-K-1wt % Y合金粉体的高能球磨
[0061]本实施例中，以W-K合金粉末和Y粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为0.007wt%。
[0062]将W-K合金粉末和Y粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末158.410g，Y粉1.598g，随后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末和Y粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与W-K合金粉末和Y粉的总质量之比为5:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm，工作气体为纯度高于99.99%的氩气。
[0063]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为3Xl(T3Pa，然后充入氢气含量为7vol.%、！!气含量为93vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为7 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以250rpm的转速,球磨40h。
[0064](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0065]称取步骤(1)所得混合粉体7g，装入直径15_的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为80MPa、升温速率为100°C /min,升温至1750°C后在该温度和80MPa保持3min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K-1wt % Y多元合金块体。
[0066](3)性能测试
[0067]①密度测量
[0068]采用阿基米德排水法测量步骤⑵所得W-K-lwt% Y合金的密度。结果显示，样品密度为18.648/cm3，致密度为97.52%。采用现有方法制备纯钨和W-K合金，若要达到同等的致密度，烧结温度必须在2300°C以上，说明本发明所述方法可明显降低合金的烧结温度。
[0069]②金相观察
[0070]将步骤⑵所得W-K-lwt% Y合金样品抛光侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织，发现其晶粒尺寸为1.3 μ m，而相同致密度条件下，纯钨的晶粒尺寸为163.4 μ m，W-K合金的晶粒尺寸为8.1 μ m, W-K-1wt % Y合金、纯钨以及W-K合金抛光侵蚀后的金相图像如图1所示，本实施例制备的W-K-lwt% Y合金的晶粒尺寸更小,这对于提高多元合金材料的力学性能以及抗辐照性能非常关键。
[0071]③硬度测量
[0072]利用HV-1000D硬度计对步骤⑵所得W-K-1wt % Y合金样品进行显微硬度测量，实验参数为:加载力为1.96N，保持时间为10s。结果表明W-K-1wt % Y合金的显微硬度为454.578，而纯钨的显微硬度为360.378，W-K合金的显微硬度为387.033，由此可见本发明所述多元合金的显微硬度较纯钨和W-K合金有明显提高。
[0073]实施例4
[0074](l)W-K-0.1wt% T1-0.1wt% Y 合金粉体的高能球磨
[0075]本实施例中，以W-K合金粉末、Ti粉和Y粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为0.007wt%。
[0076]将W-K合金粉末、Ti粉和Y粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末159.680g, Ti粉0.160g, Y粉0.160g,随后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末、Ti粉和Y粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与w-κ合金粉末、Ti粉以及Y粉三者的总质量之比为5:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm,工作气体为纯度高于99.99%的気气。
[0077]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为3X10_3Pa，然后充入氢气含量为7vol.%、！!气含量为93vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为7 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以250rpm的转速,球磨40h。
[0078](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0079]称取步骤⑴所得混合粉体7g，装入直径15mm的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为80MPa、升温速率为100°C /min,升温至1750°C后在该温度和80MPa保持3min，继后随后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K-0.1wt% T1-0.1wt% Y多元合金块体。
[0080](3)性能测试
[0081]①密度测量
[0082]采用阿基米德排水法测量步骤⑵所得W-K-0.1wt% T1-0.1wt% Y合金的密度。结果显示，样品密度为19.018g/cm3，致密度为98.74%。采用现有方法制备纯钨和W-K合金，若要达到同等的致密度，烧结温度必须在2300°C以上，说明本发明所述方法可明显降低合金的烧结温度。
[0083]②金相观察
[0084]将步骤⑵所得W-K-0.1wt % T1-0.1wt % Y合金样品抛光侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织，发现其晶粒尺寸为2.9 μ m，而相同致密度条件下，纯钨的晶粒尺寸为163.4 μ m, W-K合金的晶粒尺寸为8.lym, ff-K-0.1wt % T1-0.1wt% Y合金、纯钨以及W-K合金抛光侵蚀后的金相图像如图1所示，本实施例制备的W-K-0.1wt% T1-0.lwt% Y合金的晶粒尺寸更小，这对于提高多元合金材料的力学性能以及抗辐照性能非常关键。
[0085]③硬度测量
[0086]利用HV-1000D硬度计对步骤⑵所得W-K-0.1wt % T1-0.1wt % Y合金样品进行显微硬度测量，实验参数为:加载力为1.96N，保持时间为10s。结果表明W-K-0.1wt %T1-0.1wt % Y合金的显微硬度为446.142，而纯钨的显微硬度为360.378，W-K合金的显微硬度为387.033，由此可见本发明所述多元合金的显微硬度较纯钨和W-K合金有明显提高。
[0087]实施例5
[0088](l)ff-K-0.1wt% Ti合金粉体的高能球磨
[0089]本实施例中，以W-K合金粉末和Ti粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为0.01wt % ο
[0090]将W-K合金粉末和Ti粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末159.840g，Ti粉0.160g,随后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末和Ti粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与W-K合金粉末和Ti粉的总质量之比为2:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm,工作气体为纯度高于99.99%的氩气。
[0091]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为2Xl(T3Pa，然后充入氢气含量为1vol.%、！!气含量为90vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为6 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以150rpm的转速,球磨60h,实现粉体的混合与合金化。
[0092](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0093]称取步骤(1)所得混合粉体7g，装入直径15_的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为lOOMPa、升温速率为100°C /min，升温至1600°C后在该温度和10MPa保持6min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K-0.1wt % Ti多元合金块体。
[0094]实施例6
[0095](l)ff-K-0.5wt% Y合金粉体的高能球磨
[0096]本实施例中，以W-K合金粉末和Y粉为原料，W-K合金粉末中K的含量为0.002wt % ο
[0097]将W-K合金粉末和Y粉在超低氧手套箱中拆封，然后采用精度为0.0Olg的电子天平称量W-K合金粉末159.200g, Y粉0.800g,随后将可抽真空的硬质合金球磨罐放入超低氧手套箱中，将称量好的W-K合金粉末和Y粉加入所述球磨罐中，再在超低氧手套箱中称量硬质合金磨球并加入球磨罐中，磨球的质量与W-K合金粉末和Y粉的总质量之比为10:1，其中，直径为1mm与直径为6mm的磨球质量比为1:2 ;控制球磨罐的装填系数为0.2~0.4 ;超低氧手套箱工作的技术指标为:氧含量低于0.lppm、水含量低于0.lppm，工作气体为纯度高于99.99%的氩气。
[0098]将球磨罐从超低氧手套箱中取出，对球磨罐抽真空至罐中的压强为3X10_3Pa，然后充入氢气含量为3vol.%、！!气含量为97vol.%的氢-1S混合气至球磨罐中的压强为7 X 14Pa,再将球磨罐装入球磨机中，以400rpm的转速,球磨20h,实现粉体的混合与合金化。
[0099](2)放电等离子体烧结(SPS)
[0100]称取步骤(1)所得混合粉体7g，装入直径15_的石墨模具中，然后将装好的石墨模具放入放电等离子体烧结炉中进行烧结，设定SPS烧结炉的烧结压力为40MPa、升温速率为300°C /min,升温至1900°C后在该温度和40MPa保持lmin，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得W-K -0.5wt% Y多元合金块体。
【权利要求】
1.基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于工艺步骤如下: (1)在氧含量低于0.lppm、水含量低于0.1ppm的気气氛围中称量鹤-钾合金粉末、金属X粉末和磨球并加入球磨罐中，对球磨罐抽真空至罐中的压强为(2~3) Xl(T3Pa，然后向球磨罐中充氢气与氩气的混合气体，当罐中的压强为(6~7) X 14Pa时进行球磨形成混合粉体，球磨时间为20~60h ； 所述金属X粉末的量为鹤-钾合金粉末和金属X粉末总质量的0.1 %~1.0%,金属X为T1、Y中的至少一种，所述钨-钾合金粉末中K的含量为0.002wt%~ 0.01wt% ； (2)将步骤(1)所得混合粉体装入模具中，然后将装入混合粉体的模具放入放电等离子体烧结炉中，在40~100MPa、1600~1900°C烧结I~6min，继后随炉冷却至室温，再将压力降至常压，即得到基于钨-钾合金的多元合金。
2.根据权利要求1所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于所述钨-钾合金粉末的粒径≤10 μ m,纯度高于99.9% ;所述金属X粉末的粒径≤100 μ m,纯度闻于99.9 % ο
3.根据权利要求1或2所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于所述氢气与氩气的混合气体中，氢气含量为3V01%~1vol %，氩气的含量为90VOl%~97vol%。
4.根据权利要求1或2所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(I)中磨球的质量与钨-钾合金粉末和金属X粉末总质量之比为(2~10):1。
5.根据权利要求3所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(1)中磨球的质量与钨-钾合金粉末和金属X粉末总质量之比为(2~10):1。
6.根据权利要求1或2所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(I)中以150~400rpm的转速进行球磨。
7.根据权利要求5所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(1)中以150~400rpm的转速进行球磨。
8.根据权利要求1或2所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(I)中球磨罐的装填系数为0.2~0.4。
9.根据权利要求7所述基于钨-钾合金的多元合金的制备方法，其特征在于步骤(1)中球磨罐的装填系数为0.2~0.4。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述方法制备的基于钨-钾合金的多元合金。
【文档编号】C22C27/04GK104164579SQ201410363438
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】唐军, 黄波, 杨吉军, 肖野 申请人:四川大学