專利名稱：一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于難熔金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著放射性醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，各種放射性射線被廣泛應(yīng)用，射線對(duì)人體傷害及環(huán)境破壞也逐步被人們認(rèn)識(shí)，為了避免輻射的危害，應(yīng)充分重視對(duì)輻射的防護(hù)。鉛，密度為11. 35g/cm3，是最早應(yīng)用于輻射防護(hù)的材料，鉛對(duì)X射線和Y射線均具有很好的屏蔽效果，具有易加工、價(jià)格低等特點(diǎn)。但由于鉛無法降解，一旦排入環(huán)境很長時(shí)間仍然保持其可用性，在環(huán)境中的長期持久存在，又對(duì)許多生命組織有較強(qiáng)的潛在性毒性，在最嚴(yán)重的情況下，可能人事不醒，直至死亡。所以鉛一直被列為強(qiáng)污染物范圍，在很多國家和地區(qū)已經(jīng)開始限制使用。因此，需要一種可以替代鉛的新型屏蔽材料。 在很多屏蔽方面采用傳統(tǒng)的鎢合金材料做為屏蔽材料，但常規(guī)鎢合金的密度范圍在16. 5 18. 5 g/cm3之間，但該材料密度太高，無法滿足要求密度低的醫(yī)療屏蔽方面，只能部分替代鉛作為屏蔽材料。目前國內(nèi)外有關(guān)替代鉛的材料只有采用高分子聚合物中添加金屬物質(zhì)制備的復(fù)合材料報(bào)道，但均未給出該材料的詳細(xì)密度范圍和材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而且常規(guī)環(huán)境中高分子聚合物壽命一般為Γ8年，如射線長期照射使用壽命會(huì)大幅降低，給使用造成諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法，解決了采用鉛做屏蔽材料，使用過程及報(bào)廢處理時(shí)對(duì)環(huán)境造成污染的問題。該材料制備工藝簡單、適宜批量生產(chǎn)，且對(duì)環(huán)境無污染，為獲得與鉛密度相似的鎢基合金，在原料配比時(shí)首先引入鑰替代部分鎢來降低合金的密度，另外通過提高Ni、Cu的含量來降低密度；但合金中W、Mo含量降低，會(huì)導(dǎo)致合金的強(qiáng)度降低，發(fā)明中通過添加部分Ti和Al提高合金的強(qiáng)度，因?yàn)門i和Al可以與Ni形成Ni3Ti和Ni3Al沉淀相，沉淀相對(duì)合金具有很好的強(qiáng)化作用，從而合金的整體強(qiáng)度得到提高。通過調(diào)整材料成分配比，制備出密度在7 12g/cm3之間代替鉛的鎢基合金，抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于15%。本發(fā)明的代替鉛的鎢基合金的成分重量百分含量為鎢8 50%、鑰2(Γ40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %，其余為不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的代替鉛的鎢基合金的制備方法包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結(jié)、形變強(qiáng)化處理四個(gè)步驟，具體工藝及在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為(I)原料配制將鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %作為原料粉，在混料器中混合8 20小時(shí)，混合均勻制成混合粉備用；原料中W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3· 5 6· O μ m，Ti 粉、Al 粉粒度為 3. 5 6. O μ m。(2)冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，等靜壓壓力為150 220MPa，保壓時(shí)間為12 25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度55 65%的預(yù)制還；(3)燒結(jié)將壓預(yù)制坯在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900 1300°C，保溫時(shí)間為I 3小時(shí)，得到燒結(jié)坯料；(4)形變強(qiáng)化處理燒結(jié)坯料在800 900°C保溫O. 5 I小時(shí)，使其變形量達(dá)到30 70%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。冷等靜壓成形、形變強(qiáng)化處理均采用氫氣氣氛保護(hù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
I、原料采用常規(guī)W、Mo、Ni、Cu、Ti、Al粉末生產(chǎn)，易于購買；2、制備工藝為粉末冶金工藝，簡單易于操作；3、成分中無對(duì)環(huán)境有害元素，不會(huì)造成環(huán)境造成污染?？梢蕴娲U作為屏蔽材料，合金密度與鉛相近，制備工藝簡單，適合批量化生產(chǎn)。


圖I為代替鉛的鎢基合金金相組織圖。圖2為代替鉛的鎢基合金斷口掃描圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例II、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :28wt%、Mo: 20wt%、Ni :28wt%、Cu: 22wt%、Ti:lwt%、Al :lwt%，其余為雜質(zhì)；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合8小時(shí)，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，等靜壓壓力為150MPa，保壓時(shí)間為12分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度55%的預(yù)制坯；4、燒結(jié)將壓制成形的坯料在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C，保溫時(shí)間為I小時(shí)，得到燒結(jié)坯料；5、形變強(qiáng)化處理溫度為800°C，保溫時(shí)間為I小時(shí)，變形量達(dá)到30%，得到最終的
代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為10. 6g/cm3，抗拉強(qiáng)度為620MPa，延伸率為18%。實(shí)施例2I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :8wt%、Mo :40wt%、Ni 30wt%> Cu: 19wt%> Ti : lwt%> Al :2wt%,其余為雜質(zhì)；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合10小時(shí)，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，等靜壓壓力為220MPa，保壓時(shí)間為18分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度65%的預(yù)制坯；4、燒結(jié)將壓制 成形的坯料在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000°C，保溫時(shí)間為I. 5小時(shí)，得到燒結(jié)坯料；5、形變強(qiáng)化處理溫度為900°C，保溫時(shí)間為O. 5小時(shí)，變形量達(dá)到40%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為9. 5g/cm3，抗拉強(qiáng)度為700MPa，延伸率為20%。實(shí)施例3I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :50wt%、Mo :20wt%、Ni 10wt%> Cu: 13wt%> Ti :4wt%> Al :3wt%,其余為雜質(zhì)；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合15小時(shí)，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，等靜壓壓力為180MPa，保壓時(shí)間為20分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度60%的預(yù)制坯；4、燒結(jié)將壓制成形的坯料在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1200°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)，得到燒結(jié)坯料；5、形變強(qiáng)化處理溫度為850°C，保溫時(shí)間為O. 5小時(shí)，變形量達(dá)到70%，得到最終
的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為11. 8g/cm3，抗拉強(qiáng)度為735MPa，延伸率為22%。實(shí)施例4I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :35wt%、Mo :35wt%、Ni 15wt%> Cu: 5wt%> Ti : 5wt%、Al :5wt%,其余為雜質(zhì);2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合20小時(shí)，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，靜壓壓力為165MPa，保壓時(shí)間為25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度58%的預(yù)制坯；4、燒結(jié)將壓制成形的坯料在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1300°C，保溫時(shí)間為3小時(shí)，得到燒結(jié)坯料；5、形變強(qiáng)化處理溫度為820°C，保溫時(shí)間為I小時(shí)，變形量達(dá)到55%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為10. 3g/cm3，抗拉強(qiáng)度為800MPa，延伸率為15%。
權(quán)利要求
1.一種代替鉛的鎢基合金，其特征在于，該合金的成分重量百分含量為鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %，其余為不可避免的雜質(zhì)。
2.—種權(quán)利要求I所述代替鉛的鎢基合金的制備方法，包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結(jié)、形變強(qiáng)化處理；其特征在于，在工藝中控制的技術(shù)參數(shù)為 (1)原料配制將鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5%、鋁I 5 %作為原料粉，在混料器中混合8 20小時(shí)，混合均勻制成混合粉備用； (2)冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內(nèi)，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成形，等靜壓壓力為150 220MPa，保壓時(shí)間為12 25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對(duì)密度55 65%的預(yù)制坯； (3)燒結(jié)將壓預(yù)制坯在氫氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900 1300°C，保溫時(shí)間為I 3小時(shí)，得到燒結(jié)坯料； (4)形變強(qiáng)化處理燒結(jié)坯料在800 900°C保溫O.5 I小時(shí)，使其變形量達(dá)到30 70%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，原料中W粉、Mo粉粒度為2.O 3.O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6.O μ m0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，冷等靜壓成形、形變強(qiáng)化處理均采用氫氣氣氛保護(hù)。
全文摘要
一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法，屬于難熔金屬材料領(lǐng)域。該合金的成分重量百分含量為鎢8～50%、鉬20～40%、鎳10～30%、銅5～22%、鈦1～5 %、鋁1～5 %，其余為不可避免的雜質(zhì)。制備方法包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結(jié)、形變強(qiáng)化處理。優(yōu)點(diǎn)在于，制備的代替鉛的鎢基合金的密度為7～12g/cm3，抗拉強(qiáng)度大于600MPa，延伸率大于15%；該合金材料與現(xiàn)有廣泛使用的屏蔽材料鉛相比，成分中無環(huán)境污染元素，合金密度與鉛相近，制備工藝簡單，適合批量化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22C30/02GK102796930SQ20121030711
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月25日
發(fā)明者劉桂榮, 王玲, 裴燕斌, 劉國輝, 熊寧, 王鐵軍, 周武平, 呂周晉, 許帥 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司