專利名稱：一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝中粉末制造領(lǐng)域，涉及一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鎢的密度大(19.3 g/cm3)，強度是難熔金屬中最高的，彈性模量高，膨脹系數(shù)小，蒸氣壓低，具有優(yōu)良的耐蝕性、優(yōu)異的耐熱沖擊和抗中子輻照性能以及熱電子發(fā)生能力強等性能，除大量用于制造硬質(zhì)合金和作合金添加劑外，鎢及其合金還廣泛用于電子、電光源工業(yè)，也在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點、發(fā)熱體和隔熱屏等。在宇航工業(yè)中，鎢及其合金可制作不用冷卻的火箭噴管、離子火箭發(fā)動機的離子環(huán)、噴氣葉片和定位環(huán)、熱燃?xì)夥瓷淦骱腿細(xì)舛?。然而，由于W具有低溫脆性，界面結(jié)合力小、較高的韌脆轉(zhuǎn)變溫度、低的再結(jié)晶溫度以及輻照硬化和脆化等特性，限制了鎢的更廣泛應(yīng)用。氧化物(Th02，La2O3, HfO2, Y2O3)熔點高，高溫穩(wěn)定性好，且它們在鎢基體中的固溶度小，因而常常被用作鎢的彌散強化相。在燒結(jié)過程中，彌散相的釘扎效應(yīng)阻礙了高溫回復(fù)及再結(jié)晶過程，提高了再結(jié)晶溫度，抑制了鎢晶粒的長大，從而提高鎢合金的高溫強度和蠕變性能，改善鎢的低溫延性，降低了鎢的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在細(xì)化晶粒和促進材料致密化上，氧化釔是最佳的氧化物彌散強化相，它能顯著的細(xì)化W晶粒和提高鎢合金的穿甲和自銳化能力。

目前，國內(nèi)外制備彌散強化鎢合金的方法主要為將氧化釔粉末加入鎢粉或氧化鎢粉中，再經(jīng)球磨混合。雖然此法步驟較少，但容易出現(xiàn)氧化釔在鎢中混合不均的情況。且加入的納米級的氧化釔粉末容易團聚，導(dǎo)致出現(xiàn)存在于鎢合金晶粒中的彌散相過大以及在晶界偏聚的問題。所以，發(fā)明一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法，具有重要的意義和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可制備出納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法，以此法可制備出具有高致密度，高硬度的鎢合金材料，具體的提供了一種添加氧化釔納米彌散相制備高密度鎢合金材料的方法。為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為:將硝酸釔(￥(顯3)3*6!120)溶解于酒精中，與仲鎢酸銨(APT) —同球磨混合。將濕粉蒸干后，經(jīng)400-900°C，20-150分鐘煅燒，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉。再經(jīng)600-1000°C，30-150分鐘，氫氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉。摻入0.l%-l%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)或真空燒結(jié)或在氬氣或氮氣加壓的條件下熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400-1800°C，燒結(jié)時間為30-150分鐘，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金，可制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種球形鎢粉的制備方法，具體包括以下步驟:
步驟一、將硝酸釔(Y(NO3)3.6H20)溶解于酒精中，與仲鎢酸銨(APT) —同球磨混合，硝酸釔與仲鎢酸銨的質(zhì)量比為1:1000-1:10，混料工藝為球磨轉(zhuǎn)速為120-180r/min球磨時間為:0.5-12小時；
步驟二、將混合好的濕粉放入真空干燥箱，40-75°C干燥，干燥時間為12-36小時；步驟三、將干燥后的原料粉末放入馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度500-900°C，煅燒使勁為1-3小時，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末。步驟四、將納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末經(jīng)600-1000°C，30-150分鐘，H2氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉。步驟五、在納米氧化釔彌散強化鎢粉中摻入質(zhì)量的0.l°/o-l%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)或真空燒結(jié)或在氬氣或氮氣加壓的條件下熱等靜壓燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1400-1800°C，燒結(jié)時間為30-150分鐘，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。本發(fā)明在原料仲鎢酸銨中加入硝酸釔，釔以離子形式進入鎢中，在煅燒、還原過程中被鎢包覆，在燒結(jié)前已經(jīng)彌散于鎢粉顆粒中，再經(jīng)過壓制燒結(jié)后，氧化釔可以保持納米級別彌散存在于鎢晶粒中。本發(fā)明的有益效果是:所獲得的鎢合金具有高的密度和高的硬度。制品的相應(yīng)性能測試，密度通過排水法測定；采用MH-6顯微硬度計測定顯微硬度；用場發(fā)射電子掃描電鏡觀察鎢合金樣品表面及斷口形貌。


圖1為Y2O3含量為0.5%的燒結(jié)鶴合金材料的表面場發(fā)射電子掃描電鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明:
實施實例1:
制備納米Y203含量為0.05%的燒結(jié)鎢合金該實施過程中，具體制備工藝為:
步驟一、將1.42g硝酸釔溶解于IOOml酒精中，與270g仲鎢酸銨一同球磨混合，硝酸釔與仲鎢酸銨的質(zhì)量比為1:1000，混料工藝為球磨轉(zhuǎn)速為120r/min，球磨時間為:2小時；步驟二、將混合好的濕粉放入真空干燥箱，50°C干燥，干燥20h ；
步驟三、將干燥后的原料粉末放入馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度700°C，煅燒時間為I小時，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末；
步驟四、將納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末經(jīng)900°C，120分鐘，氫氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉；
步驟五、在納米氧化釔彌散強化鎢粉中摻入0.5%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。對所得的納米氧化釔彌散強化鎢合金材料進行密度、硬度和表面及斷口場發(fā)射電子掃描電鏡形貌分析。從圖中可以看到彌散相細(xì)小且均勻分布在鎢晶粒內(nèi)部。通過相應(yīng)的測試測得密度為18.73g/cm3，相對密度為97.15% ;顯微硬度為790.32HV0.1/10。實施實例2: 制備納米Y203含量為2.5%的燒結(jié)鎢合金該實施過程中，具體制備工藝為:步驟一、將19.15g硝酸釔溶解于150ml酒精中，與270g仲鎢酸銨一同球磨混合，硝酸釔與仲鎢酸銨的質(zhì)量比為1:40，混料工藝為球磨轉(zhuǎn)速為150r/min，球磨時間為:8小時；步驟二、將混合好的濕粉放入真空干燥箱，65°C干燥，干燥12h ；
步驟三、將干燥后的原料粉末放入馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度500°C，煅燒時間為3小時，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末；
步驟四、將納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末經(jīng)700°C，60分鐘，氫氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉；
步驟五、在納米氧化釔彌散強化鎢粉中摻入0.2%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。對所得的納米氧化釔彌散強化鎢合金材料進行密度、硬度和表面及斷口場發(fā)射電子掃描電鏡形貌分析。通過相應(yīng)的測試測得密度為18.52g/cm3，相對密度為96.06% ;顯微硬度為 770.85HV0.1/10。實施實例3:
制備納米Y203含量為5%的燒結(jié)鎢合金該實施過程中，具體制備工藝為:
步驟一、將38.3g硝酸釔溶解于500ml酒精中，與270g仲鎢酸銨一同球磨混合，混料工藝為球磨轉(zhuǎn)速為150r/min，硝酸釔與仲鎢酸銨的質(zhì)量比為1:20，球磨時間為:12小時；步驟二、將混合好的濕粉放入真空干燥箱，75°C干燥，干燥36h ；
步驟三、將干燥后的原料粉末放入馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度900°C，煅燒時間為I小時，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末。步驟四、將納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末經(jīng)1000°C，30分鐘，氫氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉。步驟五、在納米氧化釔彌散強化鎢粉中摻入l%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。對所得的納米氧化釔彌散強化鎢合金材料進行密度、硬度和表面及斷口場發(fā)射電子掃描電鏡形貌分析。 通過相應(yīng)的測試測得密度為18.88g/cm3，相對密度為97.93% ;顯微硬度為 781.55HV0.1/10。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法，其特征在于: 步驟一、將硝酸釔溶解于酒精中，與仲鎢酸銨一同球磨混合，硝酸釔與仲鎢酸銨的質(zhì)量比為1:1000-1:10，混料工藝為球磨轉(zhuǎn)速為120-180r/min，球磨時間為:0.5-12小時； 步驟二、將混合好的濕粉放入真空干燥箱，40-75°C干燥，干燥時間為12-36小時；步驟三、將干燥后的原料粉末放入馬弗爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度500-900°C，煅燒時間為1-3小時，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末； 步驟四、將納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉末經(jīng)600-1000°C，30-150分鐘，通氫氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉； 步驟五、在納米氧化釔彌散強化鎢粉中摻入質(zhì)量的0.1%-P/oNi作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，氫氣保護燒結(jié)或真空燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)，最后制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。
2.如權(quán)利要求1所述的一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法，其特征在于，所述的氫氣保護燒結(jié)為在合金的液相線溫度以下1400-1800°C進行30-150分鐘燒結(jié)；所述的真空燒結(jié)為在真空中壓爐中在合金的液相線溫度以下1400-1800°C進行30-150分鐘燒結(jié)；所述的熱等靜壓燒結(jié)為在氬氣或氮氣加壓的條件下，在合金的液相線溫度以下1400-1800°C進行30-150分鐘燒結(jié)。 ·
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米氧化釔彌散強化鎢合金的制備方法，屬于粉末冶金粉末制造領(lǐng)域。該制備過程主要包括將硝酸釔(Y(NO3)3·6H2O)溶解于酒精中，與仲鎢酸銨(APT)一同球磨混合。將濕粉蒸干后，經(jīng)400-900℃，20-150分鐘煅燒，得到納米氧化釔彌散強化氧化鎢粉。再經(jīng)600-1000℃，30-150分鐘，H2氣還原制備出納米氧化釔彌散強化鎢粉。摻入0.1%-1%Ni作為活化燒結(jié)劑，經(jīng)壓制成型，H2氣保護燒結(jié)或真空或HIP(熱等靜壓)燒結(jié)，可制得納米氧化釔彌散強化鎢合金。其優(yōu)點為密度可達18.28-19.2g/cm3，氧化釔彌散相細(xì)小且在鎢晶粒中分布均勻。
文檔編號C22C1/05GK103173641SQ20131012341
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者郭志猛, 王瑞欣, 羅驥, 楊芳 申請人:北京科技大學(xué)