[发明专利]钨-锆-氧化钇合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金及制备方法，尤其是一种钨-锆-氧化钇合金及其制备方法。

背景技术

金属钨是稀有高熔点金属，其化学性质很稳定，常温时不跟空气和水反应，不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液。然而，纯钨的再结晶温度低，在高温下容易发生晶粒长大，并导致再结晶脆化，而且高温强度低；此外，由于钨的高硬度和高的韧脆转变温度，使得钨很难加工成型。近期，人们为了改善金属钨的性能，作了一些尝试和努力，如在M.V.AGUIRRE等发表的题为“Mechanical Behavior of W-Y₂O₃and W-Ti Alloys from25℃to1000℃”，《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A》，2009，40A（“钨-氧化钇和钨-钛合金在25℃至1000℃的力学性能”，《冶金与材料学报A》2009年第40卷）的文章中公开了一种钨-氧化钇合金。它通过将氧化钇分布于金属钨的晶界处来起到弥散强化和细化钨晶粒的作用，其虽可提高合金的高温强度，但是，却使得合金的室温强度比纯钨还要低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种在具有良好室温强度和韧性的同时，在高温下也具有较高的高温强度和韧性及再结晶温度的钨-锆-氧化钇合金。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述钨-锆-氧化钇合金的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：钨-锆-氧化钇合金主要由金属钨组成，特别是，

所述合金中还含有重量百分比为0.08～0.32wt%的锆（Zr）和0.4～1.2wt%的氧化钇（Y₂O₃）；

所述氧化钇的粒径为20～200nm。

作为钨-锆-氧化钇合金的进一步改进：

优选地，合金的粒径为0.3～8μm；更能体现出合金的优异性能。

为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述钨-锆-氧化钇合金的制备方法由粉末冶金法组成，特别是主要步骤如下：

步骤1，按照重量百分比为98.48～99.52wt%：0.08～0.32wt%：0.4～1.2wt%的比例，将金属钨粉体、金属锆粉体或二氢化锆（ZrH₂）粉体和氧化钇粉体置于保护性气氛或真空或酒精中混合均匀，其中，金属钨粉体的粒径≤8μm，金属锆粉体或二氢化锆粉体的粒径≤3μm，氧化钇粉体的粒径≤200nm，得到混合物；

步骤2，先将混合物置于压力为200～600MPa下压制成生坯，再将生坯置于保护性气氛或真空中，于1500～2200℃下烧结成型，

或者，将混合物置于保护性气氛或真空中，于压力为100～200MPa、温度为1500～2000℃下热等静压烧结成型，

或者，将混合物置于保护性气氛或真空中，于压力为30～70MPa、温度为1500～2000℃下放电等离子烧结成型，

制得钨-锆-氧化钇合金。

作为钨-锆-氧化钇合金的制备方法的进一步改进：

优选地，将烧结成型后的钨-锆-氧化钇合金置于保护性气氛或真空中冷却；利于确保合金的整体品质。

较好的是，保护性气氛为氢气气氛，或氮气气氛，或氩气气氛，或氦气气氛，或氖气气氛；除使保护性气体可供选择的余地较大之外，也便于制备工艺的实施。

较佳的是，真空的真空度为≤100Pa。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的目标产物分别使用扫描电镜、透射电镜和其附带的能谱测试仪进行表征，由其结果可知，目标产物致密、无裂纹，其由钨、锆和氧化钇组成，三者的重量百分比为98.48～99.52wt%：0.08～0.32wt%：0.4～1.2wt%；其中，合金的粒径为0.3～8μm，合金中氧化钇的粒径为20～200nm。这种钨-锆-氧化钇合金，由于通过在钨中添加微量锆，吸收了钨中的非金属杂质如碳、氮、氧等，降低了这些杂质元素对钨的脆化作用，从而使钨的断裂韧性和强度得到了较大的提高；同时，利用少量纳米尺寸的氧化钇作为第二相颗粒，抑制了烧结过程中及在高温服役过程时钨晶粒的长大，获得了细晶粒的合金，从而提高了钨的高温性能。