[发明专利]一种片状金属间化合物增强细晶钨合金及其制备方法

说明书

本发明属于钨合金技术领域，公开了一种片状金属间化合物增强细晶钨合金及其制备方法。首先，通过不同球磨方法与工艺改变金属间化合物原料粉末的径厚比，进而得到含有片状金属间化合物且混合均匀的钨合金复合粉体；然后，通过对原始粉末进行原位氧化处理，使得片状金属间化合物粉末表面自生成纳米氧化铝颗粒；最后，将所得钨合金复合粉体进行一步或二步放电等离子烧结，最终制得片状金属间化合物增强细晶钨合金。本发明克服了传统液相烧结方式周期较长、钨晶粒较大、力学性能较低等缺点，制备的钨合金具有组织均匀、晶粒细小、相对密度高等特点，综合力学性能也得到明显改善。

技术领域

本发明属于钨合金技术领域，具体涉及一种片状金属间化合物增强细晶钨合金及其制备方法。

背景技术

钨合金因具有高密度、高强度、机械加工性好等一系列优异性能而被广泛用作具有放射性污染贫铀穿甲弹的替代材料。但以W-Ni-Fe合金为代表的传统钨合金弹芯材料存在绝热剪切性不敏感的问题，而这也导致了穿甲过程中“蘑菇头”的形成及穿甲深度的降低。可改善合金绝热剪切性的主要因素包括较低的导热系数、较高的合金硬度以及较细的钨晶粒尺寸等。故研发满足以上特点的新型钨合金，对于改善钨合金动能穿透器的“自锐”效应，提高其穿甲威力到不低于贫铀合金的侵彻水平，进而完全替代之具有重要意义。

Ni₃Al、Fe₃Al、Ti₃Al等金属间化合物具有较低的导热率，较高的硬度以及对钨较低的溶解度等优点。由于Ni₃Al等具有与贫铀合金相近的导热率及更低的热扩散系数，这使其具有与贫铀合金类似的绝热剪切行为。较低的对钨溶解度可以阻碍液相烧结过程中的溶解再沉淀过程并最终细化钨晶粒尺寸。另外，Ni₃Al的屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应，当温度超过峰值温度后材料迅速软化，而这种效应也有助于引发绝热剪切行为。当作弹头使用时，因其具有自锐性而不会降低其穿甲深度，故它可以与贫铀弹头相竞争。但最近研究制备的W-(Ni/Fe/Ti)₃Al合金力学性能较传统W-Ni-Fe合金仍有一定差距。目前，改善钨合金性能的常见方法主要包括加入添加剂、改变烧结工艺、引入第二相强化等，但这些方式均存在浪费贵重金属、工艺繁琐、添加相界面结合差及分散不均匀等问题。最近，微观结构设计被认为是一种提升合金力学性能的有效策略，尤其是片层状结构复合材料的设计可通过控制裂纹的扩展方式以改善合金的延展性及韧性进而避免材料的突然失效。因此，通过新型微观结构设计方法以获得具有良好综合性能的W-(Ni/Fe/Ti)₃Al合金已经成为需要迫切研究的问题。故为满足日益增加的对高性能新型钨合金的需求，我们提出了一种新型片状(Ni/Fe/Ti)₃Al金属间化合物增强细晶钨合金及其制备方法。

本专利开拓了微观层状结构增强钨合金的全新技术路线，在合理选定金属间化合物为新型钨合金粘结相后，通过设定不同混料球磨工艺以调控金属间化合物粉末的片状形貌并辅以原位氧化调控金属间化合物表面自生的Al₂O₃微粒数量与形貌进而达到获得综合力学性能良好的片状(Ni/Fe/Ti)₃Al金属间化合物增强钨合金的目的。该发明克服了传统增强方法的缺陷，工艺简单，也可广泛适用于其他合金的增强。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种片状金属间化合物增强细晶钨合金的制备方法。本发明的制备方法克服了传统钨合金增强方式存在的成本较高、流程繁琐、界面结合效果较差等技术缺点，提供了一种简单快速制得具有优良性能细晶钨合金的方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的片状金属间化合物增强细晶钨合金。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种片状金属间化合物增强细晶钨合金的制备方法，包括如下制备步骤：