[发明专利]一种超塑韧性钨合金材料及其制备方法

说明书

一种超塑韧性钨合金材料的制备方法，原料为镍Ni质量分数为30%～55%、铝Al质量分数为12%～25%、余量为钨W，使其形成单相固溶体钨合金，包括多元合金化设计、高能球磨、悬浮熔炼、反向温度场锻造。本发明的钨合金材料塑韧性好，满足了一些特种功能构件对钨合金材料的高塑性、高致密、高冲击韧性、细晶均匀化要求，比传统工艺制备的钨合金材料伸长率提高约1倍、冲击吸收能量提高1倍以上。

技术领域

本发明涉及特种熔炼技术领域与大塑性变形技术领域，特别涉及超塑韧性钨合金材料的制备方法。

背景技术

根据聚能射流侵彻理论，侵彻能力与材料密度、射流头部速度、射流长度等密切相关，增大射流长度就必须加大射流的速度梯度和有效射流质量，而射流速度梯度的极大提高，要求材料的声速大、塑性好、密度高。采用钨、钼、铀等作为聚能侵彻材料，虽然提高了射流密度与单位体积质量，但同时也大大增加了材料制备与后续加工难度。

美国、德国等对华军事技术的封锁，尤其是涉及关键构件材料与核心制造技术，能查阅到的有价值资料很少。根据大量文献资料分析表明，现有钨合金材料的制造方法有：一是粉末冶金方法，在制造方面，对于具有薄壁、大高径比等变截面外形，密度分布呈顶部和口部密度大、中间部分密度小，不同部位密度分布不均匀，致密度在97％左右；在材料方面，采用多种金属材料混合的粉末，由于粉末的比重、颗粒度、硬度等物理性能不同，在常规模压过程中容易产生分层的现象，也导致密度分布不均匀，这些缺点使材料的综合使用性能降低。二是气相沉积方法，通过物理或化学方法，在芯模表面沉积出钨合金材料层，存在致密度不高(致密度约98％)、杂质含量多(约0.8％)等技术问题，材料的脆性大、塑韧性差，不能发挥出该材料特有的属性。

为了进一步提高钨合金材料的综合使用性能，从材料组织均匀性、性能一致性与侵彻威力之间的关联性出发，要求钨合金材料具有较好的各向同性、晶粒细小均匀、延展性好。现有技术以传统粉末冶金、气相沉积、轧制为主，该工艺存在以下不足：一是致密度不高、杂质含量多，材料延展性不好；二是钨合金元素分布不均匀，组织对称性差；三是钨颗粒的界面处易形成脆性化合物，材料塑韧性差，尤其是在高应变速率作用下，钨颗粒之间的弱联结层将成为裂纹源。

发明内容

本发明提供了一种超塑韧性钨合金材料，满足了一些特种功能构件对钨合金材料的高塑性、高致密、高冲击韧性、细晶均匀化要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超塑韧性钨合金材料的制备方法，原料为镍Ni质量分数为30％～55％、铝Al质量分数为12％～25％、余量为钨W，使其形成单相固溶体钨合金，包括多元合金化设计、高能球磨、悬浮熔炼、反向温度场锻造。

为了改善钨合金纯净度，添加质量分数为(0.5～1.5)％的镧铈复合稀土(La-40％Ce)。

一种超塑韧性钨合金材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据二元、三元合金相图，确定单相钨合金中镍(Ni)、铝(Al)的质量分数，使其形成固溶体合金，Ni质量分数为30％～55％、Al质量分数为12％～25％，以及质量分数为(0.5～1.5)％的镧铈复合稀土(La-40％Ce)，余量为W；

步骤2：选择钨粉、镍粉、铝粉和镧铈复合稀土，钨粉以等离子球化粉体最佳，纯度99.95％，粉体粒度选择(4～8)μm、(10～15)μm，并以一定比例混合使用；镍粉为电解镍粉，纯度99.9％，粉体粒度(5～15)μm；Al粉采用气雾化粉末，纯度99.95％，粉体粒度(5～20)μm；镧铈复合稀土纯度99.5％，粉体粒度(10～30)μm。

步骤3：采用高能球磨方法，称取步骤2中的粉体，将四种粉体混合在一起，通过球磨法将粉体混合均匀,球料比为2：1～5：1，球磨转速为(600～1200)r/min，球磨时间(2～10)h，以液氮、乙醇等为保护介质；