[发明专利]一种超细钨合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种超细钨合金材料的制备方法，该方法包含：(1)将90～98份钨金属粉末和2～10份辅助成分粉末混合为金属混合物，在惰性气体环境内球磨6～30小时制得粒径为10nm的钨合金混合粉末；(2)将钨合金混合粉末装入碳纤维渗碳模具中，压实；(3)将模具放入烧结炉中烧结，烧结气氛为真空或惰性气体，烧结温度为850～1100℃，保温时间为5～15min，烧结压力为0.15GPa～10GPa，随炉冷却至室温，得到超细钨合金材料。本发明解决了现有钨合金的晶粒尺寸较大、力学性能不佳以及制备钨合金的烧结温度高的问题，本发明的超细钨合金具有优良的穿透性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种超细钨合金材料的制备方法。

背景技术

长期以来，穿甲弹主要是由贫铀合金制备，但由于贫铀合金会导致严重的环境问题和健康问题而被众多国家禁用，然而钨合金具有密度高、硬度高、强度高、延展性好、耐腐蚀性强等优良的性质，目前被广泛应用于动能穿甲弹材料中。

随着各国防弹装甲的不断发展，例如陶瓷轻质装甲等，对钨合金穿甲弹提出了更高的要求。传统制备的钨合金由于烧结温度高，晶粒尺寸较大，力学性能不足，无法满足其需求。依据现有的理论，金属的强度与材料的晶粒尺寸呈反比关系，并且细晶钨合金具有更好的穿透性和“自锐行为”，对于钨合金穿甲弹来说，在入侵过程中，弹头会发生开裂和破碎，而细晶钨合金会产生自锐行为，使其具有优良的穿透性。因此研究细晶钨合金具有重大意义。

目前国内外对通过对原料的细化、采用新的烧结技术和添加不同元素等手段制备细晶钨合金，其晶粒尺寸通常在数微米至数十微米之间，性能提升非常有限。

因此急需开发一种适用于穿甲弹的力学性能良好的超细钨合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种超细钨合金材料的制备方法，解决了现有钨合金的晶粒尺寸较大、力学性能不佳以及制备钨合金的烧结温度高的问题，在850℃、10GPa下得到的材料尺寸仅为150nm，相对密度为97％以上，维氏硬度为1450HV。

为了达到上述目的，本发明提供了一种超细钨合金材料的制备方法，该方法包含：

(1)将90～98份钨金属粉末和2～10份辅助成分粉末混合为金属混合物，在惰性气体环境内进行球磨制备平均粒径为10nm的钨合金混合粉末；

(2)将步骤(1)制备的钨合金混合粉末装入碳纤维渗碳模具中，压实；

(3)将步骤(2)压实的模具放入烧结炉中烧结，烧结气氛为真空或惰性气体，升温速率为5～200℃/min，烧结温度为850～1100℃，保温时间为5～15min，烧结压力为0.15GPa～10GPa，冷却得到超细钨合金材料。

优选地，所述的辅助成分选自Co、Cr、Fe、Ni、Al、Mn、Mo、Ti、Cu、Zn、WO₂中的两种以上。

优选地，所述的烧结温度为850℃；烧结升温速率为100℃/分钟；保温时间为5min。

优选地，所述的烧结压力为10GPa。

优选地，装入碳纤维渗碳模具中的钨合金混合粉末的质量为5～20g。

优选地，球磨的介质为硬质合金球；球磨的方式为湿式球磨或干式球磨；球磨中硬质合金球和金属混合物的质量比为(4～30)：1。

优选地，球磨的转速为200～600r/min，总球磨时间为18～30小时。

本发明提供了一种如所述的超细钨合金材料的制备方法制备的超细钨合金材料，其特征在于，该超细钨合金材料的位错密度1.3×10¹⁷m^-2，维氏硬度为1450HV。