权利要求
1.一种高强韧高密度钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将原料粉体进行机械球磨，得到均质改性复合粉体;所述原料粉体为钨粉、
镍粉、铁粉、
钴粉和镧粉;以质量百分含量计，所述原料粉体中钨粉的含量为90～93%，镍粉的含量为4.9～7%，铁粉的含量为1.0～1.4%，
钴粉的含量为0.3～1.2%，镧粉的含量为0.2～0.4%;所述均质改性复合粉体包括细化钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体;
将所述均质改性复合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料;
将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料;所述液相烧结的温度为1475～1530℃，保温时间为60～130min;
将所述烧结坯料进行循环真空热处理，得到所述高强韧高密度钨合金材料;
所述循环真空热处理包括：将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900～1200℃第一保温2～4h，然后第一冷却至室温;将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700～900℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械球磨时添加过程控制剂;所述过程控制剂的质量为原料粉体总质量的0.5～2%;所述过程控制剂为无水乙醇和/或者硬脂酸
锌。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述机械球磨的条件包括：球料比为(5～25):1，球磨转速为200～550r/min，球磨时间为5～15h;所述机械球磨在保护气氛下进行。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述细化钨粉的平均颗粒尺寸为500nm～5μm，平均晶粒尺寸为14～100nm;所述纳米晶镍基过饱和固溶体的平均颗粒尺寸为0.2～2μm，平均晶粒尺寸为8～100nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷等静压的压力为200～350MPa，所述冷等静压的时间为20～60s;所述冷压坯料的相对密度为75～85%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液相烧结在保护气氛下进行。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述烧结坯料的相对密度为99.0～99.9%。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一升温和第二升温的速率独立地为10～30℃/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环真空热处理的真空度不低于5.0×10-2Pa。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的高强韧高密度钨合金材料，其特征在于，所述高强韧高密度钨合金材料在室温条件下的抗拉强度≥1150MPa，伸长率≥25%，冲击韧性≥130J/cm2。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种高强韧高密度钨合金材料及其制备方法。
背景技术
[0002]高密度钨合金是一类以钨元素为基体材料(含钨量为80～97%)，并适量添加有Ni、Cu、Fe、Co、Mo、Cr等元素组成的合金，由于其克服了钨的脆性，并保持了钨的高熔点、高密度、低膨胀系数等优良性能，因而在航空航天、军事、民用工业等行业中得到了广泛的应用。
[0003]目前，高密度钨合金的制备主要通过传统机械混料和液相烧结方式，其缺点主要是粉体混合均匀性差、化学成分偏析较为严重、内部组织粗大以及工序复杂，导致钨合金材料综合性能不高，尤其是塑、韧性难以满足更高使用性能要求。
发明内容
[0004]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强韧高密度钨合金材料及其制备方法。本发明制备的钨合金材料在强度大幅提高的同时仍能保持较高的塑韧性。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0006]本发明提供了一种高强韧高密度钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将原料粉体进行机械球磨，得到均质改性复合粉体;所述原料粉体为钨粉、镍粉、铁粉、钴粉和镧粉;以质量百分含量计，所述原料粉体中钨粉的含量为90～93%，镍粉的含量为4.9～7%，铁粉的含量为1.0～1.4%，钴粉的含量为0.3～1.2%，镧粉的含量为0.2～0.4%;所述均质改性复合粉体包括细化钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体;
[0008]将所述均质改性复合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料;
[0009]将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料;所述液相烧结的温度为1475～1530℃，保温时间为60～130min;
[0010]将所述烧结坯料进行循环真空热处理，得到所述高强韧高密度钨合金材料;
[0011]所述循环真空热处理包括：将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900～1200℃第一保温2～4h，然后第一冷却至室温;将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700～900℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。
[0012]优选的，所述机械球磨时添加过程控制剂;所述过程控制剂的质量为原料粉体总质量的0.5～2%;所述过程控制剂为无水乙醇和/或者硬脂酸锌。
[0013]优选的，所述机械球磨的条件包括：球料比为(5～25):1，球磨转速为200～550r/min，球磨时间为5～15h;所述机械球磨在保护气氛下进行。
[0014]优选的，所述细化钨粉的平均颗粒尺寸为500nm～5μm，平均晶粒尺寸为14～100nm;所述纳米晶镍基过饱和固溶体的平均颗粒尺寸为0.2～2μm，平均晶粒尺寸为8～100nm。
[0015]优选的，所述冷等静压的压力为200～350MPa，所述冷等静压的时间为20～60s;所述冷压坯料的相对密度为75～85%。
[0016]优选的，所述液相烧结在保护气氛下进行。
[0017]优选的，所述烧结坯料的相对密度为99.0～99.9%。
[0018]优选的，所述第一升温和第二升温的速率独立地为10～30℃/min。
[0019]优选的，所述循环真空热处理的真空度不低于5.0×10-2Pa。
[0020]本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的高强韧高密度钨合金材料，所述高强韧高密度钨合金材料在室温条件下的抗拉强度≥1150MPa，伸长率≥25%，冲击韧性≥130J/cm2。
[0021]本发明通过机械球磨，将钨粉、镍粉、铁粉、钴粉和镧粉充分混合，同时实现钨向镍基固溶体的部分溶解，可以获得两相分布均匀的均质改性复合粉体，即细化钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体(指的是低温下钨呈饱和状态，后续作为粘结相)，后续进行液相烧结使镍基固溶体转变为液相对钨粉进行浸润，增强粘结相与钨之间的粘结，在液相烧结时，钨粉进一步溶解和扩散，由于前期机械球磨已有部分钨溶解，因此大大增加了钨的溶解量，起到固溶强化的作用，且由于机械球磨细化了钨粉，能够有效抑制钨颗粒在液相烧结时长大，抑制成分偏析，能够在相对较低的温度下进行短时烧结达到较高的致密度，钨晶粒细小，细晶强化明显，使得钨合金材料的综合力学性能高;通过后续的循环真空热处理，实现钨的析出强化，消除了氢脆对合金性能的负面影响，进一步改善了粘结相对W颗粒的润湿性，有利于获得组织及成分均匀分布的显微组织，而且提高了W相与粘结相之间的界面强度，有效提高高密度钨合金材料的综合性能，满足特殊环境下的应用需求。
[0022]实施例的结果表明，本发明制备的高密度钨合金材料室温抗拉强度≥1150MPa，伸长率≥25%，冲击韧性≥130J/cm2，具有优异的综合性能。
[0023]此外本发明的液相烧结温度低时间段，还具有能耗低的优势。
附图说明
[0024]图1为实施例1细化钨粉的宏观照片;
[0025]图2为实施例1镍基过饱和固溶体的宏观照片;
[0026]图3为实施例1镍基过饱和固溶体的透射电镜照片;
[0027]图4为实施例1均质改性复合粉体的宏观形貌;
[0028]图5为实施例1高密度钨合金材料的组织图。
具体实施方式
[0029]本发明提供了一种高强韧高密度钨合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]将原料粉体进行机械球磨，得到均质改性复合粉体;所述原料粉体为钨粉、镍粉、铁粉、钴粉和镧粉;以质量百分含量计，所述原料粉体中钨粉的含量为90～93%，镍粉的含量为4.9～7%，铁粉的含量为1.0～1.4%，钴粉的含量为0.3～1.2%，镧粉的含量为0.2～0.4%;所述均质改性复合粉体包括细化钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体;
[0031]将所述均质改性复合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料;
[0032]将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料;
[0033]将所述烧结坯料进行循环真空热处理，得到所述高强韧高密度钨合金材料;
[0034]所述循环真空热处理包括：将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900～1200℃第一保温2～4h，然后第一冷却至室温;将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700～900℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。
[0035]在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
[0036]本发明将原料粉体进行机械球磨，得到均质改性复合粉体。
[0037]在本发明中，所述原料粉体为钨粉、镍粉、铁粉、钴粉和镧粉。在本发明中，所述钨粉优选为还原钨粉，纯度优选为99.9%以上，平均粒径优选为1～50μm，在具体实施例中所述钨粉的平均粒径可以为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm;所述镍粉优选为羰基镍粉，纯度优选为99.5%以上，平均粒径优选为1～50μm，在具体实施例中所述镍粉的平均粒径可以为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm;所述铁粉优选为羰基铁粉，纯度优选为99.5%以上，平均粒径优选为1～50μm，在具体实施例中所述铁粉的平均粒径可以为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm;所述钴粉优选为水雾化钴粉，纯度优选为99.5%以上，平均粒径优选为1～50μm，在具体实施例中所述钴粉的平均粒径可以为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm;所述镧粉优选为高纯镧粉，纯度优选为99.9%以上，平均粒径优选为1～50μm，在具体实施例中所述镧粉的平均粒径可以为1、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50μm。
[0038]在本发明中，以质量百分含量计，所述原料粉体中钨粉的含量为90～93%，在具体实施例中可以为90%、91%、92%或93%;所述原料粉体中镍粉的含量为4.9～7%，在具体实施例中可以为4.9%、5.5%、6%、6.5%或7%;所述原料粉体中铁粉的含量为1.0～1.4%，在具体实施例中可以为1.0%、1.1%、1.2%、1.3%或1.4%;所述原料粉体中钴粉的含量为0.3～1.2%，在具体实施例中可以为0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%或1.2%;所述原料粉体中镧粉的含量为0.2～0.4%，在具体实施例中可以为0.2%、0.3%或0.4%。
[0039]在本发明中，所述机械球磨的转速优选为200～550rpm，在具体实施例中可以为200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm、450rpm、500rpm或550rpm;所述机械球磨的时间优选为5～15h，在具体实施例中可以为5h、8h、10h、12h或15h;所述机械球磨的球料比优选为(5～25)：1，在具体实施例中可以为5:1、10:1、15:1、20:1或25:1;所述机械球磨优选在保护气氛下进行;提供所述保护气氛的保护气体优选为高纯氩气(纯度≥99.99%)或者氮气(纯度≥99.99%)。本发明在保护气氛下进行机械球磨，能够防止粉末在球磨过程被氧化。本发明对所述机械球磨采用的设备没有特殊要求，本领域熟知的球磨设备均可，如搅拌式高能球磨机。本发明对所述机械球磨所用磨球材料没有特殊要求，本领域熟知的磨球材料均可。在本发明的实施例中，具体采用直径为8mm的纯钨球，目的是为了避免机械球磨时引入杂质。
[0040]本发明优选在所述机械球磨时加入过程控制剂。所述过程控制剂优选为无水乙醇和/或硬脂酸锌;所述过程控制剂的添加量优选为原料粉体总质量的0.5～2%。在本发明中，添加适当的过程控制剂能够明显提高机械球磨的出粉率，并且有利于粉体混合均匀和工业生产。
[0041]在本发明中，经机械球磨后，钨粉被细化，镍粉、铁粉、钴粉和镧粉形成以镍为基体的固溶体，同时钨粉发生部分溶解，在固溶体中达到饱和，得到在低温状态下呈饱和状态的纳米晶镍基过饱和固溶体，形成组成为细化钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体的均质改性复合粉体。所述细化钨粉的平均颗粒尺寸优选为500nm～5μm，在具体实施例中可以为500nm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm或5μm;所述细化钨粉的平均晶粒尺寸优选为14～100nm，在具体实施例中可以为14nm、30nm、50nm、70nm或100nm;所述纳米晶镍基过饱和固溶体的平均颗粒尺寸优选为0.2～2μm，在具体实施例中可以为0.2μm、0.5μm、1.2μm、1.5μm或2μm;所述纳米晶镍基过饱和固溶体的平均晶粒尺寸优选为8～100nm，在具体实施例中可以为8nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm。
[0042]在本发明中，利用机械球磨细化且均匀分布的钨粉和纳米晶镍基过饱和固溶体所形成的均质改性复合粉末，能够增大钨向镍基固溶体中的溶解量，同时，其还能够有效地阻止钨颗粒在后续液相烧结时长大，通过细化晶粒，进而提高烧结材料的综合力学性能。
[0043]得到均质改性复合粉体后，本发明将所述均质改性复合粉体进行冷等静压，得到冷压坯料。
[0044]在本发明中，所述冷等静压的压力优选为200～350MPa，在具体实施例中可以为200MPa、250MPa、290MPa、300MPa或350MPa;所述冷等静压的时间优选为20～60s，在具体实施例中可以为20s、30s、40s、50s或60s。本发明在该压力下可以获得密度较高、密度分布及孔隙度更加均匀的冷压坯料，其在后续的液相烧结工艺中有利于液相均匀填充孔隙，从而不易造成成分偏析。在本发明中，所述冷压坯料的相对密度优选为75～85%，在具体实施例中可以为75%、77%、80%、81%、83%或85%。
[0045]本发明优选将所述均质改性复合粉体置于橡胶胶套中进行冷等静压，本发明对所述橡胶胶套的厚度没有特殊要求，采用本领域熟知的厚度即可，在具体实施例中为4mm。在本发明中，所述冷压坯料优选为棒料。
[0046]得到冷压坯料后，本发明将所述冷压坯料进行液相烧结，得到烧结坯料。
[0047]在本发明中，所述液相烧结的温度优选为1475～1530℃，在具体实施例中可以为1475℃、1495℃、1510℃或1530℃;所述液相烧结的保温时间优选为60～130min，在具体实施例中可以为60min、80min、95min、110min或130min。在本发明中，所述液相烧结优选在保护气氛下进行;所述保护气氛优选为氢气气氛。本发明通过液相烧结将镍基固溶体转变为液相，同时钨粉向液相中发生溶解和扩散，达到钨在液相中的最高溶解度，起到固溶强化的作用，同时增强了粘结相与钨粉的结合。
[0048]在本发明中，当烧结温度低于上述范围或烧结时间过短会使得粘结相对钨相不浸润或浸润差，导致两相界面结合较弱，易成为裂纹源;而当烧结温度高于上述范围或烧结时间过长时，则会产生钨晶粒的聚集长大，合金中会出现钨颗粒大小不均且粘结相分布不均匀，易使得合金的塑性和韧性均降低。
[0049]得到烧结坯料后，本发明将所述烧结坯料进行循环真空热处理，得到所述高强韧高密度钨合金材料。
[0050]在本发明中，所述循环真空热处理包括：将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900～1200℃第一保温2～4h，然后第一冷却至室温(15～30℃);将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700～900℃第二保温2～4h，第二冷却至室温。
[0051]在具体实施例中，将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900～1200℃第一保温2～4h可以为：将所述烧结坯料在真空条件下第一升温至900℃、950℃、1000℃、1100℃、1150℃或1200℃第一保温2h、2.5h、3h、3.5h或4h。在本发明中，所述第一升温的速率优选为10～30℃/min，在具体实施例中可以为10、15、20、25或30℃/min。在本发明中，所述第一冷却优选为随炉冷却。
[0052]在具体实施例中，将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700～900℃第二保温2～4h可以为：将冷却至室温的坯料在真空条件下第二升温至700℃、750℃、800℃、850℃或900℃第二保温2h、2.5h、3h、3.5h或4h。
[0053]在本发明中，所述第二升温的速率优选为10～30℃/min，在具体实施例中可以为10、15、20、25或30℃/min。在本发明中，所述第二冷却优选为随炉冷却。
[0054]在本发明中，所述循环真空热处理的真空度优选不低于5.0×10-2Pa。
[0055]本发明通过循环真空热处理使钨元素析出，起到析出强化的作用，能够控制钨晶粒的大小和分布以及析出相的形貌、大小、分布，避免脆性金属间化合物的析出，同时抑制杂质元素在钨及粘结相界面上集聚和成分偏析，获得较洁净的相界面和材料成分的均匀性;消除液相烧结后残留的氢元素，并消除或部分消除残余应力，对于提高液相烧结材料成分的稳定性具有重要作用，进而提高产品的综合力学性能。
[0056]本发明提供了所述制备方法制备得到的高强韧高密度钨合金材料，所述高强韧高密度钨合金材料在室温条件下的抗拉强度≥1150MPa，伸长率≥25%，冲击韧性≥130J/cm2。在具体实施例中，所述高强韧高密度钨合金材料在室温条件下的抗拉强度可以为1150MPa、1190MPa或1200MPa，伸长率可以为25%或30%，冲击韧性可以为130J/cm2、180J/cm2或260J/cm2。
[0057]下面结合实施例对本发明提供的高强韧高密度钨合金材料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0058]实施例1
[0059](1)原料的机械球磨改性
[0060]将钨粉(平均粒径为5μm)、镍粉(平均粒径为5μm)、铁粉(平均粒径为5μm)、钴粉(平均粒径为5μm)和镧粉(平均粒径为5μm)按照质量配比为91：7：1.0：0.6：0.4配制成混合粉末后，置于高能搅拌式球磨机中进行机械球磨，在球磨时采用纯度为99.9%的高纯氩气作为保护气体，并添加1.5wt%的无水乙醇作为过程控制剂，磨球选用纯钨球，其直径为8mm，球料比(质量比)为25:1，并且控制球磨机转速为550rpm，球磨时间为5h，此时制得平均尺寸为亚微米级的细化钨粉(见图1)和镍基过饱和固溶体(见图2和图3)的均质改性复合粉体(见图4)，出粉率约为95.6%，经球磨改性的钨颗粒得到明显细化，平均尺寸已达到亚微米级，约为500nm，粉末粒度已在超细颗粒的粒度范围，平均晶粒尺寸达到14nm。经球磨改性的镍和铁粉末微观组织不仅得到了细化，而且已全部形成了纳米晶镍基过饱和固溶体，其颗粒尺寸约为0.2μm，平均晶粒尺寸约为8nm。注：本发明是将均质改性复合粉体进行萃取分别得到细化钨粉和镍基过饱和固溶体单独进行观察，得到图1至图3。
[0061](2)冷等静压和液相烧结
[0062]将上述制备的均质改性复合粉体放入壁厚约为4mm的橡胶胶套中，然后置于200MPa超高压室内进行冷等静压30s，得到相对密度为75%的冷压坯料，为棒状;随后，将上述冷压坯料放入氢气保护气氛烧结炉中，在1475℃下进行液相烧结，烧结时间为60min，制得相对密度约为99.0%的烧结坯料，该烧结坯料中钨颗粒的平均尺寸小于25μm，并且其呈球形分布于粘结相中，粘结相的分布也较为均匀。
[0063](3)循环真空热处理
[0064]将烧结坯料置于真空烧结热处理炉后，以10℃/min的升温速度将所述烧结坯料第一升温至900℃，保温2h后冷却至室温;冷却至室温的坯料在真空条件下以10℃/min的升温速度第二升温至700℃第二保温2h，第二冷却至室温，得到高强韧高密度钨合金材料(见图5)。
[0065]经检测，上述制备的高强韧高密度钨合金棒材的室温抗拉强度达到1150MPa，伸长率达到30%，冲击韧性达260J/cm2。由图5可知，本发明制备的高强韧高密度钨合金材料组织细小、均匀，不存在成分偏析。
[0066]注：本发明中，拉伸实验参照GB/T 228.1-2021，得到抗拉强度和伸长率数据;冲击试验参照GB/T 229-2020，得到冲击韧性数据。
[0067]对比例1
[0068]与实施例1的区别仅在于步骤(3)替换为：
[0069]将烧结坯料置于真空烧结热处理炉后，以10℃/min的升温速度将所述烧结坯料升温至900℃，保温2h后冷却至室温，得到钨合金棒材。
[0070]经检测，对比例1制备的钨合金棒材的室温抗拉强度为920MPa，伸长率为13%，冲击韧性为60J/cm2。说明本发明采用循环真空热处理对于提高钨合金的强度和韧性具有重要影响。
[0071]实施例2
[0072](1)原料的机械球磨改性
[0073]将钨粉(平均粒径为8μm)、镍粉(平均粒径为8μm)、铁粉(平均粒径为8μm)、钴粉(平均粒径为8μm)和镧粉(平均粒径为8μm)按照质量配比为92：6：1.3：0.4：0.3配制成混合粉末后，置于高能搅拌式球磨机中进行机械球磨，在球磨时采用纯度为99.9%的高纯氩气作为保护气体，并添加1.5wt%的无水乙醇作为过程控制剂，磨球选用纯钨球，其直径为8mm，球料比(质量比)为15:1，并且控制球磨机转速为350rpm，球磨时间为10h，此时制得平均尺寸为亚微米级的细化钨粉和镍基过饱和固溶体的均质改性复合粉体，出粉率约为97.2%，经球磨改性的钨颗粒得到明显细化，平均尺寸已达到亚微米级，约为1.5μm，平均晶粒尺寸达到14nm左右。经球磨改性的镍和铁粉末已全部形成了纳米晶镍基过饱和固溶体，其颗粒尺寸约为1.2μm，平均晶粒尺寸约为40nm。
[0074](2)冷等静压和液相烧结
[0075]将上述制备的均质改性复合粉体放入壁厚约为4mm的橡胶胶套中，然后置于290MPa超高压室内进行冷等静压40s，得到相对密度为80%的冷压坯料;随后，将上述冷压坯料放入氢气保护气氛烧结炉中，在1495℃下进行液相烧结，烧结时间为95min，制得相对密度约为99.5%的烧结坯料，该烧结坯料中钨颗粒的平均尺寸小于25μm，并且其呈球形分布于粘结相中，粘结相的分布也较为均匀。
[0076](3)循环真空热处理
[0077]将烧结坯料置于真空烧结热处理炉后，以10℃/min的升温速度将所述烧结坯料第一升温至1000℃，保温2h后冷却至室温;冷却至室温的坯料在真空条件下以10℃/min的升温速度第二升温至800℃第二保温3h，第二冷却至室温，得到高强韧高密度钨合金棒材。
[0078]经检测，上述制备的高强韧高密度钨合金棒材的室温抗拉强度达到1190MPa，伸长率达到25%，冲击韧性达180J/cm2。
[0079]对比例2
[0080]与实施例1的区别仅在于步骤(3)替换为：
[0081]将烧结坯料置于真空烧结热处理炉后，以10℃/min的升温速度将所述烧结坯料升温至1000℃，保温2h后冷却至室温，得到钨合金棒材。
[0082]经检测，对比例2制备的钨合金棒材的室温抗拉强度为950MPa，伸长率为11%，冲击韧性为50J/cm2。
[0083]实施例3
[0084](1)原料的机械球磨改性
[0085]将钨粉(平均粒径为10μm)、镍粉(平均粒径为10μm)、铁粉(平均粒径为10μm)、钴粉(平均粒径为10μm)和镧粉(平均粒径为10μm)按照质量配比为93：4.9：1.4：0.5：0.2配制成混合粉末后，置于高能搅拌式球磨机中进行机械球磨，在球磨时采用纯度为99.9%的高纯氩气作为保护气体，并添加1.5wt%的无水乙醇作为过程控制剂，磨球选用纯钨球，其直径为8mm，球料比(质量比)为25:1，并且控制球磨机转速为200rpm，球磨时间为15h，此时制得平均尺寸为亚微米级的改性钨粉和镍基过饱和固溶体的均质改性复合粉体，出粉率约为99.6%，经球磨改性的钨颗粒平均尺寸为1000nm，钨平均晶粒尺寸达到100nm左右。经球磨改性的镍和铁粉末已全部形成了纳米晶镍基过饱和固溶体，其颗粒尺寸约为2μm，平均晶粒尺寸约为100nm。
[0086](2)冷等静压和液相烧结
[0087]将上述制备的均质改性复合粉体放入壁厚约为4mm的橡胶胶套中，然后置于350MPa超高压室内进行冷等静压50s，得到相对密度为85%的冷压坯料;随后，将上述冷压坯料放入氢气保护气氛烧结炉中，在1510℃下进行液相烧结，烧结时间为130min，制得相对密度约为99.9%的液相烧结坯料。
[0088](3)循环真空热处理
[0089]将烧结坯料置于真空烧结热处理炉后，以10℃/min的升温速度将所述烧结坯料第一升温至1200℃，保温4h后冷却至室温;冷却至室温的坯料在真空条件下以10℃/min的升温速度第二升温至900℃第二保温4h，第二冷却至室温，得到高强韧钨合金棒材。
[0090]经检测，上述制备的高强韧钨合金棒材的室温抗拉强度达到1200MPa，伸长率达到25%，冲击韧性达130J/cm2。
[0091]对比例3
[0092](1)步骤均相同，(2)步骤如下：
[0093]将上述制备的均质改性复合粉体放入壁厚约为4mm的橡胶胶套中，然后置于350MPa超高压室内进行冷等静压，得到相对密度为85%左右的冷压坯料;随后，将上述冷压坯料放入氢气保护气氛烧结炉中，在1470℃下进行液相烧结，烧结时间为120min，制得相对密度约为98.6%的液相烧结坯料。
[0094]经检测，上述制备的高密度钨合金棒材的室温抗拉强度为910MPa，伸长率为7%，冲击韧性为55J/cm2。
[0095]由以上实施例可知，本发明提供了一种高强韧高密度钨合金材料及其制备方法，解决了现有技术中烧结态钨合金材料微观组织粗大、成分偏析，合金材料抗拉强度和伸长率以及冲击韧性不高等技术问题。
[0096]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
说明书附图(5)
声明：
“高强韧高密度钨合金材料及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：哈尔滨工业大学（威海）
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