纳米晶钨合金粉末常压烧结的致密化和晶粒长大

高比重合金由于具有密度和强度高、延性好等一系列优异的性能,在军工上被用作动能穿甲弹材料.纳米材料被认为是21世纪应用前景最为广阔的新型材料.采用纳米粉末可望大大细化钨合金晶粒,显著提高合金的强度、延性和硬度等力学性能,因而是制备新型高强韧、高比重钨合金的一个很重要的研究方向.作者采用机械合金化(MA)工艺制备了纳米晶钨合金复合粉末,研究了纳米晶钨合金粉末在常压氢气气氛中的烧结致密化和在烧结过程中的钨晶粒长大行为.研究结果表明,MA纳米晶粉末促进了致密化,使致密化温度降低约100～200℃.在一般固相烧结温度时可以得到晶粒尺寸为3～5μm的细晶高强度合金.同时,指出了在液相烧结时存在的问题,即钨晶粒加速重排、产生晶粒聚集与合并,迅速发生钨晶粒长大,在较短时间内液相烧结时,钨晶粒尺寸又长大到接近传统高比重合金水平.     

纳米晶难熔高比重钨合金的研究现状及应用前景

综述了近几年来纳米晶难熔钨合金的研究状况,分析了纳米晶钨合金在粉末制备和烧结过程中存在的问题,指出了该种新型材料的应用前景.     

他山石

文　　　摘2 0 0 10 4 0 1　纳米晶钨合金粉末常压烧结的致密化和晶粒长大 /范景莲等 / /粉末冶金材料科学与工程 .2 0 0 1,6(2 ) :83- 88高比重合金由于具有密度和强度高、延性好等一系列优异的性能 ,在军工上被用作动能穿甲弹材料。纳米材料被认为是 2 1世纪应用前景最为广阔的新型材料。采用纳米粉末可望大大细化钨合金晶粒 ,显著提高合金的强度、延性和硬度等力学性能 ,因而是制备新型高强韧、高比重钨合金的一个很重要的研究方向。作者采用机械合金化 (ＭＡ)工艺制备了纳米晶钨合金复合粉末 ,研究了纳米晶钨合金粉末在常压氢气气氛中的…     

高性能钨合金制备技术研究现状

综述了钨合金中添加物种类、粉末制备、粉末压制、粉末烧结等工艺以及钨合金的热处理和形变强化后处理工艺。着重介绍了W-Ni-Fe合金中元素的添加原则及各元素的作用,水热法在制备钨合金纳米粉末中的应用及热等静压法在粉末压制中的优势等,并对钨合金的循环热处理及热挤压形变强化工艺进行了重点阐述。指出大尺寸钨合金的强化、多种化合物的同步液相掺杂、钨合金近净成形以及钨晶须增强的非晶态复合等钨合金制备工艺的发展方向。     

高密度W-Ni-Fe合金的烧结新技术

高密度钨合金具有良好的综合力学性能,是军民两用合金材料。由于钨熔点很高,一般只能通过液相烧结才能制备接近全致密的合金。为满足科技发展对高性能钨合金的需求,采用新方法、新工艺,设法降低液相烧结温度和缩短保温时间,制备具有高强度、高韧性的细晶、超细晶或纳米晶钨合金材料是发展趋势。采用新的烧结技术,如:固相烧结、两步烧结、微波烧结、放电等离子烧结等制备高密度钨合金成为近年该领域的研究热点,对这些新工艺的最新研究进展情况进行了介绍。     

纳米晶难熔金属高密度钨合金的研究现状及应用发展前景

综述了近几年来难熔钨合金在纳米晶材料方面的研究状况,介绍了纳米钨合金在粉末制备和烧结中存在的问题,指出了今后该种新型材料的应用发展前景。     

超细、纳米晶硬质合金的原料制备研究

随着电子工业及汽车行业飞速发展,超细、纳米晶硬质合金需求量逐年上升。生产超细、纳米晶硬质合金的关键在于如何制备出性能优良的原料粉末和先进的合金烧结技术。本文侧重讨论采用对普通黄色氧化钨原料进行特殊的工艺处理,制备出粒度分布窄的超细、特细氧化钨产品,然后以此类产品为原料进行超细、纳米晶硬质合金的制备,并进行不同原料制备的合金性能对比。对比超细、纳米晶硬质合金性能,说明粒度细、分布窄的特细黄钨是更适合制备纳米晶硬质合金的原料。     

我国穿甲弹用钨合金研究的最新进展与展望

综合介绍了我国近年来对穿甲弹用高密度钨合金实施添加微量元素合金化强化和旋转锻造、扭转变形、静液挤压等形变强化的研究进展，以及对于绝热剪切机理和数值模拟计算的研究现状，并介绍了机械合金化制备纳米钨合金复合粉末、温压成形及预氧化活化烧结等特种制备技术方面的最新试验研究进展。通过全面分析目前我国穿甲弹用高密度钨合金试验研究中存在的一些主要问题，提出我国穿甲弹用高密度钨合金今后研制的主攻方向，以及促进高性能穿甲弹用钨合金研制应采取的策略与措施。     

La_2O_3对超细钨复合粉末烧结性能与钨合金显微组织的影响

采用溶胶喷雾干燥-煅烧还原方法制备超细/纳米W-La2O3复合粉末,将粉末压制成形后在1 950℃烧结,制备La2O3弥散强化钨合金,检测合金的密度与强度,并采用SEM对超细粉末形貌、合金的组织结构、断口形貌进行分析,结果表明:随La2O3加入量增加,粉末颗粒显著细化,W-0.7%La2O3复合粉末的粒径仅为0.1μm;制备的W-La2O3超细/纳米复合粉末具有很高的烧结活性,烧结后,合金最高相对密度达到99.1%;La2O3均匀弥散分布于钨晶界,抑制钨合金的晶粒长大,提高材料的强度,W-0.7%La2O3合金中钨平均晶粒尺寸仅为8.7μm,抗弯强度达到548 MPa;合金的断裂形式表现为穿晶-沿晶共有的复合断裂形式。     

纳米钨合金材料的研究与应用

采用纳米粉末制备的纳米钨合金块体材料具有非常优越的潜在物理力学性能,用作高性能结构件和高性能电子、微电子等功能材料等方面都将具有很大的潜在优势,可以更好地满足高性能新型材料的要求.本文综述了近几年国内外纳米难熔钨合金材料的研究状况,详细地介绍了数种纳米钨合金粉末制备的制备技术和在纳米钨合金材料制备中所取得的成绩,分析了纳米钨合金在粉末制备和烧结中存在的问题.针对纳米粉末烧结时的晶粒长大问题,介绍了可能的几种纳米块体材料的烧结技术和今后纳米难熔钨合金材料的研究发展方向,并指出了今后该种新型材料的应用发展前景.     

Sintering of Tungsten and Tungsten Heavy Alloys of W–Ni–Fe and W–Ni–Cu: A Review

Tungsten is a refractory metal possessing good mechanical properties of high strength, high yield point, and high resistance to creep. Therefore, tungsten and its alloys are used in many high temperature applications. Due to the high melting point, they are generally processed through powder metallurgy method. The powders are compacted using die pressing or isostatic pressing. The compacts are sintered in a sintering furnace to achieve high density, thereby, making the metal suitable for further processing. This article reviews the recent research findings of consolidating tungsten and its alloys (W–Ni–Fe and W–Ni–Cu), from preparation of powder alloys to sintering of the compact. The advances in sintering are based on the objective of achieving good densification of the metal at lower temperature and at faster rate. The use of microwave sintering and spark plasma sintering techniques resulted in significant reduction in sintering time and producing products of good mechanical properties.     

注射成形高比重合金的致密化与变形控制

研究了注射成形高比重合金的致密化和变形行为,实验表明在液相烧结过程中,由于重力的作用导致粘性流动,样品发生变形,对W含量较高的合金,采用2步烧结工艺可以有效地控制变形,在此工艺中,压坯首先在粘结相熔点温度以下烧结,形成W连通骨架,然后在高于粘结相熔点以上的温度下烧结较短时间以达到全致密,对于W含量较低的高比重合金,将原始混合粉末采用机械合金化,然后再进行固相烧结,可以得到性能很好的无变形合金。     

掺杂氧化铝对纳米钨粉烧结过程的影响

以碳热预还原和氢气深还原两步制备的纳米钨粉作为烧结原料,即先通过碳黑还原脱除三氧化钨中的大部分氧,再以氢还原脱除残留的氧。该方法制备的钨粉颗粒呈球形形貌,平均晶粒度可达90 nm。同时,向钨粉中掺杂质量分数为1%和2%的氧化铝,探究了氧化铝对钨粉烧结行为的影响。通过烧结样品的断口形貌和晶粒的平均尺寸分析发现,氧化铝对烧结后期的晶粒长大有明显的抑制作用,相同的烧结温度下晶粒的尺寸随着氧化铝含量的上升而减小。在1600 ℃时,纯钨粉烧结坯的晶粒平均尺寸为2.75 μm,但添加质量分数为1%和2%氧化铝的烧结样品晶粒平均尺寸约为1.5 μm,这是由于氧化铝能有效地抑制烧结后期的钨粉晶粒长大。纯钨粉和掺杂氧化铝钨粉的烧结坯的硬度随温度升高具有不同的趋势。掺杂钨粉烧结坯的硬度随着温度的升高而升高,且其最大值高于800 HV。但是,纯钨粉烧结坯的硬度随烧结温度增加而先增加后降低,在1400 ℃时取得最大值（473.6 HV）,这是由纯钨粉烧结坯的晶粒在高温下急剧长大所导致。在烧结温度为1600 ℃时,纯钨粉、掺杂质量分数1%和2%的氧化铝掺杂的钨粉的烧结坯的相对密度依次为98.52%、95.43%和93.5%。      

纳米钨合金材料的研究与应用

采用纳米粉末制备的纳米钨合金块体材料具有非常优越的潜在物理力学性能。用作高性能结构件和高性能电子、微电子等功能材料等方面都将具有很大的潜在优势,可以更好地满足高性能新型材料的要求。本文综述了近几年国内外纳米难溶钨合金材料的研究状况,详细地介绍了数种纳米钨合金粉末制备和制备技术和纳米钨合金材料制备中所取得的成绩,分析了纳米钨合金在粉末制备和烧结中存在的问题。针对纳米粉末烧结时的晶粒长大问题,介绍了可能的几种纳米块体材料的烧结技术和今后纳米难熔钨合金材料的研究发展方向,并指出了今后该种新型材料的的应用发展前景。     

放电等离子体烧结W粉数值模拟

根据传热学以及电磁理论,在放电等离子体烧结的典型烧结条件下建立了电热耦合控制方程,利用有限元方法对W粉试样在烧结中的电热效应进行了数值模拟,得到烧结过程中电流密度、能量密度以及温度场分布。结果表明:放电等离子体烧结升温速率快,半径大小影响模具轴向温度梯度,试样径向有较高的温度梯度,影响烧结后试样的均匀性。     

钨电极的金属注射成形工艺研究

以W-1.5%La2O3合金粉末为原料,采用金属注射成形技术,通过粉末和喂料的制备、注射、脱脂和烧结等工序,制造了一种薄壁、大长径比的杯状电极材料。研究了不同粒度的钨粉对于喂料制备和烧结工艺的影响,以及采用传统的烧结工艺和Ni元素活化烧结工艺对烧结坯的密度的影响。采用亚微米钨粉或活化烧结得到的镧钨电极的致密度达到98.3%,可以满足使用要求。     

难熔钨合金与硬质合金的研究新动向

难熔钨合金和硬质合金在工业中应用很广泛,本文主要介绍近年来在超细/纳米钨合金和硬质合金粉末和合金制备技术方面的研究新进展,重点阐述了注射成形、喷雾转换、溶胶-喷雾干燥-热还原以及合金的晶粒控制等技术,并指出了今后钨合金和硬质合金的研究发展方向。     

Netshaping concepts for tungsten alloys and composites

Abstract

The conventional powder metallurgy (PM) approach of compaction and sintering has been used extensively in the fabrication of tungsten alloys and composite hardmetals based on WC-Co. In fact, these are some of the earliest known materials to have been fabricated by the PM route. The last 15-20 years have seen the emergence of a new shaping technique of powder injection moulding (PIM) which can shape such tungsten metal alloys and composites into complex near net shaped components. The PIM process starts with the mixing of an organic binder with the desired powders in the form of a homogeneous mixture, known as a feedstock. The feedstock, like plastics, can be moulded into near net shapes from which the organic part is removed and then the material can be sintered to almost theoretical density. This produces complex, near net shaped parts that have properties that are comparable to that of the press and sintered materials. This paper will provide a brief overview of the use of PIM in tungsten based alloys and composites and discuss some of the applications of these materials.     

用机械活化与化学活化方法制备 W-Cu 合金

为了改进制备工艺和提高W－Cu合金的性能,对原材料粉末做了机械活化和化学活化处理,通过成形和烧结制备了W－Cu合金,考察了经机械活化和化学活化后粉末的变化,观察了烧结合金的组织、测试了合金的密度等性能。结果表明,机械活化可以使粉末颗粒变细,至亚微米乃至纳米级、比表面增大、缺陷增多,并使铜在钨中具有一定溶解度。化学活化可以在粉末颗粒表面形成微量合金元素的较均匀分布,并通过反应形成高活性层。二者都能使粉末的活性提高,对经活化处理的粉末施以烧结可以获得较高密度和性能的W－Cu合金。     

激光烧结钨基合金组织性能研究

采用激光烧结技术制备了钽、铼掺杂钨基合金,利用扫描电子显微镜、金相显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计等设备表征了钨基合金试样的组织和性能。结果表明,激光功率及激光扫描速度是影响钨合金块体相对密度的重要因素,通过对参数的优化可获得致密的钨合金块体材料;通过粉体解吸脱氧预处理和惰性气体保护可以避免粉体的氧化;显微组织观察表明,在激光烧结过程中,试样内部发生了静态再结晶;在试样芯部形成了较粉体颗粒明显增大的等轴晶粒,在试样边缘形成了尺寸略大于粉体粒径的等轴晶粒;X射线衍射测试结果表明,加入的钽元素在钨基体中以固溶原子的形式存在;性能测试结果表明,随着钽加入量的增加,试样的密度下降,但显微硬度随之提高。