[发明专利]弹用高比重钨合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹用高比重钨合金，同时还涉及弹用高比重钨合金的制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

高比重钨合金是一类以钨为基体，并添加有Ni、Fe、Co、Cu、Mo、Cr等元素的合金，密度通常为17.5～19.0g/cm³。高比重钨合金不仅密度大，而且还具有熔点高、强度大、硬度高、导电导热性好、热膨胀系数小、蒸汽压低以及高温强度大等优点，这些优异的性能使其在国防、核工业特别是民用工业等得到广泛应用，如钨合金用于杆式动能穿甲弹弹芯材料以及平衡配重元件、惯性元件、射线屏蔽材料等。随着主战坦克、舰船装甲及各种军用工事的日益强化，对弹用材料的性能提出了越来越高的要求。高比重钨合金动能穿甲弹的穿甲威力大，与贫铀合金穿甲弹相比具有无毒性、无放射性污染等优点，是现今世界各国主要的穿甲武器装备，也是今后发展的方向。然而，穿甲弹芯用高比重钨合金尚存在粘结相分布不均、氢脆、金属间化合物偏析、残余孔隙多等诸多影响性能稳定性的缺陷，而且烧结态高比重钨合金毛坯强度和塑性均较低，常规W-Ni-Fe系高密度钨合金的动态拉伸性能还需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度、高塑性弹用高比重钨合金。

同时，本发明还提供一种上述弹用高比重钨合金的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

弹用高比重钨合金，以质量百分数计，合金成分如下：

钨(W)90.0％～97.0％，

氧化锆(ZrO₂)0.1％～2.0％，

粘结相镍和铁(Ni、Fe)2.0％～9.9％，镍与铁的质量比为3～4:2～1；

以及不可避免的杂质。

弹用高比重钨合金的制备方法，步骤如下：分别将偏钨酸铵(AMT)、硝酸锆(Zr(NO₃)₄·5H₂O)溶于水中，混合，混合液干燥得粉末，粉末经煅烧、还原得到复合钨粉；取镍粉、铁粉，混合后球磨，得到镍铁固溶体；将复合钨粉、镍铁固溶体混合，混合粉经压制、烧结，即得。

所述偏钨酸铵与硝酸锆的质量比为123～133:0.35～7.0，优选为123.36～132.96:0.35～6.97。偏钨酸铵的纯度大于99.7％，粒度小于200目。硝酸锆的纯度大于99.5％，粒度小于120目。

所述煅烧的温度为400～600℃，煅烧时间4～5h。

所述还原分两段进行，第一段还原温度450～600℃，还原时间1～2h，第二段还原温度850～900℃，还原时间2～4h。

所述复合钨粉的颗粒尺寸为500～1000nm。

所述镍粉与偏钨酸铵质量比为1.4～7:123～133，优选为1.40～6.97:123.36～132.96，镍粉与铁粉的质量比为3～4:2～1。镍粉优选纯度99.5％以上、平均粒度2～8μm的羰基镍粉。铁粉优选纯度99.5％以上、平均粒度2～8μm的羰基铁粉。

所述镍铁固溶体的颗粒尺寸为0.8～2μm，球磨后为亚微米晶。

所述球磨的转速为200～350rpm，球磨时间20～35h。球磨在惰性气氛(如纯度99.99％以上的高纯氩气)中进行，以防粉末被氧化。球磨材料可采用GCrl5小球(直径如6mm)，球料比(质量比)为5～15:1。

所述压制的压力为200～350MPa，保压时间20～40min。在该压力下可获得密度较高、增强相均匀分布、孔隙度均匀的坯料，其在后续的烧结工艺中可均匀填充孔隙，不易造成成分偏析。

所述烧结的温度为1450～1550℃，保温时间120～180min。烧结温度过低或烧结时间过短会使掺杂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；而烧结温度过高或烧结时间过长，则会产生钨晶粒的聚集长大，导致合金中钨颗粒大小不均且粘结相分布不均匀，易使合金的延伸性降低。

本发明的有益效果：

钨合金中氧化物的成分、添加量及添加方式对合金的力学性能有着重要影响。本发明以液液掺杂方式，将偏钨酸铵溶液与硝酸锆溶液充分混合后蒸干获得干燥粉末，然后进行煅烧、还原处理，在还原过程中WO₃在氢气气氛中挥发并转入气相，以蒸气形式被还原并沉积在低价氧化钨或掺杂相ZrO₂表面，形成成分均匀分布的复合钨粉。这种液-液掺杂和共还原工艺，保证了复合钨粉中各成分的均匀一致性。