[发明专利]一种钨镍合金及其制备方法

说明书

本发明提供一种钨镍合金及其制备方法，该钨镍合金的成分质量百分比为：W：20‑80%，Ni：80‑20%，Ti：0‑3%，Al：0‑4%，Nb：0‑10%，Ta：0‑12%。制备方法依次包括如下步骤：气雾化喷雾制粉、热等静压、热处理。本发明的钨镍合金的制备方法优点在于制备的钨镍合金组织均匀、工艺流程短、可以制备复杂的形状从而节约原料，材料室温抗拉强度达到1000‑2100MPa之间、屈服强度在500‑1500 MPa之间、延伸率在15‑60%之间，本发明所制备的钨镍合金适用于高能射线屏蔽防护、高速动能武器等领域，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明属于难熔金属材料领域，涉及一种钨镍合金及其制备方法。

背景技术

高速动能武器主要是指穿甲、破甲及钻地弹等，依靠弹体高的密度和动能打击移动或固定目标。最早出现于19世纪60年，主要应用于对付覆盖有装甲的工事和舰艇；第一次世界大战，开始应用于打击对方的坦克等重型装备，一般采用高强钢和碳化钨材料；20世纪70年代，采用钨合金（主要为钨镍铁并添加一定的微量元素）和贫铀合金作为弹芯，可击穿大倾角的装甲和复合装甲。弹芯的动能和弹芯的材料性能决定了对目标的破坏效果，弹芯的硬度必须高，也就是说材料的强度一定要搞，同时要保证良好的韧性以保证发射和碰撞装甲时不易破碎。目前弹芯的主要材料为高强钢、碳化钨、钨合金和贫铀合金：高强钢具有良好的强度和韧性，并且通过调整热处理工艺得到希望的性能，缺点是高强钢的密度低，只有8g/cm3左右，毁伤效果偏弱；碳化钨有较高的密度，可以达到15 g/cm3，其硬度也很高可以达到HRA90以上，缺点是韧性差；钨合金具有高的密度可以达到17 g/cm3以上，通过变形强化+热处理的形式，性能最高可以达到1700MPa，缺点是高的强度需要采用精密锻造机进行大变形量变形得到，缺点成本偏高同时弹芯的尺寸会受到影响；贫铀合金材料弹芯在使用后会造成放射线污染，很多国家已经禁止使用。

钨镍合金由钨镍两种元素组成，通过改变钨的含量，可以得到密度10-16g/cm3的合金，钨元素能够固溶到镍元素中，室温下固溶度最大能达到32%左右，而在1500℃时，固溶度达到38%左右；镍钨固溶体为面心立方结构，具有良好的韧性，一般延伸率在40-60%之间，而随着钨含量的增加，晶格畸变增大、固溶强化效果增加，强度可以达到1100MPa。在970℃以上时，钨含量超过38%以后，合金组织为两相组织：基体相为钨镍固溶体相、强化相为钨相；强化相的作用为阻碍位错移动的质点，从而增强基体的强度，强化相的尺寸和分布决定了强化的效果。合金从高温冷却到室温的过程中，会有中间相Ni4W的形成，Ni4W为硬脆相，通过热处理可以控制此相的析出及析出量，影响材料的强度和韧性。通过控制加入钨颗粒的尺寸和通过调整Ni4W相的析出，在提高密度和强度的同时，保证材料的韧性。所以，钨镍合金拥有高的密度、高的强度和良好的韧性可以作为高度动能武器的弹芯材料。