一種鎢合金及其製備方法與流程
2023-10-11 17:53:04 1
本發明涉及一種鎢合金及其製備方法。
背景技術：
鎢合金是以鎢為基加入其他元素組成的合金。在金屬中，鎢的熔點最高，高溫強度和抗蠕變性能以及導熱、導電和電子發射性能都好，比重大，除大量用於製造硬質合金和作合金添加劑外，鎢及其合金廣泛用於電子、電光源工業，也在航天、鑄造、武器等部門中用於製作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點、發熱體和隔熱屏等。
1907年，一種低鎳含量的鎢合金問世， 它是通過機械加工方法製備的，但是嚴重的脆性妨礙了它的應用。直到1909年，美國通用電器公司的庫利奇(w．D．Coolidge)通過粉末冶金法製得 鎢坯條，再利用機械加工生產出在室溫下具有延性的鎢絲，從而奠定了鎢絲加工業的基礎，也奠定了粉末冶金的基礎。
然而這種「延性」鎢合金在燈泡點燃後表現出明顯的脆性。1913年，平奇(Pintsch)發明了釷鎢絲(ThO2的 含量為1%～2%)，從而使白熾燈絲的脆性大大降低。起初，燈絲的下垂(見鎢絲的抗下垂性能)並不是一個問題，因為此時的燈絲是直絲，但1913年以後， 蘭米爾(Langmuir)將直絲改為螺旋絲，這樣，當燈泡使用時，高的工作溫度和自重的作用使燈絲下垂，因而純鎢和釷鎢都難以滿足使用要求。
為了解決鎢絲下垂和壽命短等問題，1917年，柏斯(A．Pacz)發明了高溫下「不變形」的鎢合金。起初，他在製備純鎢時採用耐火坩堝焙燒WO3，無意中發現用這種WO3還原所得鎢粉製成的鎢絲螺旋，經再結晶後異常神秘地不再下垂。隨後，經過218次反覆實驗驗證，他終於發現在鎢酸(WO3·H2O)中添加鉀和鈉的矽酸鹽，經過還原、壓制、燒結、加工等製得的鎢絲，再結晶後形成相當粗的晶粒結構，既不軟又抗下垂，這是最早的不下垂鎢絲。柏斯的發現奠定了不下垂鎢絲的生產基礎，直到現在美國仍稱不下垂鎢絲為「218鎢絲」，以紀念柏斯的這項重大發現。
摻雜鎢合金的生產工序冗長，包括鎢冶煉、粉末冶金制坯和塑性加工幾個主要階段。
摻雜鎢合金的生產通常選用仲鎢酸銨(APT)為原料。從鎢精礦製取仲鎢酸銨除了傳 統的經典工藝外，20世紀50年代國際上開展了萃取法和離子交換法的研究，中國在70年代也採用了這些工藝，從而簡化了工藝流程，提高了鎢的回收率。20世紀60年代以來，許多國家都相繼採用藍色氧化鎢摻雜工藝代替三氧化鎢摻雜，從而提高了摻雜效果。鎢粉的酸洗是20世紀60年代開始應用於生產的，其主要目的在於洗去鎢粉中多餘的摻雜劑、超細粉和部分有害雜質，從而改善加工性能，提高鎢絲的高溫性能。從20世紀60年代開始，孔型軋製法不斷得到應用。孔型軋制是使坯料在一對旋轉著的軋輥的孔 型中通過，在軋輥壓力的作用下使斷面減縮和長度延伸。
雖然只有少部分鎢礦最終被做成燈鎢絲和類似的產品，鎢在科學上和技術上所承擔的最重要的意義就是其研究成果向實際應用的轉換。所獲得的知識在粉末冶金新的領域，尤其是在硬質合金的製造上具有不可估量的價值。然而，目前市面上的鎢合金強度不足。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種強度高的鎢合金及其製備方法。
為解決上述問題，本發明採用如下技術方案：
一種鎢合金，包括以下重量份數配比的原料：鎢100-102份、鋁10-12份、銅8-10份、氧化鉬1-3份、錳4-6份、硼化釩1-3份、氧化釹2-4份、錫1-3份、氧化鏑1-3份、氧化鐠2-4份、氧化釔5-7份、三氧化二鉻2-4份、碳化硼1-3份、鈦白粉6-8份、碳化矽1-3份和石墨粉1-3份。
進一步的，包括以下重量份數配比的原料：鎢102份、鋁10份、銅8份、氧化鉬1份、錳4份、硼化釩1份、氧化釹2份、錫1份、氧化鏑1份、氧化鐠2份、氧化釔5份、三氧化二鉻2份、碳化硼1份、鈦白粉6份、碳化矽1份和石墨粉1份。
進一步的，包括以下重量份數配比的原料：鎢100份、鋁12份、銅10份、氧化鉬3份、錳6份、硼化釩3份、氧化釹4份、錫3份、氧化鏑3份、氧化鐠4份、氧化釔7份、三氧化二鉻4份、碳化硼3份、鈦白粉8份、碳化矽3份和石墨粉3份。
進一步的，包括以下重量份數配比的原料：鎢101份、鋁11份、銅9份、氧化鉬2份、錳5份、硼化釩2份、氧化釹3份、錫2份、氧化鏑2份、氧化鐠3份、氧化釔6份、三氧化二鉻3份、碳化硼2份、鈦白粉7份、碳化矽2份和石墨粉2份。
本發明要解決的另一技術問題是提供一種鎢合金的製備方法，包括以下步驟：
1）將鎢100-102份、鋁10-12份、銅8-10份、氧化鉬1-3份和錳4-6份一起倒入到金屬熔煉爐中，然後加熱至1100℃，待所有原料完全熔化後進行攪拌，製得液體金屬，備用；
2）將硼化釩1-3份、氧化釹2-4份、錫1-3份、氧化鏑1-3份、氧化鐠2-4份、氧化釔5-7份、三氧化二鉻2-4份、碳化硼1-3份、鈦白粉6-8份、碳化矽1-3份和石墨粉1-3份一起倒入到步驟1）製得的液體混合金屬中，並繼續加熱10分鐘，充分攪拌，製得混合液體金屬，備用；
3）將步驟2）製得的混合液體金屬倒入到壓鑄機中進行壓鑄，即得鎢合金。
本發明的有益效果是：通過添加有氧化鏑、氧化鐠、氧化釔等含有稀土元素的物質對鎢進行改性，使得鎢的相結構和微觀組織都發生很大的變化，並且添加了三氧化二鉻和碳化硼進行進一步加強，使得成品具有優秀的強度。
具體實施方式
實施例1：
一種鎢合金，包括以下重量份數配比的原料：鎢102份、鋁10份、銅8份、氧化鉬1份、錳4份、硼化釩1份、氧化釹2份、錫1份、氧化鏑1份、氧化鐠2份、氧化釔5份、三氧化二鉻2份、碳化硼1份、鈦白粉6份、碳化矽1份和石墨粉1份。
一種鎢合金的製備方法包括以下步驟：
1）將鎢102份、鋁10份、銅8份、氧化鉬1份和錳4份一起倒入到金屬熔煉爐中，然後加熱至1100℃，待所有原料完全熔化後進行攪拌，製得液體金屬，備用；
2）將硼化釩1份、氧化釹2份、錫1份、氧化鏑1份、氧化鐠2份、氧化釔5份、三氧化二鉻2份、碳化硼1份、鈦白粉6份、碳化矽1份和石墨粉1份一起倒入到步驟1）製得的液體混合金屬中，並繼續加熱10分鐘，充分攪拌，製得混合液體金屬，備用；
3）將步驟2）製得的混合液體金屬倒入到壓鑄機中進行壓鑄，即得鎢合金。
實施例2：
一種鎢合金，包括以下重量份數配比的原料：鎢100份、鋁12份、銅10份、氧化鉬3份、錳6份、硼化釩3份、氧化釹4份、錫3份、氧化鏑3份、氧化鐠4份、氧化釔7份、三氧化二鉻4份、碳化硼3份、鈦白粉8份、碳化矽3份和石墨粉3份。
一種鎢合金的製備方法，包括以下步驟：
1）將鎢100份、鋁12份、銅10份、氧化鉬3份和錳6份一起倒入到金屬熔煉爐中，然後加熱至1100℃，待所有原料完全熔化後進行攪拌，製得液體金屬，備用；
2）將硼化釩3份、氧化釹4份、錫3份、氧化鏑3份、氧化鐠4份、氧化釔7份、三氧化二鉻4份、碳化硼3份、鈦白粉8份、碳化矽3份和石墨粉3份一起倒入到步驟1）製得的液體混合金屬中，並繼續加熱10分鐘，充分攪拌，製得混合液體金屬，備用；
3）將步驟2）製得的混合液體金屬倒入到壓鑄機中進行壓鑄，即得鎢合金。
實施例3：
一種鎢合金，包括以下重量份數配比的原料：鎢101份、鋁11份、銅9份、氧化鉬2份、錳5份、硼化釩2份、氧化釹3份、錫2份、氧化鏑2份、氧化鐠3份、氧化釔6份、三氧化二鉻3份、碳化硼2份、鈦白粉7份、碳化矽2份和石墨粉2份。
一種鎢合金的製備方法，包括以下步驟：
1）將鎢101份、鋁11份、銅9份、氧化鉬2份和錳5份一起倒入到金屬熔煉爐中，然後加熱至1100℃，待所有原料完全熔化後進行攪拌，製得液體金屬，備用；
2）將硼化釩2份、氧化釹3份、錫2份、氧化鏑2份、氧化鐠3份、氧化釔6份、三氧化二鉻3份、碳化硼2份、鈦白粉7份、碳化矽2份和石墨粉2份一起倒入到步驟1）製得的液體混合金屬中，並繼續加熱10分鐘，充分攪拌，製得混合液體金屬，備用；
3）將步驟2）製得的混合液體金屬倒入到壓鑄機中進行壓鑄，即得鎢合金。
實驗例
將本發明的鎢合金作為實驗組，現有的鎢合金作為對照組進行對照實驗，具體結果如下表所示：
通過對2組實驗進行檢查，本發明的鎢合金與現有的普通的鎢合金相比硬度和抗壓強度高。
本發明的有益效果是：通過添加有氧化鏑、氧化鐠、氧化釔等含有稀土元素的物質對鎢進行改性，使得鎢的相結構和微觀組織都發生很大的變化，並且添加了三氧化二鉻和碳化硼進行進一步加強，使得成品具有優秀的強度。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何不經過創造性勞動想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。