一種具有高溫穩定性的鎢-碳化鋯-錸合金及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合金及制備方法，尤其是一種鎢-碳化鋯-錸合金及其制備方法。
【背景技術】
[0002]金屬鎢是稀有高熔點金屬，其化學性質穩定，常溫時不跟空氣和水反應，不溶于鹽酸、硫酸、硝酸和堿溶液。然而，鎢的再結晶溫度低，高溫下容易再結晶脆化，而且高溫強度低；此外，由于鎢的高韌脆轉變溫度，使得鎢很難加工成型。近期，人們為了改善金屬鎢的性能，做了一些嘗試和努力，《Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials))2015年第51卷的文章中公開了一種通過第二相彌散強化的鎢合金。它通過將碳化鋯分布于鎢的晶界處來起到彌散強化和細化晶粒的作用，其雖可提高合金的高溫強度，但是，其再結晶溫度(1200°C)較于純鎢的再結晶溫度(1100°C)并沒有明顯提高，其韌脆轉變溫度(600°C)較于純鎢的韌脆轉變溫度(700°C)也沒有顯著降低，并且其延伸率也較低? 10%)ο早在上世紀60年代，人們已經深入研宄了鎢錸合金，得知添加不同含量的錸可以使再結晶溫度提高200~400°C，錸的固溶軟化效應可以改善鎢的韌性。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種在高溫具有較高而且穩定的強度和高延伸率，同時具有高再結晶溫度、較低韌脆轉變溫度的鎢-碳化錯_鍊合金。
[0004]本發明要解決的另一個技術問題為提供一種上述鎢-碳化鋯-錸合金的制備方法。
為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為:鎢-碳化鋯-錸合金主要由金屬鎢組成，所述合金中還含有0.2-1.0wt%的碳化鋯(ZrC)和0.5-3.0wt%的錸(Re);所述碳化鋯初始粉體的粒徑為10?50nm，錸初始粉體的粒徑為l_2um，初始鎢粉體的粒徑為0.3?0.6 μ m0
[0005]為解決本發明的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為:上述鎢-碳化鋯-錸合金的制備方法由粉末冶金法組成，主要步驟如下:
步驟I，按照重量百分比為96.0-99.3wt%:0.2-1.0wt%:0.5-3.0wt%的比例，將金屬鎢粉體、碳化鋯粉體和錸粉體置于保護性氣氛或真空或酒精中混合均勻，其中，金屬鎢粉體的粒徑< 0.6 μ m，碳化錯粉體的粒徑< 50nm，錸粉體的粒徑< 2um，得到混合合金粉體；
步驟2，先將混合物置于壓力為200?600MPa下壓制成生坯，再將生坯置于保護性氣氛或真空中，制得鎢-碳化鋯-錸合金。
[0006]上述步驟2也可為:將混合合金粉體置于保護性氣氛或真空中，于壓力為100?200MPa、溫度為1500?2000°C下熱等靜壓燒結成型，制得鎢-碳化鋯-錸合金。
[0007]或者，將混合合金粉體置于保護性氣氛或真空中，于壓力為30?70MPa、溫度為1500?2000°C下放電等離子燒結成型，制得鎢-碳化鋯-錸合金。
[0008]或者，將混合合金粉體置于保護性氣氛或真空中，于壓力為30?70MPa、溫度為1500?2000°C下熱壓燒結成型，制得鎢-碳化鋯-錸合金。
[0009]作為鎢-碳化鋯-錸合金的制備方法的進一步改進，可將燒結成型后的鎢-碳化鋯-錸合金置于保護性氣氛或真空中冷卻，以利于確保合金的整體品質。
[0010]更進一步地，上述真空的真空度彡10Pa;上述保護性氣氛可為氫氣、氮氣、氬氣氣氛。
[0011]相對于現有技術的有益效果是:
其一，對制得的目標產物分別使用掃描電鏡、透射電鏡進行表征，由其結果可知，目標產物致密、無裂紋；合金的晶粒尺寸為2?6 μ m，合金中碳化錯的粒徑為10?50nm，合金中錸與鎢形成固溶體；將產物在1800°C真空保溫Ih冷卻至室溫后，晶粒大小(2-6um)較退火前晶粒大小(l-5um)有較小程度長大，由此看出其再結晶溫度在1800°C以上。鎢中添加微量納米碳化鋯作為彌散顆粒，起到釘扎位錯和抑制晶界迀移的作用，從而提高鎢的高溫強度。鎢中添加微量錸，降低了塑性變形開始所需的臨界應力，從而降低韌脆轉變溫度，提高延伸率；再結晶溫度的提高是由于錸顯著提高了鎢中晶界的結合力。
[0012]其二，使用材料試驗機對目標產物分別進高溫拉伸試驗，試驗時應變速率恒定為SX1、—1，測得1800°C退火后的目標產物的性能較于退火前保持穩定甚至更加優越，在高溫強度、延伸率方面均優于純鎢，而且出現塑性的溫度也低于純鎢。鎢-碳化鋯-錸合金在500°C出現塑性，在500°C ~700°C的強度均MOOMPa，延伸率均>25%。
[0013]其三，制備方法簡單、科學、高效，不僅制得了鎢-碳化鋯-錸合金；還使其具有較低的韌脆轉變溫度、較高的高溫強度和塑性及高再結晶溫度的優異性能，使其可望在照明、高溫部件、航空航天器件、耐高溫容器及聚變反應堆中面向等離子體壁等方面得到廣泛的應用。
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖對本發明的優選方式作進一步詳細的描述。
圖1是對采用同一燒結成型方法獲得的純鎢和目標產物及退火后的產物分別使用掃描電鏡(SEM)進行表征的結果。其中，圖1a為純鎢的SEM圖像及晶粒尺寸統計；圖1b為目標產物的SEM圖像及晶粒尺寸統計；圖1c為退火后目標產物的SEM圖像及晶粒尺寸統計。
[0015]圖2是對目標產物使用透射電鏡(TEM)及其附帶的能譜(EDS)測試儀進行元素面掃描的結果之一。其中，圖2a為目標產物的TEM圖像；圖2b為目標產物的EDS譜圖。
[0016]圖3是使用材料試驗機對純鎢和目標產物分別進行高溫拉伸的表征結果。其中分別為純鎢的高溫拉伸曲線、目標產物的高溫拉伸曲線、退火后目標產物的高溫拉伸曲線。
【具體實施方式】
[0017]首先從市場購得或用常規方法制得:
粒徑< 0.6 μ??的金屬鶴粉體；粒徑< 50nm的碳化錯粉；粒徑< 2um的錸粉；作為保護性氣體的氫氣、氮氣、或氬氣。
實施例1
[0018]制備的具體步驟為: 步驟I，按照重量百分比為96.0-99.3wt%:0.2-1.0wt%:0.5-3.0wt%的比例，將金屬鎢粉體、碳化鋯粉體、錸粉體置于保護性氣氛(或真空或酒精)中混合均勻；其中，金屬鎢粉體的粒徑為0.6 μ m，碳化鋯粉體的粒徑為10?50nm，錸粉體的粒徑為l_2um，保護性氣氛為氫氣氣氛(或真空的真空度為彡lOOPa)，得到混合粉體。
[0019]步驟2，先將混合粉體置于壓力為200MPa