一种具有高温稳定性的钨-碳化锆-铼合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金及制备方法，尤其是一种钨-碳化锆-铼合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属钨是稀有高熔点金属，其化学性质稳定，常温时不跟空气和水反应，不溶于盐酸、硫酸、硝酸和碱溶液。然而，钨的再结晶温度低，高温下容易再结晶脆化，而且高温强度低；此外，由于钨的高韧脆转变温度，使得钨很难加工成型。近期，人们为了改善金属钨的性能，做了一些尝试和努力，《Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials))2015年第51卷的文章中公开了一种通过第二相弥散强化的钨合金。它通过将碳化锆分布于钨的晶界处来起到弥散强化和细化晶粒的作用，其虽可提高合金的高温强度，但是，其再结晶温度(1200°C)较于纯钨的再结晶温度(1100°C)并没有明显提高，其韧脆转变温度(600°C)较于纯钨的韧脆转变温度(700°C)也没有显著降低，并且其延伸率也较低? 10%)ο早在上世纪60年代，人们已经深入研宄了钨铼合金，得知添加不同含量的铼可以使再结晶温度提高200~400°C，铼的固溶软化效应可以改善钨的韧性。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种在高温具有较高而且稳定的强度和高延伸率，同时具有高再结晶温度、较低韧脆转变温度的钨-碳化错_鍊合金。
[0004]本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述钨-碳化锆-铼合金的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为:钨-碳化锆-铼合金主要由金属钨组成，所述合金中还含有0.2-1.0wt%的碳化锆(ZrC)和0.5-3.0wt%的铼(Re);所述碳化锆初始粉体的粒径为10?50nm，铼初始粉体的粒径为l_2um，初始钨粉体的粒径为0.3?0.6 μ m0
[0005]为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为:上述钨-碳化锆-铼合金的制备方法由粉末冶金法组成，主要步骤如下:
步骤I，按照重量百分比为96.0-99.3wt%:0.2-1.0wt%:0.5-3.0wt%的比例，将金属钨粉体、碳化锆粉体和铼粉体置于保护性气氛或真空或酒精中混合均匀，其中，金属钨粉体的粒径< 0.6 μ m，碳化错粉体的粒径< 50nm，铼粉体的粒径< 2um，得到混合合金粉体；
步骤2，先将混合物置于压力为200?600MPa下压制成生坯，再将生坯置于保护性气氛或真空中，制得钨-碳化锆-铼合金。
[0006]上述步骤2也可为:将混合合金粉体置于保护性气氛或真空中，于压力为100?200MPa、温度为1500?2000°C下热等静压烧结成型，制得钨-碳化锆-铼合金。
[0007]或者，将混合合金粉体置于保护性气氛或真空中，于压力为30?70MPa、温度为1500?2000°C下放电等离子烧结成型，制得钨-碳化锆-铼合金。
[0008]或者，将混合合金粉体置于保护性气氛或真空中，于压力为30?70MPa、温度为1500?2000°C下热压烧结成型，制得钨-碳化锆-铼合金。
[0009]作为钨-碳化锆-铼合金的制备方法的进一步改进，可将烧结成型后的钨-碳化锆-铼合金置于保护性气氛或真空中冷却，以利于确保合金的整体品质。
[0010]更进一步地，上述真空的真空度彡10Pa;上述保护性气氛可为氢气、氮气、氩气气氛。
[0011]相对于现有技术的有益效果是:
其一，对制得的目标产物分别使用扫描电镜、透射电镜进行表征，由其结果可知，目标产物致密、无裂纹；合金的晶粒尺寸为2?6 μ m，合金中碳化错的粒径为10?50nm，合金中铼与钨形成固溶体；将产物在1800°C真空保温Ih冷却至室温后，晶粒大小(2-6um)较退火前晶粒大小(l-5um)有较小程度长大，由此看出其再结晶温度在1800°C以上。钨中添加微量纳米碳化锆作为弥散颗粒，起到钉扎位错和抑制晶界迀移的作用，从而提高钨的高温强度。钨中添加微量铼，降低了塑性变形开始所需的临界应力，从而降低韧脆转变温度，提高延伸率；再结晶温度的提高是由于铼显著提高了钨中晶界的结合力。
[0012]其二，使用材料试验机对目标产物分别进高温拉伸试验，试验时应变速率恒定为SX1、—1，测得1800°C退火后的目标产物的性能较于退火前保持稳定甚至更加优越，在高温强度、延伸率方面均优于纯钨，而且出现塑性的温度也低于纯钨。钨-碳化锆-铼合金在500°C出现塑性，在500°C ~700°C的强度均MOOMPa，延伸率均>25%。
[0013]其三，制备方法简单、科学、高效，不仅制得了钨-碳化锆-铼合金；还使其具有较低的韧脆转变温度、较高的高温强度和塑性及高再结晶温度的优异性能，使其可望在照明、高温部件、航空航天器件、耐高温容器及聚变反应堆中面向等离子体壁等方面得到广泛的应用。
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
图1是对采用同一烧结成型方法获得的纯钨和目标产物及退火后的产物分别使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果。其中，图1a为纯钨的SEM图像及晶粒尺寸统计；图1b为目标产物的SEM图像及晶粒尺寸统计；图1c为退火后目标产物的SEM图像及晶粒尺寸统计。
[0015]图2是对目标产物使用透射电镜(TEM)及其附带的能谱(EDS)测试仪进行元素面扫描的结果之一。其中，图2a为目标产物的TEM图像；图2b为目标产物的EDS谱图。
[0016]图3是使用材料试验机对纯钨和目标产物分别进行高温拉伸的表征结果。其中分别为纯钨的高温拉伸曲线、目标产物的高温拉伸曲线、退火后目标产物的高温拉伸曲线。
【具体实施方式】
[0017]首先从市场购得或用常规方法制得:
粒径< 0.6 μ??的金属鹤粉体；粒径< 50nm的碳化错粉；粒径< 2um的铼粉；作为保护性气体的氢气、氮气、或氩气。
实施例1
[0018]制备的具体步骤为: 步骤I，按照重量百分比为96.0-99.3wt%:0.2-1.0wt%:0.5-3.0wt%的比例，将金属钨粉体、碳化锆粉体、铼粉体置于保护性气氛(或真空或酒精)中混合均匀；其中，金属钨粉体的粒径为0.6 μ m，碳化锆粉体的粒径为10?50nm，铼粉体的粒径为l_2um，保护性气氛为氢气气氛(或真空的真空度为彡lOOPa)，得到混合粉体。
[0019]步骤2，先将混合粉体置于压力为200MPa