高性能钨合金制备技术研究现状

Abstract: The kinds of additives in tungsten alloys, powder preparation, powder compaction, powder sintering, heat treatment and post-treatment of deformation strengthening of tungsten alloys are reviewed. The principle of adding elements and their influence in W-Ni-Fe alloy, the application of hydrothermal method in preparing tungsten alloy nano-powder and the advantages of hot isostatic pressing method in powder compaction were emphatically introduced. The cyclic heat treatment and hot extrusion deformation strengthening process of tungsten alloys were emphatically described. Strengthening of large size tungsten alloy and developing trends of preparation technology for tungsten alloy. The developing directions of tungsten alloy preparation technique were pointed out, including the strengthening process of large-size tungsten alloy, the simultaneous liquid phase doping process of various compounds, the near-net forming process of tungsten alloy, the tungsten whisker reinforced amorphous compounding process, and so on.
关键词：钨合金；烧结；热处理；形变强化
中图分类号：TG 146.4
文献标志码：A
Research Status on Preparation Techniques of High-performance Tungsten Alloys
WANG Jun (Guan Tian Academy of Engineering, Baoji 721000, China)
Keywords: tungsten alloy; sintering; heat treatment; deformation strengthening
钨（W）因具有高熔点、高密度、高硬度、高热导 率、低热膨胀系数等优点，在国防军工和民用领域 有着不可替代的作用[1-3]。虽然 W 具有上述优点，但
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有色金属材料与工程
2019 年 第 40 卷
W 和其他元素的配比或在钨合金中添加化合物，调 整 W 相和黏结相的比例，并借助热处理及形变强化 技术获得具有不同性能的钨合金，可满足多领域的 使用要求[5-7]。
本文对钨合金的制备工艺及后处理工艺研究 现状进行了综述，旨在为科研工作者起到梳理借鉴 作用。
钨合金体系中，研究最多的为 W-Ni-Fe 和 WNi-Cu。Ni 作为活化元素，具有降低 W 的烧结温度 和 防 止 晶 粒 长 大 的 作 用 ， 但 容 易 生 成 WNi4； Fe 或 Cu 则可以通过调节 W 在 Ni 中的溶解度，阻止生成 WNi4， 而 且 Fe 还 能 提 高 钨 合 金 的 强 度 和 塑 性 [6,8]。 在上述两种合金体系中添加的元素，要么与 Ni，Fe 和 Cu 性能相近，要么与 W 性能相近。在 W-Ni-Fe 合金中添加 Mo 起到了固溶强化作用，细化了 W 晶 粒，提高了合金的抗拉强度和硬度，但导致合金韧 性下降[20]。Ta 在 W-Ni-Fe 合金中具有细化 W 晶粒 和增强合金强度的作用[11]。在 W-Ni-Fe 合金中加入 适量的 Co 和 La 元素，可以改善黏结相与 W 颗粒 间的润湿性，其中 La 以固溶强化的方式强化 W 颗 粒及黏结相，进而提高合金性能[21]。Mn 可以与 O， S 等形成化合物，弥散分布在黏结相中，抑制 W 晶 粒长大，且净化并提高 W/黏结相的界面结合强度， 提高钨合金的强韧性[10]。杨欣[22] 采用湿掺杂的方 式在仲钨酸铵中分别添加不同含量的 Ca 和 Al，制 备 出 不 同 掺 杂 量 的 钨 合 金 。 结 果 表 明 ， 加 Ca 后 W 粉粒度变化不明显，钨合金的相对致密度和硬度 明显降低；加 Al 后 W 粉粒度显著减小，钨合金的相 对致密度和硬度稍有降低。
1 制备工艺研究
1.1 添加物研究 钨 合 金 中 研 究 较 多 的 合 金 元 素 有 Fe， Ni， Cu，
Co，Mo，Mn，Hf 和 RE 等[8-14]，研究较多的化合物有 Al2O3，La2O3，Y2O3 和 ZrC 等[15-19]。这些元素或化合 物 的 作 用 机 制 存 在 相 似 之 处 [8-18]： 一 是 增 强 原 子 键 合力，并向晶体内引入大量晶体缺陷，例如位错、点 缺陷、弥散质点等，这些缺陷阻碍位错运动，从而提 高合金强度；二是与合金中的 O，N，C 和 S 等形成 化合物，减少夹杂物在晶界的偏聚，改善 W/黏结相 结合性能；三是降低烧结温度，节约能源。
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高性能钨合金制备技术研究现状
王军
（关天工程研究院，陕西 宝鸡 721000）
摘要：综述了钨合金中添加物种类、粉末制备、粉末压制、粉末烧结等工艺以及钨合金的热处理 和形变强化后处理工艺。着重介绍了 W-Ni-Fe 合金中元素的添加原则及各元素的作用，水热法在 制备钨合金纳米粉末中的应用及热等静压法在粉末压制中的优势等，并对钨合金的循环热处理及 热挤压形变强化工艺进行了重点阐述。指出大尺寸钨合金的强化、多种化合物的同步液相掺杂、 钨合金近净成形以及钨晶须增强的非晶态复合等钨合金制备工艺的发展方向。
也存在低温脆性（韧脆转变温度高于 400 ℃）、再结 晶脆性（1 200 ℃ 出现再结晶脆化）、高温强度低等 缺 点 ， 严 重 影 响 了 其 加 工 及 服 役 性 能 [4]。 通 过 调 整
收稿日期：2019−02−02
作者简介：王 军 （ 1981— ） ， 男 ， 高 级 工 程 师 。 研 究 方 向 ： 粉 末 冶 金 及 金 属 制 品 失 效 分 析 工 作 。 E-mail： wjunshanxi@163.com
第 40 卷 第 4 期
有色金属材料与工程
NONFERROUS METAL MATERIALS AND ENGINEERING
Vol. 40 No. 4 2019
文章编号：2096 − 2983(2019)04 − 0053 − 08
DOI: 10013258/j.cnki.nmme.2019.04.09