低溫燒結鎢鎳銻重合金

鎢重合金 (WHA) 是包含各種成分、微觀結構和性能權衡的兩相合金。這些合金通常含有 88-97%（重量）的鎢晶粒和鎳鐵、鎳錳、鎳銅和鎳鈷基體。由於其 17 至 19 g/cm3 的高密度，這些合金經常用於慣性應用，包括高爾夫球桿配重、自動上鍊手錶配重、飛機機翼配重、蜂窩電話振動器、彈藥和油田再生彈丸。其他應用包括 X 射線和輻射屏蔽，以及等離子和核保護裝置。

重鎢合金通常由液相燒結 (LPS) 製成。然而，由於鎢的熔點非常高，達到 3422 °C，因此需要極高的燒結溫度。燒結溫度取決於混合物中的鎢含量，介於 1500 和 1530 °C 之間。為了在低溫下製造高密度鎢合金，已經進行了大量的研究。降低基質的熔化溫度可能是實現這一目標的可行策略。鎳 (Ni) 和銻 (Sb) 在 1098 °C 時呈現共晶相。鑑於鎳/銻的共晶溫度和緩慢反應，該合金可用作低燒結溫度鎢合金的基體相。低溫燒結鎢鎳銻合金的生產工藝如下。

（圖片來源：Pahlevani, A/International Journal of Refractory Metals and Hard Materials）

使用純度為 99.9% 的 W、Ni 和 Sb 元素粉末製備鎢鎳銻合金。粉末的設計數量按其化學成分90W-7.6Ni-2.4Sb、90W-6.8Ni-3.2Sb和90W-6Ni-4Sb稱量。然後在高能行星磨機中以 100 rpm 的速度將它們與碳化鎢球相應地混合 60 分鐘。球粉比 (BPR) 為 10:1。然後將稱重的粉末倒入內徑為 16.5 毫米、高度為 173 毫米的圓柱形聚合物模具中。接下來，通過在 300 MPa 下冷等靜壓 60 秒，將裝有粉末的模具壓實。然後將壓實的樣品在純氫氣氛中保持在 900°C 下 45 分鐘以減少氧化物。達到燒結溫度的加熱速率為10℃/分鐘。然後根據燒結循環將樣品在 1,100、1,200、1,300 和 1,400 °C 下燒結 60 分鐘。然後以 5°C/min 的速度將它們冷卻至室溫。

（圖片來源：Pahlevani, A/International Journal of Refractory Metals and Hard Materials）

綜上所述，鎢鎳銻合金在1200-1300℃的較低燒結溫度下成功生產。合金的相對密度在99%以上。 90 W-6.8Ni-3.2Sb合金在1300℃下燒結達到最大相對密度（99.51%）。該合金中鎢的粒徑約為 27.8 µm。隨著銻含量的增加，鎢的粒徑和相對密度先增大後減小。 W-Ni-Sb合金的密度、硬度和抗壓屈服強度與常規W-Ni-Fe合金相當，而燒結溫度較低。

文章來源：Pahlevani, A.、Semnani, H. M. 和 Abdoos, H. 新型低溫燒結鎢鎳銻合金：微觀結構演變和機械性能。國際難熔金屬和硬質材料雜誌，108（2022）。

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