傳統的鎢基高密度合金是將各元素粉末機械混合，經模壓成形和液相燒結而成。由於元素粉末的機械混合難以將各元素粉末混合均勻，易造成成分的不均勻性，對合金的性能影響較大；另外傳統的模壓只能滿足簡單形狀零部件的生產要求，對於小截面、大長徑比的棒材、管材及形狀複雜的異形件就體現出其局限性；再者，由於液相燒結溫度高，易於造成燒結坯的坍塌和變形，難以滿足零件的尺寸精度的要求。針對這些不足，國內外學者在超細粉末製備、成形工藝、燒結方式l和燒結後處理等方面開展了大量的工作。

 

1. 粉末製備工藝

 

 要製備高性能合金首先要獲得性能優越的粉末。製備鎢基高密度合金粉末的方法有多種，包括：噴霧乾燥法、機械合金化、冷凝一干燥法、溶膠一凝膠法、氣相沉積法、反應噴射法、真空等離子體噴射沉積法和機械一熱化學合成法等，目前研究較多的是前四種。

 

噴霧乾燥法亦即熱化學合成法，包括原始溶液製備與混合、噴霧乾燥和流化床轉換三個階段。它是將原始混合溶液經氣體壓力霧化，生成細液滴並伴隨溶劑快速蒸發和溶質快速沉積，從而可從成分複雜的原始溶液中結晶出化學成分均勻即無相分離的前驅體粉末。採用該方法製備W-Ni-Fe納米複合粉末，一般以鎢酸鹽和金屬氯化物、硝酸鹽等金屬鹽為原料。與傳統製備鎢粉或鑽粉的方法相比，採用該方法可以不經過中間一系列的還原階段，反應的時間較短，特別適用於製備納米複合材料。同時，用這種方法可以在很寬的範圍內控制所得到的粉末粒度，通過控制反應過程參數，對粉末的粒度可以在納米尺寸到微米尺寸之間進行調控。

 

 機械合金化法是將W與Ni、Fe、Cu等元素粉末在高能球磨機中進行球磨。在此過程中採用氫氣保護，以防止粉末氧化。在機械合金化過程中，利用金屬球對粉末體的碰撞而使粉末晶塊細化，並且反復混合，局部溫度升高​​，產生冷焊和撕裂，各元素粉末混合達到非常均勻的程度，形成納米晶的超飽和固溶體和非晶相。此方法工藝設備簡單，易於大批量生產，具有廣闊前景。

 

 冷凝一干燥法是以金屬鹽為原料，在生成含多種金屬鹽的混合溶液的基礎上，用沉澱法製備出氫氧化物的溶液。含水物料在結冰時可使固相顆粒保持在水中的均勻狀態，冰昇華時，固相顆粒不會過分靠近而避免團聚的發生。

 

溶膠一凝膠法是將易於水解的金屬化合物(無機鹽或金屬醇鹽)在某種溶劑中與水或其他物質發生反應，經水解與縮聚過程逐漸凝膠化，再經乾燥、鍛燒和還原等處理得到所需的材料。用這種方法製備納米粉末微觀結構單一，化學成分控制精確，操作較為簡單，成本也較低廉，但難以批量生產。

 

2. 成形工藝

 

鎢基高密度合金的成形工藝除常用普通模壓成形和等靜壓成形外，近二十年來發展出粉末擠壓成形、粉末注射成形和粉末軋製成形等成形工藝。擠壓成形和注射成形在製造形狀複雜、尺寸小、長徑比大的零件方面，顯示出了很大的優勢，而粉末軋製成形在製備形狀簡單的薄材和箔材方面有其它方法無可比擬的優勢。

 

 擠壓成形是將原料粉末與某種成分的粘結劑混合後，注入擠壓成形機中，採用一定的壓力使粉末料經過某種形狀的擠壓嘴後得到擠壓坯，再將其脫脂，燒結成一定形狀的零部件。粉末擠壓成形所需設備簡單，生產效率高;製品尺寸精確，表面光潔；適用於小截面、大長徑比的棒料及製品而不受長度的限制。

 

在製造形狀複雜、尺寸小的鎢基高密度合金的零件時，注射成形顯示出其獨特的優越性，此法生產的零件可接近最終的幾何形狀，粉末注射成形技術的開發，減少了輔助工序，節約了原材料，降低了生產成本。

 

在製備形狀單一的薄材、箔材方面，粉末軋製顯示出高效率。該方法可以粉軋出厚度約0.5~2.5mm左右的生坯，生坯尺寸可自由控制，適合做厚度在2.5mm以下的薄材和箔材。

 

3. 燒結工藝

 

傳統的鎢基高密度合金燒結工藝為液相燒結。由於鎢基高密度合金在採用液相燒結時，其燒結溫度高、晶粒極易發生長大，且在燒結過程中固/液密度差別大，在重力作用下產生貓性流動，發生鎢晶粒聚集，試樣容易發生嚴重的坍塌變形。對性能、組織的均勻性要求高、尺寸精度要求嚴或外形結構複雜的零件，液相燒結的應用受到較大的限制。 German等人對燒結時間及燒結氣氛對鎢合金的顯微結構和力學性能的影響作了詳細的研究。為進一步降低燒結溫度和近淨形成型的需要，對鎢基高密度合金燒結工藝的研究主要包括超細晶鎢基合金的燒結，如固相燒結法、二步燒結工藝等。高密度合金在固相燒結階段發生了大部分的緻密化，形成了堅固的W骨架，可以避免液相燒結過程中的液相流動和鎢顆粒下沉，能減小或消除液相燒結過程中試樣的變形，其工藝具有實際價值。採用二步燒結工藝既可克服液相燒結過程中的坍塌與變形，又可較好地滿足高密度合金的密度和性能要求，是一種比較理想的燒結方法。為了獲得超細晶粒的鎢基高密度合金，人們對超細鎢合金的燒結工藝進行了初步的研究。研究表明：常規的燒結方法都無法控制塊體材料的晶粒長大現象。因此，有必要尋找出一種適合於製備超細晶粒的鎢基高密度合金的燒結工藝。等離子體活化燒結是新近發展起來的一種非傳統的緻密化工藝。該工藝分為兩個階段：首先將粉末壓成壓坯後施加脈衝電流使粉末帶電，得到具有很大燒結驅動力的高活性表面以促進其後的緻密化，即所謂早期的活化階段，此階段在等離子體環境下進行。然後將粉末在真空狀態下，採用加壓和絕緣加熱以使其緻密。 Tracy等研究了採用這種工藝製備超細鎢基高密度合金的燒結機理，結果表明:採用納米粉末可以使燒結溫度降低200℃以上。晶粒尺寸為280nm的鎢粉經燒結緻密後可以得l微米以下的晶粒。

 

4. 燒結後熱處理

 

 鎢基高密度合金是典型的由基體相和粘接相形成的兩相組織合金，要使鎢合金獲得高的強度和韌性，首先就必須使鎢合金具有一個理想的微觀組織，而熱處理是調整鎢合金組織的重要手段。通過合適的熱處理工藝，可以達到改善相界面的結合強度，降低鎢顆粒的接觸度，改善粘結相與鎢晶粒的潤濕性，避免相界面的雜質元素偏析和金屬間化合物沉積的目的。對熱處理工藝目前研究較多的有真空熱處理、氫氣氣氛熱處理、循環熱處理、固溶淬火熱處理、形變熱處理和化學熱處理等。

 

5. 形變強化的研究

 

近二十年來，科技工作者對鎢合金的強化進行了大量的研究，將傳統的粉末冶金液相燒結工藝和現代壓力加工及熱處理工藝相結合，在合金的強化和韌化技術上取得了突破性成果。現在常用的形變強化手段一般採用靜液擠壓、軋製或旋鍛方法。這些方法可將鎢鎳鐵高密度合金的拉伸強度從燒結態的700一1000MPa提高到1700MPa左右。

 

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