钨-碳化钽合金及其制备方法
【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-碳化钽合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002]金属钨是稀有高熔点金属，其化学性质很稳定，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，纯钨的再结晶温度低，在高温下容易发生晶粒长大，并导致再结晶脆化，而且高温强度低；此外，由于钨的高硬度和高韧脆转变温度，使得钨很难加工成型。近期，人们为了改善金属钨的性能，作了一些尝试和努力。《冶金与材料学报A》2009年第40卷的文章中公开了一种氧化物弥散强化的钨合金。它通过将氧化钇分布于金属钨的晶界处来起到弥散强化和细化钨晶粒的作用，其虽可提高合金的高温强度，但是，却使得合金的室温强度比纯钨还要低，塑性没有得到明显的改善，使钨合金难加工的问题没有从根源上解决。
【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，提供一种在具有良好室温强度和塑性的同时，在高温下也具有较高的高温强度和塑性及高再结晶温度的钨-碳化钽合金。
[0004]本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述钨-碳化钽合金的制备方法。
[0005]为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为:钨-碳化钽合金主要由金属钨组成，所述合金中还含有0.2?0.8wt%的碳化钽(TaC);所述碳化钽初始粉体的粒径为10?lOOnm，初始钨粉体的粒径为0.3?0.6 μ m。
[0006]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-碳化钽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99.8?99.2wt%:0.2?0.8wt%的比例，将金属钨粉体和碳化钽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 μπι，碳化钽粉体的粒径< lOOnm，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烧结成型，制得钨-碳化钽合金。
[0007]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-碳化钽合金。
[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下放电等离子烧结成型，制得钨-碳化钽合金。
[0009]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-碳化钽合金。
[0010]作为钨-碳化钽合金的制备方法的进一步改进，可将烧结成型后的钨-碳化钽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。
[0011]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。
[0012]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、透射电镜和其附带的能谱测试仪进行表征，由其结果可知，目标产物致密、无裂纹；其由钨和碳化钽组成；两者的重量百分比为
99.8?99.2wt%和0.2?0.8wt% ;合金的晶粒尺寸为2?10 μ m，合金中碳化钽的粒径为10?lOOnm。通过在钨中添加微量碳化钽，纳米尺寸的碳化钽作为第二相弥散颗粒，大部分均匀分布在钨晶粒内起到钉扎位错的作用，部分钉扎在钨晶界处起到抑制晶界迀移的作用，从而使钨的断裂塑性和强度得到了较大的提高；同时，在烧结过程及高温服役过程中纳米碳化钽颗粒抑制钨晶粒的长大，获得细晶粒合金，从而提高了钨的高温性能。
[0013]其二，对目标产物分别使用维氏硬度测试仪和材料试验机进行表征，结果表明:维氏硬度测试仪载荷为IN时，测定目标产物的维氏硬度为375 (Hv)，比纯钨的301 (Hv)要高。使用材料试验机对目标产物和纯钨分别进行室温和高温的拉伸试验，试验时应变速率恒定为2Χ ΙΟ?，测得目标产物的室温断裂强度为231MPa，而纯钨的室温断裂强度仅为150MPa;相同条件下目标产物在高温强度、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-碳化钽合金在600°C出现塑性，并且在650°C的形变量达到了 40%，是纯钨在700°〇形变量的3.6倍。
[0014]其三，制备方法简单、科学、高效，不仅制得了钨-碳化钽合金；还使其在具有良好室温强度和塑性的同时，高温下也具有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；更有着方便、快捷，成本低、易于规模化工业生产的特点。
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
[0016]图1是对采用同一烧结成型方法获得的纯钨和目标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；图1b为目标产物的SEM图像。
[0017]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，表明了目标产物由钨和碳化钽组成。
[0018]图3是使用材料试验机对纯钨和目标产物分别进行室温和高温的拉伸表征结果之一。其中，图3a为纯钨在600°C和700°C的拉伸曲线；图3b为目标产物的高温拉伸曲线。
【具体实施方式】
[0019]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< 10nm的碳化钽粉；作为保护性气体的氢气、氮气、或氩气。
[0020]实施例1
制备的具体步骤为:
步骤1，按照重量百分比为99.8wt%:0.2wt%的比例，将金属钨粉体、碳化钽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，碳化钽粉体的粒径为10?lOOnm，保护性气氛为氢气气氛(或真空的真空度为< lOOPa)，得到混合粉体。
[0021]步骤2，先将混合粉体置于压力为200MP