ZrO2陶瓷颗粒增强钨合金的制备工艺、组织与性能

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稀有难熔金属钨因其高熔点、高密度、蒸气压低以及高温下优良的高温强度等优点,广泛用于航天、铸造和武器等领域。但是,钨也具有低温脆性、韧脆转变温度较高(DBTT≥200~400℃)、再结晶温度低以及辐照硬化和脆化等缺陷。研究表明:向钨中加入稀土氧化物(Y2O3、La2O3、CeO2)能够细化晶粒,提高钨合金的韧性和强度。然而,国内外对采用氧化锆掺杂钨合金的研究和报道较少。  本文以共沸蒸馏法制备超细粉体为基础,结合粉末冶金法制备了氧化锆增强细晶钨合金的工艺过程,利用 XRD、SEM、EDS、TEM等检测手段对制备过程中不同阶段材料组织、形貌及微观结构进行了分析与表征,并测试其性能。主要研究成果如下:  初始溶液的pH值对前驱体粉、煅烧粉和还原粉的形貌和尺寸有着显著影响,当pH=2时,初始溶液制得的颗粒细小,分散性较好;前驱粉体经550℃(4 h)煅烧、750℃(2h)+900℃(4 h)还原可制得粒径达550~700 nm的复合粉末;3%ZrO2对钨粉颗粒细化作用明显,还原后复合粉末尺寸为0.5~1.5μm,烧结成型后钨晶粒细化明显,晶粒尺度达到2~6μm。  随着ZrO2掺杂量的增加,钨合金密度与显微硬度降低,耐磨性呈先增加后降低趋势,其中W-3.0%ZrO2钨合金的耐磨性较纯钨提高了20%~40%;W-3%ZrO2合金的磨损类型主要以滑动磨损为主。  W-3wt%YSCZ(Y2O3稳定立方晶型ZrO2)合金的晶粒粒径为3~6μm,并且钨合金中的ZrO2为立方晶型,表明常温下Y2O3对ZrO2晶型起到了稳定作用;并且W-3wt%YSCZ合金致密度达90.9%,抗压强度达到1009 Mpa,耐磨性较纯钨提高了约18.7%。  ZrO2颗粒细化了93W-4Ni-3Fe合金晶粒,晶粒尺寸为12~16μm。钨合金显微组织中弥散分布着细小颗粒为 ZrO2-Y2O3颗粒,并且 ZrO2-Y2O3主要偏聚于粘结相,少量存在于钨晶粒内。93W-Ni-Fe-0.5%ZrO2的显微硬度和抗压强度较93W-4Ni-3Fe各提高了10%左右,抗拉强度与伸长率稍微降低。
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