氧化釔穩(wěn)定氧化鋯摻雜鎢基合金的組織和性能研究.pdf

1、鎢合金廣泛應(yīng)用在國(guó)防，醫(yī)療，航天等領(lǐng)域，可以用來(lái)制作硬質(zhì)合金、鑄模、穿甲彈芯、電解觸頭和電極等產(chǎn)品。氧化鋯(ZrO2)是一種化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的材料，硬度和熔點(diǎn)極高，具有優(yōu)良的熱性能、機(jī)械性能、電性能及較高的耐磨損、耐腐蝕性，在機(jī)械子工業(yè)、航空工業(yè)等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合 ZrO2和 W的優(yōu)異性能，可以提升鎢合金的室溫和高溫力學(xué)性能，因此開(kāi)發(fā)出一種新型的ZrO2摻雜鎢合金材料成為一項(xiàng)重要研究。
　　通過(guò)液-液的摻雜方式，即分別采

2、用水熱法和共沸蒸餾法結(jié)合傳統(tǒng)粉末冶金的方法制備了氧化鋯摻雜鎢合金粉末，并通過(guò)壓制成型，垂熔燒結(jié)，旋鍛加工等工序制備出鎢合金材料。對(duì)合金制備過(guò)程中不同階段的物質(zhì)元素組成，相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，微觀組織形貌進(jìn)行分析，以及對(duì)合金性能進(jìn)行分析。
　　在水熱法制備粉體過(guò)程中，pH值和 ZrO2的摻雜量對(duì)前驅(qū)粉體的形貌和粒徑有著顯著影響。當(dāng) pH=0.5時(shí)，顆粒最為細(xì)小。ZrO2的摻雜量增加，前驅(qū)粉體易發(fā)生結(jié)塊團(tuán)聚現(xiàn)象。煅燒后粉體由單斜相氧化鎢(m-W

3、O3)和單斜相氧化鋯(m-ZrO2)組成。還原后復(fù)合粉體主要由立方相鎢(c-W)和單斜相氧化鋯（m-ZrO2）構(gòu)成。隨著ZrO2摻雜量的增加，鎢合金粉體粒徑逐漸減小。采用共沸蒸餾法同樣能夠制備出顆粒細(xì)小，分布均勻的ZrO2摻雜鎢合金粉末。水熱法與共沸蒸餾法制備出的粉體形貌相同，粒徑有微小差異，均為亞微米級(jí)顆粒。因共沸蒸餾法易于批量化制備，本文采用共沸蒸餾法制備粉體進(jìn)行后續(xù)燒結(jié)加工。
　　經(jīng)過(guò)垂熔燒結(jié)得到的燒結(jié)態(tài)鎢合金，ZrO2顆粒

4、在基體上彌散分布，顆粒尺寸~1.2μm。氧化鋯在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生 m- ZrO2→c-ZrO2的晶型轉(zhuǎn)變，冷卻至常溫后，其仍然為立方相。添加穩(wěn)定劑 Y2O3可以在常溫時(shí)將 ZrO2穩(wěn)定成立方晶型。燒結(jié)態(tài)鎢合金晶粒尺寸約為25.0μm，旋鍛使晶粒得到細(xì)化，晶粒尺寸為15.0μm。經(jīng)過(guò)高溫退火，晶粒發(fā)生長(zhǎng)大至40.0μm~80.0μm。不同狀態(tài)下鎢合金的晶粒尺寸均隨著氧化鋯摻雜量的增加而減小，這是由于分布于基體晶界處的ZrO2顆粒能夠抑制晶粒

5、向外擴(kuò)散生長(zhǎng)，起到細(xì)化晶粒的作用。
　　隨著氧化鋯摻雜量的增加，鎢合金致密度和硬度也在不斷提高。這是因?yàn)閾诫sZrO2能夠細(xì)化晶粒，進(jìn)而提高其致密度和硬度。經(jīng)過(guò)旋鍛加工，燒結(jié)態(tài)中缺陷可以得到改善，所以其硬度有所上升。經(jīng)過(guò)高溫退火后,發(fā)生再結(jié)晶,導(dǎo)致晶粒不斷長(zhǎng)大,所以降低了其硬度。隨著氧化鋯摻雜量的增加，鎢合金的抗壓強(qiáng)度不斷升高。高溫退火后，由于晶粒重新長(zhǎng)大，抗壓強(qiáng)度下降。通過(guò) SEM觀察 ZrO2摻雜鎢合金在室溫下均為脆性斷裂斷口。

6、其斷口形狀隨著氧化鋯摻雜量的不同有所改變。分布于晶界處ZrO2顆粒的在一定程度上阻礙其沿晶斷裂，提高了其屈服強(qiáng)度。
　　高溫壓縮性能測(cè)試中，隨著溫度的不斷升高，氧化鋯摻雜鎢合金棒材和純鎢棒的抗壓強(qiáng)度不斷減小。在1000℃~1200℃之間，ZrO2摻雜鎢合金的抗壓強(qiáng)度均高于純鎢棒；溫度高于1200℃時(shí)，純鎢的抗壓強(qiáng)度逐漸高于氧化鋯摻雜鎢合金。這是因?yàn)榇藴囟认?，鎢基體與氧化鋯顆粒的界面結(jié)合能力不斷弱化，導(dǎo)致鎢合金整體壓縮性能下降。當(dāng)在