Al2O3摻雜鎢合金制備、組織與性能研究.pdf

1、鎢和鎢合金有著優(yōu)異的性能：高熔點(diǎn)（所有金屬中最高的）高熱震抗性和低熱膨脹系數(shù)，因此在各種高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用中都有著出色表現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)外鎢工作者制備出的納米結(jié)構(gòu)超細(xì)晶粒（UF G）鎢材料展示了更高的性能，包括較低的脆性和較高的韌性。此外，和傳統(tǒng)材料相比， UF G鎢合金有著更好的高溫性能以及低溫延展性。追求更高性能的同時(shí)對(duì)鎢合金的制備也提出了新的挑戰(zhàn)。
　　本文采用硝酸鋁(Al(NO3)3?9H2O和尿素(CO(NH2)2)、偏鎢酸銨(A

2、MT，(NH4)6H2W12O40?xH2O)和硝酸(HNO3)，在制粉過(guò)程中，采用了三種制備工藝，然后經(jīng)過(guò)煅燒、還原制備氧化鋁摻雜鎢合金，然后借助 SEM、HRTEM、DTA/TG及 XRD等手段對(duì)復(fù)合粉體的物相、形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，與純鎢相比，溶膠凝膠、共沸蒸餾和水熱合成三種方法制得的粉末顆粒度均有所降低，可達(dá)納米級(jí)，其中 Al2O3的存在阻礙了 W原子的沉積，起到了細(xì)化顆粒的作用。三種粉末經(jīng)過(guò)相同條件煅燒（550℃

3、，4 h，隨爐冷卻），均產(chǎn)生了單斜相和六方相的WO3，之后經(jīng)過(guò)相同條件一段還原（600℃，2h），均生成了低價(jià)態(tài)的WO2和不飽和價(jià)態(tài)的WO3-x鎢氧化物，雖然凝膠法制得的粉末粒度最小，但是在后續(xù)試驗(yàn)中并沒有觀察到有含鋁相的分布，并且凝膠法工藝復(fù)雜，過(guò)程不可控制，然而水熱法制得產(chǎn)物粒度適中，分散均勻，而且過(guò)程有規(guī)律，選擇水熱合成法繼續(xù)深入研究。
　　然后在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)水熱法進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)前驅(qū)體粉末的每一步工藝流程都進(jìn)行了詳細(xì)研究

4、，分析其物相變化以及形貌。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)晶體成長(zhǎng)過(guò)程，建立相關(guān)模型分析討論。同時(shí)著重研究了反應(yīng)物硝酸的濃度對(duì) W-Al2O3合金前驅(qū)粉末的影響，設(shè)置硝酸濃度分別為1mol/L、5mol/L和14mol/L。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)晶體成長(zhǎng)過(guò)程，建立相關(guān)模型分析討論。
　　在 Al2O3摻雜鎢合金致密化及力學(xué)性能研究中，分別采用冷壓-氫氣燒結(jié)和SPS燒結(jié)兩種工藝對(duì)前驅(qū)粉體進(jìn)行燒結(jié)。結(jié)果表明，在冷壓-氫氣燒結(jié)后，1wt％Al2O3摻雜鎢

5、合金樣品在2300℃下達(dá)到最高致密度，2wt%Al2O3摻雜鎢合金樣品在2250℃下達(dá)到最高硬度，1wt%Al2O3摻雜鎢合金樣品在2250℃下達(dá)到最高壓縮強(qiáng)度；在SPS燒結(jié)后，2wt%Al2O3摻雜鎢合金樣品在1800℃下達(dá)到最高致密度，同時(shí)有著最高硬度；1wt%Al2O3摻雜鎢合金樣品在1800℃下達(dá)到最高壓縮強(qiáng)度。SP S得到的樣本平整，第二相分布均勻，沒有組織偏析現(xiàn)象，形變量更小，有著更高韌性，并且 SPS燒結(jié)速度快，能耗少，效