Танталово-вольфрамовый сплав
Основными методами получения танталово-вольфрамовых сплавов являются электронно-лучевая плавка и порошковая металлургия. Танталовые слитки, полученные методом электронно-лучевой плавки, имеют крупные зерна, значительную анизотропию и плохие механические свойства. В то время как танталовые слитки, полученные методом порошковой металлургии, имеют мелкие зерна, относительно однородную микроструктуру и не обладают анизотропией, характеристики твердофазного спекания порошковой металлургии затрудняют достижение почти полной плотности, а высокое содержание примесей значительно снижает способность танталового сплава к пластической деформации при комнатной температуре. С точки зрения тенденций развития материалов, ультрамелкие зерна и высокая плотность являются важными характеристиками высокоэффективных материалов, а наноразмер зерен и почти полная плотность — важными направлениями развития высокотехнологичных материалов будущего. Поэтому достижение наноразмерных зерен и повышение плотности танталово-вольфрамовых сплавов является одной из главных задач для ученых-материаловедов.
Во-первых, в данном изобретении используется смесь нанопорошка вольфрама и высокочистого порошка тантала для получения композитного порошка для приготовления танталово-вольфрамовых сплавов. Используемый порошок вольфрама представляет собой нанопорошок вольфрама со сверхнизким содержанием кислорода, который может играть роль связующего звена в процессе порошковой металлургии, тем самым измельчая зерна матрицы. Во-вторых, путем контроля содержания примесей в порошке посредством регулирования процесса, повышение чистоты порошка способствует достижению уплотнения во время спекания, что позволяет получить высокоплотный материал. При этом тантал и вольфрам являются тугоплавкими металлическими элементами с высокими температурами плавления, что затрудняет уплотнение обычными методами спекания. В результате углубленного исследования принципов порошковой металлургии было обнаружено, что при комбинированных условиях спекания — высокой температуре, высоком вакууме и высоком давлении — деформация и смещение частиц порошка значительно усиливаются, что приводит к сфероидизации и исчезновению пористости, тем самым обеспечивая высокую плотность танталово-вольфрамовых сплавов. Учитывая особенности порошкового спекания, спеченные материалы всегда сохраняют пористость. Последующая обработка под давлением вызывает значительную деформацию зерен, увеличивая плотность дислокаций и образуя многочисленные мелкие фрагменты, устраняя остаточную пористость. В сочетании с рекристаллизационным отжигом это усиливает движение дислокаций внутри зерен, создавая еще более мелкие новые зерна, тем самым обеспечивая ультратонкую кристаллизацию и дальнейшее повышение плотности материала.
Процесс получения танталово-вольфрамовых сплавов прост и контролируем; Полученные материалы на основе танталово-вольфрамового сплава демонстрируют превосходные основные эксплуатационные характеристики (максимальная плотность достигает 99,99%, размер зерна составляет всего 10 нм). Они могут быть использованы в важных областях техники, таких как космическая техника и вооружение, обладая значительной прикладной ценностью.
Метавольфрамат аммония с чистотой ≥99,99% растворяют в дистиллированной воде, получая раствор с концентрацией 1 моль/л. Вольфрамсодержащий прекурсор получают методом сушки с распылением в потоке воздуха, после чего проводят прокаливание и восстановительную обработку для получения нанопорошка вольфрама со сверхнизким содержанием кислорода, размером частиц 5 нм и содержанием кислорода (O) 20 ppm. Выбирают высокочистый порошок тантала (Ta) с чистотой ≥99,99% и размером частиц 100 нм. Порошок тантала и полученный порошок вольфрама точно взвешиваются в соответствии с заданным соотношением с помощью весов и помещаются в контейнер из высокопрочного чугуна с вольфрамовым наполнителем. Создается высокий вакуум (10⁻⁵ Па), и смесь перемешивается с помощью миксера со скоростью 70 об/мин в течение 5 часов для образования композитного порошка. Полученный композитный порошок затем… Порошок заливается в форму из карбида вольфрама, а затем форма помещается в вакуумную плазменную печь для спекания. Температура спекания составляла 1355℃, давление спекания — 65 МПа, время выдержки — 3 мин, а степень вакуума — 10⁻⁵ Па. После спекания печь охлаждается до комнатной температуры для получения спеченного танталово-вольфрамового сплава толщиной 3 мм, плотностью 96% и размером зерна 200 нм. Спеченный танталово-вольфрамовый сплав затем подвергали пятикратной холодной прокатке на прокатном стане с уменьшением толщины на 97%. Наконец, его подвергали вакуумной термообработке и отжигу при температуре 1325℃ в течение 45 минут и степени вакуума 10⁻⁵Па для получения ультрамелкозернистого высокоплотного танталово-вольфрамового сплава.