鎢基高比重合金(Tungsten Heavy Alloys，WHAs)密度高、強(qiáng)度高、延性好，是一種重要的軍民兩用關(guān)鍵材料。由于鎢的熔點(diǎn)很高，通常鎢基高比重合金由液相燒結(jié)制備而成，其顯微組織由球形的鎢晶粒和連續(xù)分布的粘結(jié)相組成。但液相燒結(jié)溫度高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，易導(dǎo)致晶粒粗大。晶粒尺寸一般為4O～6O m。此外，液相燒結(jié)時(shí)由于重力作用易導(dǎo)致樣品變形。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鎢基高比重合金的性能要求越來越高，而陜西高比重鎢合金制備工藝對(duì)其性能影響顯著，因此，采用先 進(jìn)技術(shù)和新制備工藝的研究成為目前的研究熱點(diǎn)。

本文綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)wHAs制備的研究進(jìn)展。 1 WHAs復(fù)合粉末的制備粉末冶金材料和制品的性能優(yōu)劣直接受原材料粉末性能的影響，因此，粉末的生產(chǎn)制備在整個(gè)冶金工業(yè)中至關(guān)重要。隨著對(duì)粉末性能要求的提高，相應(yīng)地產(chǎn)生了許多新工藝和技術(shù)如金屬粉末霧化技術(shù)、機(jī)械合金化制粉技術(shù)、自蔓延高溫合成技術(shù)和超微粉末制備技術(shù)等。金屬粉末的制備逐漸朝著高純、超細(xì)、速凝和成分可控、可調(diào)的方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代粉末冶金的需要。在現(xiàn)代粉末冶金霧化制粉技術(shù)中，高壓水霧化法、離心霧化法、旋轉(zhuǎn)盤霧化法及超聲霧化法是目前應(yīng)用和研究的熱點(diǎn) 一。另外，機(jī)械合金化制粉工藝自1970年問世以來，受到了人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾暿欠勰┮苯鹑〉猛黄菩赃M(jìn)展的新工藝之一。陜西高比重鎢合金研發(fā)采用機(jī)械合金化制粉工藝研制的合金粉末可以根據(jù)需要任意選擇組分各組分的含量也可任意調(diào)整?？蔀檠兄颇承┨厥庑阅艿暮辖鹛峁﹥?yōu)質(zhì)原料，使采用粉末冶金工藝制取高性能的新材料成為可能。采用機(jī)械合金化制粉工藝制備非晶粉末、金屬間化合物粉末的研究工作為制備大塊非晶材料和解決金屬間化合物成型加工問題奠定了基礎(chǔ)。近年來，用高能球磨或機(jī)械合金化制取超細(xì)或納米尺寸鎢粉的報(bào)道較多，其制備過程是在較低的溫度下于保護(hù)氣氛中，通過機(jī)械球磨來完成的。范景蓮等采用機(jī)械合金化制得了平均粒徑為1O～20nm 的90W一7Ni一3Fe預(yù)合金粉末。該法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，可省去外部加熱，直接制得納米粉缺點(diǎn)是處理量少，磨耗較大。自蔓延高溫合成是近2O年來發(fā)展起來的制取材料特別是高溫、難熔和耐磨材料的新方法其成本低廉、性能優(yōu)異.可以制取多種粉末材料，是一種實(shí)用性強(qiáng)、很有發(fā)展前途的制粉工藝。納米粉末指粒徑為1～100 nm的微細(xì)粒子，具有異常的物理化學(xué)性能，是一種新型的粉末冶金材料和原材料。納米粉末的制備方法有：沉淀法、電解法、汞合法 羥基法、溶膠一凝膠法、冷凍干燥法、超聲粉碎法、氣體蒸發(fā)法、油面蒸發(fā)法和等離子法等等。納米粉末及其應(yīng)用是粉末冶金領(lǐng)域的前沿課題之一。 Richard等采用等離子快速冷凝技術(shù)(PRST)制備出了鎢、鎢一5 鉬和鎢一5 鉭高比重合金。采用該項(xiàng)技術(shù)制備的粉末呈球形的細(xì)晶粒粉末，其粒子的平均直徑為1.5～1OOnm 。劉維平[9 通過正交實(shí)驗(yàn)方差分析確定了制備金屬納米鎢、鐵粉末的.佳球磨時(shí)間、球磨介質(zhì)和球料比，并確定了各因素對(duì)球磨過程的影響程度。各因素對(duì)球磨效果影響程度的大小順序?yàn)椋呵蚰ソ橘|(zhì)>球磨時(shí)間>球料比。廖寄喬等選擇不同成分的氧化鎢制取了超細(xì)鎢粉。研究發(fā)現(xiàn)，氧化鎢原料結(jié)構(gòu)對(duì)氫還原后鎢粉的粒度及均勻性有重要影響;相成分單一的氧化鎢原料能制得細(xì)而均勻的鎢粉。馮乃祥等用熔鹽電解法制得了平均粒度為0.961nm 的超細(xì)鎢粉。姜文偉等 用等離子噴霧法制取了高性能的球形鎢粉。王延玲等[1 采用自蔓延還原法以CaWO 、Mg粉為原料制取了平均粒度為0.87 m 的超細(xì)鎢粉，并發(fā)現(xiàn)合成過程中隨壓坯壓力的增大，生產(chǎn)的鎢粉粒徑減小。

 2 wHAs粉末的混料和成型技術(shù) WHAs的制備通常采用粉末冶金方法。在粉末冶金工藝過程中?；炝鲜且豁?xiàng)重要的工序?；炝戏椒ǖ牟煌⒂绊懟旌辖饘俜勰┑木鶆虺潭?、粉末的狀態(tài)和金屬的活性，同時(shí)將直接影響合金的研制工藝、顯微組織和性能，特別是對(duì)復(fù)合粉末的壓制性能和液相燒結(jié)工藝的影響尤為突出。WHAs的生產(chǎn)多采用機(jī)械球磨混料，但這種方法會(huì)造成外來雜質(zhì)污染和成分偏析。為達(dá)到混合粉末的均勻性，近年來開發(fā)了很多新的混料方法。目前用得較多且又有效的方法有：機(jī)械球磨混料(干混法)、化學(xué)濕混法制備混合料、二次熱解還原法制取合金混合料、預(yù)合金法和等離子熔化一快速凝固法等。采用這些新方法制取WHAs的“預(yù)合金”粉末，提高了燒結(jié)活性，提高了組織均勻性、強(qiáng)度、延性和斷裂韌性。黃建忠等采用機(jī)械法、化學(xué)法、化學(xué)鍍法、共還原法制取了w、Ni、Cu復(fù)合粉末原料，其化學(xué)成分為90W一6.66Ni一3.34Cu，結(jié)果表明，復(fù)合粉末狀態(tài)對(duì)合金的制造工藝、顯微組織和性能是十分敏感的。共還原法得到的復(fù)合粉末，由于Ni、Cu的分布均勻性好，分散性好，金屬鎳的活性大，因而合金具有理想的顯微結(jié)構(gòu)、較高的物理機(jī)械性能和優(yōu)越的工藝特性。設(shè)法獲得優(yōu)良的復(fù)合粉末狀態(tài)和沉積高活性的金屬鎳，可以降低90W一6.66Ni一3.34Cu合金的液相燒結(jié)溫度，細(xì)化鎢晶粒，形成復(fù)雜的晶界，粘結(jié)相均勻地分布在鎢晶粒的周圍，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 WHAs傳統(tǒng)的成型方法多采用油壓機(jī)磨壓成型。如果磨具設(shè)計(jì)不當(dāng)，壓制品形狀較為復(fù)雜都會(huì)導(dǎo)致施壓不均勻，從而造成壓坯密度不均勻，顯著影響燒結(jié)合金密度的均勻性。屈樹嶺等以石蠟為增塑劑.研究了加人不同蠟量下高比重合金粉坯擠壓新工藝。適當(dāng)?shù)丶尤讼灹渴菙D壓成功的關(guān)鍵，加蠟量過高時(shí)(如超過6o )擠壓壓力下降，粉末顆粒間結(jié)合力減弱，擠壓時(shí)易斷裂，以至難以成型。相反.加蠟量太少時(shí)，由于石蠟不能完全包覆粉末或包覆太薄。在擠壓時(shí)，由于粉末顆粒間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較大的摩擦阻力，從而增大擠壓壓力，引起粉坯內(nèi)應(yīng)力增大，.終導(dǎo)致坯料產(chǎn)生橫向裂紋和分層現(xiàn)象，使擠壓不能成功。曲選輝等采用高能球磨技術(shù)制備了90W一7Ni一3Fe(質(zhì)量分?jǐn)?shù)， )納米晶WHAs粉末，研究了該粉末的注射成型和燒結(jié)行為并與傳統(tǒng)昆合粉末進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，機(jī)械球磨可以有效地增加粉末喂料的固體粉末含量，改善粉末料的均勻性，并可促進(jìn)固相燒結(jié)的致密化。納米粉末注射成型坯在1 300～1450。C進(jìn)行固相燒結(jié)后，可得到近全致密(99 )、晶粒細(xì)(3～5 m)、拉伸強(qiáng)度高(≥1130MPa)和幾乎無變形的重合金樣品。 

3 wHAs的燒結(jié)工藝鎢的熔點(diǎn)高達(dá)31400c，因此，WHAs通常是采用粉末冶金方法通過混合、壓制、燒結(jié)制成。WHAs的燒結(jié)一般是在保護(hù)氣氛或真空條件下進(jìn)行。在燒結(jié)工藝上研究較多的是活化燒結(jié)和液相燒結(jié)。 w—N —Fe鎢合金是一種兩相合金。其顯微組織為體立方結(jié)構(gòu)。鎢顆粒平均直徑在十幾微米到幾十微米，w—Ni—Fe系WHAs形成合金的原理與w—Ni—Cu系原理一致。以Fe取代Cu的加人提高了合金的強(qiáng)度和塑性?？梢詼p化甚至取消燒結(jié)后續(xù)處理工藝。w—Ni—Fe合金與w—Ni—Cu合金相比。前者強(qiáng)度較高(可達(dá)98o～1 274MPa)，塑性好(延伸率一般在10 左右)。w—Ni—Fe系WHAs的主要缺陷是較高的加工溫度和較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間導(dǎo)致顯微組織粗大，因此。獲得較細(xì)的顯微組織是改善其室溫力學(xué)性能、高溫延性和可成型性的方法之一。另外。由于Ni、Fe粘結(jié)相和w 相膨脹系數(shù)的差異。在90W 和95W 合金燒結(jié)過程的冷卻階段w—Ni和Fe界面會(huì)形成強(qiáng)烈的內(nèi)應(yīng)力，且該應(yīng)力是使Ni、Fe粘結(jié)相與w 相分離的拉應(yīng)力，所以常常出現(xiàn)與粘結(jié)相分離的現(xiàn)象，因而改善其力學(xué)性能的另一種方法E1 63是強(qiáng)化粘結(jié)合金及其與w 顆粒的結(jié)合。自1959年Vacek..報(bào)道往鎢中添加少量過渡金屬能顯著降低其燒結(jié)溫度以來，人if]X~鎢的活化燒結(jié)做了大量的工作。Brophy和Hayen等對(duì)金屬的活化研究結(jié)果表明：鉑族金屬和鎳在促進(jìn)鎢燒結(jié)中的有效性能按以下次序排列：Pd>Ni>Rh>Pt>Ru，而且活化劑添加的.佳濃度大致相當(dāng)于在鎢表面上有一單層活化元素，更多的添加量并非有效。范景蓮等 ：在w—Ni—Fe WHAs中添加少量合金元素Co，使燒結(jié)溫度降低30～50℃ ，同時(shí)提高和穩(wěn)定了合金性能，較好地起到了活化液相燒結(jié)的效果。像w—Ni—Fe和w—Ni—Cu這類高強(qiáng)度、高韌性鎢合金的液相燒結(jié)工藝一直是鎢合金研究的重要課題。w—Ni—Fe和w—Ni—Cu都是由硬質(zhì)脆性相w 顆粒和少量軟質(zhì)相Ni—Fe、Ni—Cu組成，液相燒結(jié)的關(guān)鍵是在易溶相轉(zhuǎn)變成液體后要能充分“鍍覆”在難溶相顆粒的表面，以保證組元間充分接觸。Park 對(duì)w—Ni—Fe合金液相的燒結(jié)進(jìn)行研究后認(rèn)為：在液相出現(xiàn)前，固態(tài)粉末已開始燒結(jié);在液相燒結(jié)溫度下，晶粒開始長(zhǎng)大，液相也開始在晶粒表面鋪展并填充顆粒間的空隙;液相燒結(jié)溫度下的致密化過程主要由液相充填顆粒間的空隙引起，液相燒結(jié)加熱過程中的固態(tài)燒結(jié)對(duì)致密化過程貢獻(xiàn)顯著;細(xì)粉末比粗粉末更易于液相燒結(jié)。對(duì)w—Ni—Fe和w—Ni—Cu合金斷裂行為的研究表明，鎢顆粒之間直接結(jié)合易使材料呈脆性斷裂，因此液相燒結(jié)時(shí)，要盡量使液相在鎢顆粒表面鋪展開，避免鎢與鎢的直接結(jié)合。燒結(jié)溫度過低合金難以燒結(jié)，燒結(jié)溫度過高則會(huì)增加鎢粘接相中的擴(kuò)散和固溶，但也會(huì)引起鎢晶粒的長(zhǎng)大和粘結(jié)相含量的增加;致密度、強(qiáng)度和硬度隨燒結(jié)溫度的升高而提高，但隨燒結(jié)溫度的進(jìn)一步升高，這些性能又會(huì)下降。Bose_2 認(rèn)為真空燒結(jié)的合金無論是密度還是強(qiáng)度及延伸率都優(yōu)于干燥氫氣燒結(jié)的合金，但真空下長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)會(huì)引起粘結(jié)相的蒸發(fā)，從而導(dǎo)致合金性能的下降。劉志國(guó)對(duì)在不同壓力下成型的鎢合金研究后指出，高壓成型能使合金的燒結(jié)溫度降低。范景蓮等采用二步燒結(jié)法(固相燒結(jié)+液相燒結(jié))來控制高比重合金的變形，研究發(fā)現(xiàn)，由于在固相燒結(jié)階段形成了堅(jiān)固的十四面體三維連通網(wǎng)絡(luò)骨架，阻礙了液相燒結(jié)中鎢顆粒“偏析”所引起的變形，合金性能和顯微組織的均勻性都大大提高。 Yong等發(fā)明了一種重復(fù)燒結(jié)工藝：95O～1350。C燒結(jié)后合金保溫lmin至24h，從水或油中對(duì)燒結(jié)合金淬火，重復(fù)保溫和退火步驟。處理后的樣品既能改善其沖擊韌性，又能保持其抗拉強(qiáng)度和延伸率。由于熱等靜壓(HIP)技術(shù)可以提高制品的密度，因此，HIP處理對(duì)于改善和提高WHAs的性能也是有益的。湯金芝等探討了對(duì)密度不同的w—Ni—Cu合金進(jìn)行HIP處理后合金性能變化的規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：w—Ni—Cu合金在1120。C經(jīng)HIP處理后拉伸強(qiáng)度和密度都得到了提高。

 4 結(jié)語(yǔ)隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的進(jìn)步及納米技術(shù)在材料制備技術(shù)中的應(yīng)用，WHAs的制備技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。高純、微細(xì)的預(yù)合金粉末的制備，樣品的高壓成型，復(fù)合燒結(jié)工藝的應(yīng)用都將是WHAs制備未來的發(fā)展方向。