微波烧结快速制备wnife高密度合金(1)

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1、2009全国粉末冶金学术会议微波烧结快速制备W—Ni—Fe高密度合金周承商易健宏罗述东彭元东(中南大学，粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙，410083)摘要研究了微波烧结升温速度在10—112℃／min范围对90w一7Ni一3Fe高密度合金的影响，并对90，93，95，98W四个不同w含量合金进行了微波烧结。结果表明：升温速度在20～105℃／min范围内，均能获得相对密度约99％，抗拉强度850—922MPa，伸长率约20％优异性能的合金。在80℃／min的升温速度条件下，样品力学性能参数最佳。在最佳的微波烧结工艺参数条件下，90—98W高密度

2、合金均能达到全致密(>99％)和优异的力学性能，其中最佳性能为：90W(1020MPa，25．2％)、93W(1030MPa，24．7％)、95W(1050MPa，24．2％)和98W(940MPa，11．3％)。关键词微波烧结。升温速度，钨基高密度合金分类号：TF125．2；TG146．4文献标识码tA1引言在粉末冶金技术中，烧结是一项耗时的过程。传统烧结工艺采用电阻炉加热时，为了保证压坯在升温过程中内外温度分布均匀，往往采用较低的升温速度(通常约10℃／rain)、一定时间的中间保温过程以及较长的烧结时间。因此，烧结过程往往需要数小时甚至十几

3、个小时。与常规烧结不同，微波烧结通过材料与微波耦合吸收能量，是一种体积加热行为，加热时样品温度分布均匀，从而避免了长时间的样品内部热量传递过程¨-3]。有报道【4，副指出微波烧结可以采用极快的升温速度，并且其烧结周期缩短仅为常规烧结的10％。微波烧结技术具有烧结周期短、能量消耗低以及环境友好等优点，符合当前发展绿色工业的形势。并且微波烧结将电磁能在材料内部直接转化为热能，是一种体积加热行为，获得的材料表现出快速致密、组织均匀、力学性能优异等特征【2，6

4、。在1999年，R．Roy等Ⅲ首次报道利用微波烧结出性能优良的Fe—Cu—C等典型金属粉末冶金

5、材料，自此各国材料学者对微波烧结金属粉末冶金材料进行了广泛的研究。A．Upadhyaya等人L81采用微波烧结成功制备了92．5W一6．4Ni一1．1Fe合金，在相同烧结温度条件下，微波烧结的w晶粒尺寸仅为常规烧结的一半，其合金的力学性能明显改善。本文集中介绍了在较宽的升温速度范围(10一112oC／min)通过微波烧结的90W一7Ni一3Fe合金，找出了微波烧结该成分合金的最佳工艺，并对90W，93W，95W，98W四个成分合金进行了微波烧结，分析了密度，力学性能和显微结构。微波烧结w—Ni—Fe高密度合金工艺在缩短烧结周期、提高制品性能、提高

6、能源利用率、简化生产工序等方面均具有一定的优势，是一项潜力巨大的技术。2实验实验采用还原w粉(粒度1-2肛m，纯度>99．5％)，羰基Ni粉(粒度<3．5Izm，纯度>99％)，羰基Fe粉(粒度2．5Ixm，纯度>99．5％)。将混合后的粉末以350MPa压制成标准拉伸测试样，每个样品约5g，压坯相对密度约60％。微波烧结在2．45GHz，5．5kW微波高温炉(型号：MW—L0616V，China)内完成。温度测定采用红外测温仪(型号：RaytekMM2MH，UnitedStates；测温范围t450-2250℃)。压坯放置于氧化铝纤维五、难熔金

7、属及合金包套内，并用SiC作辅助加热。炉腔内的旋转台以5rpm速度旋转，保证样品受热均匀。烧结气氛为90％N：+10％H：。常规烧结在高温钼丝炉内完成，烧结气氛为流动H：。采用排水法测定烧结样品的密度，采用机械式拉力试验机(型号：U3000一A)测量样品的拉伸强度及延伸率，用洛氏硬度计(HR一150A，Bscale)测试试样的硬度。在扫描电子显微镜(型号：JSM6360LV，Japan)分析样品断口形貌以及抛光后的显微组织和成分构成。采用弦切法测量SEM照片中的w晶粒尺寸，在对300个以上的对象进行测量后取平均值得到w的平均晶粒尺寸。3结果与讨论

8、3．1升温速度对合金性能的影响本实验中所有烧结的样品均未出现鼓泡和变形现象。合金的密度和力学性能数据在表l中给出。可以看出，升温速度在20一105。C／min范围内，均能获得接近全致密和优异性能的合金。这个范围内，合金相对密度约99％，伸长率约20％，而且升温速率对这两项参数无明显影响。相比常规烧结，微波烧结合金性能相当，但微波烧结时间大大缩短。然而，屈服强度和抗拉强度在80。C／min条件下出现了最大值。该条件烧结样品具有99．22％相对密度、630MPa屈服强度、930MPa抗拉强度和19．73％的伸长率。表1升温速度对W—Ni—Fe合金致密

9、度和力学性能的影响。MW：微波烧结。CONV：常规烧结HeatingrateDensityYieldstrengthTensileStr