專利名稱：一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法
技術領域：
本發明屬于難熔金屬材料技術領域，特別涉及一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法。
背景技術：
隨著放射性醫學的不斷發展和應用，各種放射性射線被廣泛應用，射線對人體傷害及環境破壞也逐步被人們認識，為了避免輻射的危害，應充分重視對輻射的防護。鉛，密度為11. 35g/cm3，是最早應用于輻射防護的材料，鉛對X射線和Y射線均具有很好的屏蔽效果，具有易加工、價格低等特點。但由于鉛無法降解，一旦排入環境很長時間仍然保持其可用性，在環境中的長期持久存在，又對許多生命組織有較強的潛在性毒性，在最嚴重的情況下，可能人事不醒，直至死亡。所以鉛一直被列為強污染物范圍，在很多國家和地區已經開始限制使用。因此，需要一種可以替代鉛的新型屏蔽材料。 在很多屏蔽方面采用傳統的鎢合金材料做為屏蔽材料，但常規鎢合金的密度范圍在16. 5 18. 5 g/cm3之間，但該材料密度太高，無法滿足要求密度低的醫療屏蔽方面，只能部分替代鉛作為屏蔽材料。目前國內外有關替代鉛的材料只有采用高分子聚合物中添加金屬物質制備的復合材料報道，但均未給出該材料的詳細密度范圍和材料的各項性能指標，而且常規環境中高分子聚合物壽命一般為Γ8年，如射線長期照射使用壽命會大幅降低，給使用造成諸多不便。

發明內容
本發明的目的在于提供一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法，解決了采用鉛做屏蔽材料，使用過程及報廢處理時對環境造成污染的問題。該材料制備工藝簡單、適宜批量生產，且對環境無污染，為獲得與鉛密度相似的鎢基合金，在原料配比時首先引入鑰替代部分鎢來降低合金的密度，另外通過提高Ni、Cu的含量來降低密度；但合金中W、Mo含量降低，會導致合金的強度降低，發明中通過添加部分Ti和Al提高合金的強度，因為Ti和Al可以與Ni形成Ni3Ti和Ni3Al沉淀相，沉淀相對合金具有很好的強化作用，從而合金的整體強度得到提高。通過調整材料成分配比，制備出密度在7 12g/cm3之間代替鉛的鎢基合金，抗拉強度大于600MPa，延伸率大于15%。本發明的代替鉛的鎢基合金的成分重量百分含量為鎢8 50%、鑰2(Γ40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %，其余為不可避免的雜質。本發明的代替鉛的鎢基合金的制備方法包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結、形變強化處理四個步驟，具體工藝及在工藝中控制的技術參數為(I)原料配制將鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %作為原料粉，在混料器中混合8 20小時，混合均勻制成混合粉備用；原料中W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3· 5 6· O μ m，Ti 粉、Al 粉粒度為 3. 5 6. O μ m。(2)冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，等靜壓壓力為150 220MPa，保壓時間為12 25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度55 65%的預制還；(3)燒結將壓預制坯在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為900 1300°C，保溫時間為I 3小時，得到燒結坯料；(4)形變強化處理燒結坯料在800 900°C保溫O. 5 I小時，使其變形量達到30 70%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。冷等靜壓成形、形變強化處理均采用氫氣氣氛保護。本發明的優點在于
I、原料采用常規W、Mo、Ni、Cu、Ti、Al粉末生產，易于購買；2、制備工藝為粉末冶金工藝，簡單易于操作；3、成分中無對環境有害元素，不會造成環境造成污染?？梢蕴娲U作為屏蔽材料，合金密度與鉛相近，制備工藝簡單，適合批量化生產。


圖I為代替鉛的鎢基合金金相組織圖。圖2為代替鉛的鎢基合金斷口掃描圖。
具體實施例方式實施例II、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :28wt%、Mo: 20wt%、Ni :28wt%、Cu: 22wt%、Ti:lwt%、Al :lwt%，其余為雜質；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合8小時，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，等靜壓壓力為150MPa，保壓時間為12分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度55%的預制坯；4、燒結將壓制成形的坯料在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為900°C，保溫時間為I小時，得到燒結坯料；5、形變強化處理溫度為800°C，保溫時間為I小時，變形量達到30%，得到最終的
代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為10. 6g/cm3，抗拉強度為620MPa，延伸率為18%。實施例2I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :8wt%、Mo :40wt%、Ni 30wt%> Cu: 19wt%> Ti : lwt%> Al :2wt%,其余為雜質；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合10小時，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，等靜壓壓力為220MPa，保壓時間為18分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度65%的預制坯；4、燒結將壓制 成形的坯料在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為1000°C，保溫時間為I. 5小時，得到燒結坯料；5、形變強化處理溫度為900°C，保溫時間為O. 5小時，變形量達到40%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為9. 5g/cm3，抗拉強度為700MPa，延伸率為20%。實施例3I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :50wt%、Mo :20wt%、Ni 10wt%> Cu: 13wt%> Ti :4wt%> Al :3wt%,其余為雜質；2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合15小時，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，等靜壓壓力為180MPa，保壓時間為20分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度60%的預制坯；4、燒結將壓制成形的坯料在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為1200°C，保溫時間為2小時，得到燒結坯料；5、形變強化處理溫度為850°C，保溫時間為O. 5小時，變形量達到70%，得到最終
的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為11. 8g/cm3，抗拉強度為735MPa，延伸率為22%。實施例4I、原料選擇W粉、Mo粉粒度為2. O 3. O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6. O μ m，原料成分為W :35wt%、Mo :35wt%、Ni 15wt%> Cu: 5wt%> Ti : 5wt%、Al :5wt%,其余為雜質;2、混料選擇粉末成分配比，將選好的粉末混合20小時，混合均勻備用；3、冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，靜壓壓力為165MPa，保壓時間為25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度58%的預制坯；4、燒結將壓制成形的坯料在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為1300°C，保溫時間為3小時，得到燒結坯料；5、形變強化處理溫度為820°C，保溫時間為I小時，變形量達到55%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。6、測試最終得到的鎢基代鉛合金材料的密度為10. 3g/cm3，抗拉強度為800MPa，延伸率為15%。
權利要求
1.一種代替鉛的鎢基合金，其特征在于，該合金的成分重量百分含量為鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5 %、鋁I 5 %，其余為不可避免的雜質。
2.—種權利要求I所述代替鉛的鎢基合金的制備方法，包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結、形變強化處理；其特征在于，在工藝中控制的技術參數為 (1)原料配制將鎢8 50%、鑰20 40%、鎳10 30%、銅5 22%、鈦I 5%、鋁I 5 %作為原料粉，在混料器中混合8 20小時，混合均勻制成混合粉備用； (2)冷等靜壓成形將混合粉裝入軟膠膜內，放入冷等靜壓機中壓制成形，等靜壓壓力為150 220MPa，保壓時間為12 25分鐘，混合粉等靜壓成形后得到相對密度55 65%的預制坯； (3)燒結將壓預制坯在氫氣保護氣氛下燒結，燒結溫度為900 1300°C，保溫時間為I 3小時，得到燒結坯料； (4)形變強化處理燒結坯料在800 900°C保溫O.5 I小時，使其變形量達到30 70%，得到最終的代替鉛的鎢基合金。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，原料中W粉、Mo粉粒度為2.O 3.O μ m，Ni粉粒度為2. 3 3. 5 μ m，Cu粉粒度為3. 5 6. O μ m，Ti粉、Al粉粒度為3. 5 6.O μ m0
4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，冷等靜壓成形、形變強化處理均采用氫氣氣氛保護。
全文摘要
一種代替鉛的鎢基合金及其制備方法，屬于難熔金屬材料領域。該合金的成分重量百分含量為鎢8～50%、鉬20～40%、鎳10～30%、銅5～22%、鈦1～5 %、鋁1～5 %，其余為不可避免的雜質。制備方法包括原料配制、冷等靜壓成形、燒結、形變強化處理。優點在于，制備的代替鉛的鎢基合金的密度為7～12g/cm3，抗拉強度大于600MPa，延伸率大于15%；該合金材料與現有廣泛使用的屏蔽材料鉛相比，成分中無環境污染元素，合金密度與鉛相近，制備工藝簡單，適合批量化生產。
文檔編號C22C30/02GK102796930SQ20121030711
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月25日 優先權日2012年8月25日
發明者劉桂榮, 王玲, 裴燕斌, 劉國輝, 熊寧, 王鐵軍, 周武平, 呂周晉, 許帥 申請人:安泰科技股份有限公司