高比重钨合金的制造工艺主要包括粉末冶金、塑性加工、烧结工艺以及新兴的3D打印技术:
一、粉末冶金:制备高纯度坯料
这是钨合金加工的核心起点,包括以下关键步骤:
1、原料提纯与混合:选用高纯度钨粉,通过球磨、筛分与镍、铁、钴等合金元素均匀混合,控制粒度在5-10微米以优化成形性。对于特殊用途,还需添加碳化钛、氧化钇等第二相颗粒,通过弥散强化提升抗辐照性能。
2、成形与预烧结:采用等静压或模压技术制备坯料,常见尺寸为12×12×400 mm的棒材或板材。预烧结在氢气气氛中以1200℃进行1小时,初步提升坯体强度和导电性。
二、塑性加工:突破脆性瓶颈
针对钨合金的低延展性,需通过高温塑性成型实现精密加工:
1、热轧与温轧:热轧开坯温度为1350-1500℃,通过多道次轧制将板材厚度从8 mm减至0.5 mm;温轧阶段进一步细化至0.2 mm,过程中需喷涂石墨或二硫化钼润滑,避免开裂。
2、旋锻与拉丝:旋锻在1400-1600℃氢气环境中进行,通过旋转锻造将方坯转化为均匀圆棒,密度可达18.8-19.2 g/cm³。拉丝采用“温拉”工艺,预热至100-350℃后,经链式拉伸机逐步拉至0.06 mm以下的细丝,适用于电子器件与照明领域。
三、烧结工艺:致密化与性能强化
烧结是提升钨合金致密度和力学性能的核心环节,主要技术包括:
1、垂熔:电流直接通过坯料产生焦耳热,烧结电流达熔断电流的90%,控制晶粒数为10000-20000个/mm²,密度17.8-18.6 g/cm³,适用于丝材和小型部件。
2、放电等离子烧结:通过脉冲电流快速加热,实现快速致密化,可制备高密度、细晶粒的钨合金部件。
四、3D打印技术:复杂结构制造
传统工艺难以制备形状复杂的钨零件,而基于烧结的3D打印技术提供了新解决方案:
1、工艺原理:采用金属/陶瓷粉体适配粘结剂通过3D打印制备生坯,再经脱脂烧结炉后处理获得致密结构件。
2、优势:可制备复杂构件,材料相对密度达98%以上,产品尺寸精度为±0.02mm-±0.06mm。例如,升华三维开发的UPGM-93WNIFE钨合金颗粒料,适用于航空航天、军事国防等领域。
五、其他辅助工艺
真空熔渗:用于制备高密度复合材料,通过抽吸液相或真空炉熔渗,提升合金的致密化程度。
超声椭圆振动切削:用于超精密加工,通过刀具与材料的周期性分离,降低切削温度,提升表面质量。