钨粉制备及其对钨合金性能影响的研究进展

金属钨因具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨和热膨胀系数小等优点而被广泛应用于制备各种合金材料。本研究综述了钨粉的制备方法,如熔盐电解法、溶胶凝胶法、高能球磨法和氢气还原法。针对钨粉均匀性问题,重点阐述了目前使用最广泛的氢气还原法的研究现状,其中,调控氢气中水蒸气分压有利于提高钨粉均匀性;气流磨和球化等钨粉的处理工艺有助于提高钨粉均匀性和分散性。另外,介绍了钨粉粒度和分散性等对钨合金性能的影响,均匀分散的钨粉对制备组织均匀的钨合金优势巨大。针对钨粉和钨合金中钨晶粒之间的相关性介绍了晶粒细化的相关研究。简要介绍了钨粉性能对增材制造钨合金性能的影响。

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作用还可以有效提高材料去除率。

钨合金精密磨削砂轮磨损及对表面质量的影响机制

为了满足钨合金零件的高精度和高完整性表面加工需求,实现钨合金磨削质量的控制和加工工艺的优化,通过分析砂轮磨粒种类和结合剂类型对砂轮磨损形式的关系,明确了超硬磨料砂轮在钨合金磨削加工中的优势.研究了磨粒粒度和磨削参数对钨合金磨削加工质量的影响规律,为制定合理的磨削工艺提供依据.通过磨削试验获得钨合金高精度和高完整性表面磨削加工工艺.研究结果表明,钨合金磨削过程中砂轮易磨损,超硬磨料砂轮更适合钨合金的磨削加工.金属结合剂金刚石砂轮在钨合金磨削加工的表面质量和加工精度方面表现出优越性.通过改进磨削参数,钨合金精密磨削后表面粗糙度可达18.9nm,实现了镜面磨削效果.

钨及钨合金强化方法和烧结工艺研究进展

钨及其合金因其优异的性能被广泛应用于核工业、航空航天等极端环境中,但钨固有的低温脆性和重结晶脆性也限制了它的进一步应用。本文结合近年来相关研究,从钨及其合金的成分和制备工艺两方面出发,综述了钨基材料性能方面的改善及其实现方法。成分调控领域有Re,Ta和Nb等元素的固溶强化,以及碳化物和氧化物的第二相强化;制备工艺方面分为场辅助烧结的热压、放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)和微波烧结等工艺,以及无场辅助烧结的活化烧结和无压两步烧结方法。最后,总结了现有工艺和技术的发展现状,对不同制备工艺的发展趋势进行了展望。

铂钨合金材料在神经介入医疗器械中的应用研究

针对铂钨合金材料在神经介入医疗器械中的应用展开研究。阐述了医疗器械领域对高性能材料的需求,阐明了铂钨合金材料在神经介入医疗器械中的重要意义。探索铂钨合金材料在神经介入医疗器械中的应用潜力,通过对铂钨合金材料的物理化学特性和制备工艺进行了深入探讨,以评估其在医疗器械领域的可行性。证明铂钨合金材料在神经介入医疗器械中具有良好的生物相容性和优异的机械性能,且具备良好的临床应用前景。为医疗器械领域的材料创新和技术进步提供新的思路和方法。

复合细晶钨合金弹芯侵彻性能的数值模拟研究

为了更有效增强钨合金弹芯对装甲目标的侵彻性能,对复合细晶钨合金弹芯这种弹芯结构展开研究。运用LS-DYNA虚拟仿真软件对细晶钨合金弹芯和复合细晶钨合金弹芯侵彻装甲钢靶板的过程进行了数值模拟研究。通过比对不同速度条件下的侵彻深度和弹芯头部形状,分析复合弹芯内外层材料的不同分布和不同厚度比对其侵彻深度的影响。研究表明弹芯材料密度低于细晶钨合金弹芯的复合细晶钨合金弹芯方案在侵彻能力较好,且复合细晶钨合金残余弹芯头部越尖锐,越具有更大的侵彻深度。最佳复合弹芯为以95W为内层材料、93W为外层材料、厚度比为9∶1,该复合弹芯方案在不同速度条件下的侵彻深度均为最大。研究可为杆式脱壳穿甲弹钨合金弹芯设计提供参考。

大质量钨合金动能块高速侵彻超高强度钢靶作用特性

为研究超高强度钢靶抗大质量钨合金动能块的侵彻性能及破坏特性,基于弹道炮开展了215 g圆柱形钨合金动能块高速侵彻半无限超高强度G50钢靶和低强度45钢靶试验,获得了不同速度侵彻下两种钢靶的侵彻深度和成坑体积。试验表明,不同于低强度钢靶的近似圆柱体成坑特性,钨合金动能块侵彻超高强度钢靶时,在靶板内形成了类锥形弹坑,成坑侧面和坑底均有拉伸崩落裂纹;分析了超高强度钢靶的侵彻破坏特性,指出侵彻过程中钨合金动能块局部破碎引起靶板内的卸载拉伸剥落和动能块的侵彻锐化行为联合导致了类锥体弹坑的形成。通过数值模拟验证了超高强度钢靶的高速侵彻破坏机制。

熔烧温度对铌钨合金表面硅化物涂层显微组织和抗高温氧化性能的影响研究

硅化物涂层是航天航空用铌合金高温结构部件最常用的高温防护涂层,为了提高硅化物涂层的性能以满足铌合金高温结构部件越来越严苛的服役条件,采用料浆熔烧法在铌钨合金表面制备硅化物涂层,并通过改变涂层熔烧温度(1350,1400,1450,1500℃),研究熔烧温度对涂层微观结构和抗高温氧化性能的影响。结果表明:4种熔烧温度涂层致密层的主成分为(Nb,X)Si_(2)(X为Zr、Cr和Ti),过渡层为稳定的Nb_(5)Si_(3);涂层在1600℃高温下氧化2 h,氧化反应主要发生在表面的疏松层,Si、Zr、Ti、Cr等元素发生了选择性氧化,ZrO_(2)作为“氧化物钉”弥散在SiO_(2)玻璃膜中,涂层展现出良好的抗高温氧化性能。熔烧温度为1350℃样品的抗高温氧化性能最优。

金刚石抛光用镍钨合金镀层的电镀制备工艺

采用脉冲电镀的方法快速制备耐磨损的超厚镍钨合金镀层,用以摩擦化学抛光金刚石,以实现金刚石的快速去除。采用正交实验研究了脉冲频率、平均电流密度、占空比对镀层组分、显微硬度、内应力和沉积速率的影响。最终在脉冲频率200 Hz、平均电流密度9 A/dm2和占空比0.8的条件下制备了显微硬度472.76 HV、内应力80.11 MPa、厚度为0.35 mm的镍钨合金镀层。经金刚石摩擦化学抛光实验验证,制备的镍钨合金抛光盘具有优异的抛光性能,相较于铸铁抛光盘,镍钨合金抛光盘具有更高的金刚石去除率(0.71μm/min)、更低的磨损量(0.16 g)和磨削比(94.25)。

钨合金的磨削加工去除机理

目的 解决钨合金磨削加工去除机理不明晰的问题。方法 基于单磨粒刻划有限元仿真、单磨粒刻划和磨削加工实验,探究钨合金的磨削加工去除机理。结果 在刻划过程中,划痕的不同位置材料的去除特性存在显著差异。在单颗粒刻划切入端,材料依次发生了塑性变形、隆起、微裂纹,再到钨相与黏结相的混杂交融。在划痕中段以材料去除为主,出现了材料微卷起和材料卷起现象,沿着刻划方向卷起现象越来越严重。在划痕切出端,划痕边缘和尾部均出现了“飞边”现象,且相较于切入端,切出端的形貌较差,实验与仿真吻合。此外,在不同相位处,材料的去除特性也存在一定不同。在钨相区域,同时存在脆性特征和塑性特征。在黏结相区域,刻划深度较浅时主要呈现塑性变形、塑性流动等特征,刻划中端深度较大时主要呈现与钨相的混杂和交融。在钨相与黏结相的相界处,相邻钨颗粒呈现不同的损伤或去除特征,且相界会阻断特征形貌的传递。最后,磨削后的钨合金表面存在单颗粒刻划痕上出现的所有去除特征,与单颗粒划痕的去除特征吻合。不同的是,磨削后划痕底部出现了区域性和放射状的裂纹。结论 钨合金的两相特性使得磨削表面的去除特征较复杂,存在塑性变形、微裂纹、微卷起、卷起、裂纹和两相交融等脆塑性并存的特征。

电沉积镍钨合金多层膜耐蚀性能研究

为满足微电子器件在极端环境中的服役要求,提升镍基合金薄膜镀层在工业应用中的耐蚀性,采用电沉积的方法得到单层及多层镍钨合金薄膜,研究了多层镀层对镍钨镀层耐蚀性能的影响。结果表明:在相同镀层厚度条件下,采用多层镍钨合金沉积方式能够提升镀层的耐蚀性能,为改善镀层耐蚀性能提供了一种方便而有效的途径。

钨合金破片侵彻钢靶的穿靶能量研究

为了探讨钨合金破片对Q235钢靶的侵彻效应,本文研究了在一定弹靶系统下,破片穿靶所需能量随破片入靶速度的变化关系。采用AUTODYN有限元分析软件数值模拟了钨合金球形破片侵彻钢板,得到穿靶能量随破片速度的变化规律,同时获得了钨合金球形破片侵彻钢板的开坑直径随破片速度的变化规律。在此基础上,通过使用量纲分析的方法,获得了球形破片侵彻靶板的入靶速度与穿靶能量的关系式,并用不同速度的破片进行穿靶试验。研究表明:随侵彻速度的增大,穿靶所需能量增大,且获得的试验值与计算值具有较好的一致性,研究结果具有一定的应用价值。

电沉积镍钨合金技术在油管上的应用

钢铁的腐蚀现象是造成其失效的重要原因,广泛存在于机械设备、石油钻采、生产制造及海洋设备等领域,其造成的损失无法估量。电沉积镍钨合金技术可以提供高强度、高防腐蚀、高耐磨损性能,特别是对于高温高压下含H_(2)S、CO_(2)、Cl-腐蚀性环境。文章介绍了电沉积镍钨合金技术的特点,并将普通钢材的高强度和镍钨合金的高耐蚀耐磨性能有机结合,符合新材料的发展趋势,可以广泛应用于油田机械、工程机械、海洋船舶和军工等领域,重点介绍了电沉积镍钨合金防腐油管在不同采油技术中的应用,结果表明电沉积镍钨合金油管具有良好防腐耐磨性能,可有效解决了石油开采中油管的腐蚀和磨损问题,延长油管使用周期,降低综合成本。

纳米多晶镍钨合金力学性能的分子动力学研究

为了研究钨原子分数与平均晶粒尺寸对镍钨合金纳米多晶力学性能的影响,本文运用分子动力学方法在10 K与300 K时对镍钨合金纳米多晶模型进行拉伸与剪切模拟,计算分析了不同钨原子分数(0%、5%、10%、15%、20%)的镍钨合金的抗拉强度、延伸率与抗剪切性能等力学性能,进一步研究了不同晶粒尺寸(2.4 nm、1.9 nm、1.5 nm)对镍钨合金多晶力学性能的影响。结果表明,当镍钨合金纳米多晶中钨原子分数为0%时,在10 K或者300 K时,平均晶粒尺寸小的镍钨合金纳米多晶抗拉强度大,但是抗剪切强度反而小;当镍钨合金纳米多晶中钨原子分数在0%~20%之间时,随着钨元素含量的增加,抗拉强度与抗剪强度也逐渐增大;当镍钨合金纳米多晶中钨原子分数在0%~15%之间时,温度为10 K或者300 K时,平均晶粒尺寸为1.5 nm的镍钨合金纳米多晶的延伸率大于平均晶粒尺寸为1.9 nm或者2.4 nm的镍钨合金纳米多晶的延伸率。

钨合金/不锈钢的低温扩散连接及界面组织性能

通过低温扩散连接方法实现钨合金(90W-7Ni-3Cu)与304不锈钢的高性能连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、电子探针(EPMA)分析连接界面的微观组织及元素扩散与分布行为,采用拉伸试验测试连接界面的力学性能。研究结果表明:在800~950℃、压力20 MPa、保温120 min的条件下,可以实现90W-7Ni-3Cu合金与不锈钢的有效连接;当连接温度为900℃时,连接界面抗拉强度达到最大值168 MPa;连接界面结合紧密,无裂纹等缺陷。钨合金与不锈钢界面原子形成了充分的互扩散,不锈钢中的W、Fe、Cr、Ni和Si元素借助空位以及点缺陷扩散到了钨合金一侧的钨中,形成了富含W、Fe、Cr、Ni和Si元素的扩散层。900℃连接样件的断裂发生在钨合金一侧,可以观察到钨合金基体的六角形晶界并且其表面覆盖有粗糙的黏着物,黏着物为原子扩散所形成的扩散层。不锈钢中的Cr、Fe元素以固溶的方式扩散到了钨合金的(Ni,Cu)相中,提高连接界面强度。

钨合金破片对聚能装药破甲深度的影响机理

为了研究钨合金破片对聚能装药破甲深度的影响机理,应用AUTODYN有限元分析软件对钨合金破片对聚能射流形成及破甲深度的影响进行了模拟研究,并进行了试验验证。结果表明,在药型罩微元加速装药段布设破片会使得部分射流的速度增大,破坏了预先设计的射流速度梯度,导致射流在中段出现堆积甚至断裂,使得射流的破甲深度降低。当裸药柱的穿深能达到较高水平时,在药型罩微元加速装药段布设的破片越多,射流的破甲深度下降越多;当装药结构形状为圆柱和圆锥相结合时,在药柱的斜锥段布设破片对射流的破甲深度造成的影响较小;在药柱与破片之间加装声阻抗远低于炸药的内衬层可以有效降低破片对射流破甲深度的影响。

钨合金破片侵彻防弹插板和明胶复合机理研究

为研究破片穿透防弹插板后对人体靶标的钝击与侵彻耦合杀伤机理,开展了钨合金破片侵彻有防护明胶靶标试验,获得了钨合金破片穿透NIJⅢ级SiC/UHMWPE防弹插板后对明胶靶标造成的损伤特征、破坏规律及破片能量传递关系。建立破片侵彻有防护明胶的数值分析模型,获得破片的速度变化情况、防护后明胶靶标内压力、应力及应力波变化等终点效应特征量。试验及数值仿真结果表明:破片穿透防护所需动能随破片质量增加而减少,破片穿透防弹插板的能量传递率随质量增加而增大。破片速度由1030 m/s增加到1157 m/s,钝击凹陷最大直径增加了约30%,钝击凹陷最大深度增加了约65%,而明胶靶标的瞬时空腔最大直径减少了约40%。破片侵彻过程中,越靠近破片侵彻位置明胶应力越大,等效应变场均呈环形分布。破片未击穿防弹插板时,应力波在明胶中以球面波形式传播,破片与明胶接触的过程中,存在持续的应力波输出,并与达到明胶边界的反射波叠加,影响明胶内部压力变化。

石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟

石墨烯(graphene,Gr)因其优异的性能而被广泛作为金属基材料增强相,但目前石墨烯对铜钨合金(Cu W)耐磨损性能的微观作用机制仍不清晰。该文基于分子动力学模拟方法,针对Cu W“假合金”的特点,应用粒子群算法建立Cu W80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析石墨烯对Cu W80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:Cu W80Gr模型的弹性模量与硬度均比Cu W80高,且均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,石墨烯对CuW复合材料的增强机制为屏障作用与位错强化。研究结果可为铜钨合金复合材料的掺杂优化设计、遴选与性能调控提供理论指导和技术支撑。

石墨烯/铜钨合金触头电弧烧蚀的固–液相变动力学模拟与烧蚀程度微观表征

石墨烯因出色的功能特性被用于金属基材料的增强相,但目前对于石墨烯增强铜钨(copper-tungsten,CuW)合金电触头抗烧蚀性能的微观作用机制尚不清晰。该文通过粒子群优化算法构建符合“假合金”结构的CuW80复合材料模型以及掺杂不同质量分数的CuW80Gr复合模型。引入双温模型–分子动力学方法,建立考虑晶格振动和自由电子热传导效应的CuW合金电弧烧蚀模型,并针对材料局部物理状态提出评估烧蚀程度的微观表征量,从材料内部固–液相变动态演变过程分析石墨烯对CuW合金复合材料的微观增强机制。结果表明,CuW80Gr模型的损失质量与电弧侵蚀深度均比CuW80低,且随石墨烯质量分数增大呈下降趋势,其中在100ps时刻,CuW80Gr0.15%的损失质量较CuW80降低10.66%,电弧侵蚀深度降低92.56%。石墨烯对CuW80Gr合金的增强机制,主要体现为Cu相热传导能力的加强,使得热流通过Cu相将能量更快地传导至基体深处,从而减少表面原子的蒸发飞溅和电弧对W骨架的侵蚀。结果可为石墨烯增强铜钨合金电触头的抗烧蚀性能的优化设计和性能调控提供理论依据与技术支撑。

不同因素对电沉积镍-钨合金镀层性能的影响

采用直流电沉积法在低碳钢表面制备了Ni-W合金镀层。通过单因素实验研究了钨酸钠质量浓度、温度、pH和阴极电流密度对镀速及镀层钨质量分数、内应力和抗高温氧化性能的影响,得到较优的工艺条件为:NiSO_(4)·6H_(2)O 20 g/L,Na_(2)WO_(4)·2H_(2)O40 g/L,C_(6)H_(8)O_(7)·2H_(2)O 45 g/L,H_(3)PO_(4)10 g/L,温度75℃,pH 7.0,电流密度10 A/dm^(2)。在该条件下镀速为17μm/h,所得的Ni-W合金镀层平整致密,内应力为84 MPa,与基体结合紧密,抗高温氧化性能良好。