钨基合金挤压成形用新型粘结剂的设计及其脱脂技术研究

摘要

钨基合金具有优异的物理和力学性能,在航空航天、国防军工等领域广泛应用。随着主战坦克装甲防护能力的提高,对弹用(如杆式动能穿甲弹)钨合金材料的强韧性及长径比提出了越来越高的要求。粉末挤压成形是制取粉末冶金管、棒、条和其它异型制品最有效的新型成形技术之一,而采用粉末挤压成形技术制备大长径比钨基合金棒材的核心在于:粉末挤压成形粘结剂的设计及其脱除技术。本论文围绕这一核心课题,对93W-Ni-Fe复合粉末挤压成形用粘结剂的设计及其脱脂技术进行系统研究。
　　 采用NETZSCH STA449C型热分析仪分析粘结剂和喂料的热性能,采用Instron3211型毛细管流变仪测试喂料流变性能,采用FinePixS8100fd型相机拍照来观察棒坯表面形貌,采用MeF3A型金相显微镜观察粘结剂断口组织形貌,采用JSM-5600LV型扫描电镜观察粘结剂、喂料、挤压坯及脱脂坯组织形貌。研究结果表明:
　　 (1)以PW,LPW,CW为增塑组元,HDPE,EVA为骨架组元,PEW、SA、X为改性组元,设计了4种粘结剂配方,粘结剂体系均具有较好的相容性,对钨基合金粉末均具有较好的润湿性,其中4＃(52wt.％PW-15wt.％LPW-5wt.％CW-10wt.％HDPE-10wt.％EVA-2wt.％PEW-1wt.％SA-5wt.％X)粘结剂的润湿性最好。
　　 (2)确定了钨基合金喂料的制备方法和挤压温度、挤压速度等工艺参数,4＃喂料具有最优的挤压成形性。
　　 (3)钨基合金正挤压棒坯在溶剂脱脂过程中易产生开裂等缺陷,正挤压棒坯内存在较大的残余应力是导致棒坯溶剂脱脂开裂的主要原因;溶剂脱脂前,在40℃下对正挤压棒坯进行热处理来降低残余应力,有利于正挤压棒坯的无缺陷溶剂脱脂。
　　 (4)粘结剂体系、脱脂温度和时间、棒坯试样厚度是影响脱脂棒坯溶剂脱脂效率的主要因素。正挤压和螺杆挤压棒坯的适宜溶剂脱脂温度分别为30℃和45℃,随着脱脂时间延长,脱脂率增加但脱脂速率明显下降;棒坯厚度对脱脂率影响较大,且棒坯越厚,脱脂率越低。
　　 (5)大厚度棒坯的溶剂脱脂受扩散控制,棒坯越厚,扩散路径越长,棒坯脱脂速率越小,且易产生脱脂缺陷,通过增加干燥步骤来优化溶剂脱脂过程,避免了大厚度棒坯溶剂脱脂缺陷的产生,同时提高了脱脂率,正挤压和螺杆挤压棒坯的溶剂脱脂率分别可高达45％和70％以上,为后续热脱脂提供了大量的脱脂孔隙。
　　 (6)在真空气氛下对棒材进行后续热脱脂,坯体保形性好:采用所设计的溶剂.热二步脱脂,可实现Φ15mm正挤压棒坯和Φ24mm螺杆挤压棒坯的快速无缺陷脱脂。