·150· 北京科技大学学报 2000年第2期 液相烧结条件下，粘结相中Ni/Fe比的增加将产 生2种效应：其一，粘结相中Ni含量的提高将增 01480 加W在粘结相中的溶解度，从而使烧结过程中 +1400 液相量增多；其二，粘结相中Ni含量的提高有 利于改善烧结过程中液态粘结相对W颗粒的润 30 60 湿性.很明显这2种效应均有利于提高合金在 烧结过程中的致密化速率，促进合金致密化，即 t/min 宏观上在烧结工艺参数（烧结温度和时间）相同 图1循环烧结温度曲线 的条件下，随Ni/Fe比提高无论在固相烧结条件 Fig.1 Temperature-time schematic diagram of circular sintering process 下还是在液相烧结条件下合金烧结密度均增加： 而在烧结温度相同的条件下合金致密化速率随 2结果分析与讨论 粘结相中Ni/Fe比增加而增加.由于一般烧结致 密化过程中的传质机构都是热激活，理论上，合 2.1高Ni/Fe比钨合金等温烧结行为 金的烧结密度应随烧结温度提高而增加，图2中 不同Ni/Fe比钨合金普通等温烧结致密化 Ni/Fe比为7/3的合金也的确如此.但对于高Ni/ 行为如图2和图3所示，其中图2为合金烧结 Fe比(>82)合金，烧结温度高于1460℃时，烧结 密度随烧结温度（烧结时间为30min)的变化曲 密度反而有所下降.这主要是因为烧结过程中 线.由图可见，所有高Ni/Fe比(>8/2)钨合金的 液相量过多，高温下容易引起试样表面起泡所 烧结密度一温度曲线均位于Ni/Fe比为73的 致.因此相同条件下高Ni/Fe比合金需要而且可 钨合金的上方，说明无论在固相烧结条件下，还 以在较低的温度下烧结， 是在液相烧结条件下高Ni/Fe比(>8/2)铬合金 17.5 均可以获得比Ni/Fe比(7/3)钨合金更大的烧结 送 17.0 密度，而且Ni/Fe比越高烧结密度越大. 17.4 16.5 6—7.0/3.0 16.0 —8.5/1.5 17.0 60 -a-9.0/1.0 15.5 w—9.5/0.5 16.6 。7.0/3.0 m—8.5/1.5 15.0 16.2 10 30 40 50 60 -a-9.0/1.0 米—9.5/0.5 t/min 15.8 图3不同Ni/Fe比钨合金烧结密度随时间的变化曲线 1380 1400 1420 14601480 Fig.3 Effect of sintering time on the densities of tungsten t/℃ heavy alloys with different Ni/Fe ratios 图2不同Ni/Fe质量比钨合金烧结密度随温度变化曲线 Fig.2 Effect of sintering temperature on the densities 图4是相同烧结工艺条件(1480℃和60min) of tungsten heavy alloys with different Ni/Fe ratios 下Ni/Fe比为9.5/0.5和7/3合金的SEM照片，从 中可以比较2种合金在烧结过程中的W晶粒长 图3为不同Ni/Fe比钨合金烧结密度随烧 大情况.根据已有的研究，高密度钨合金烧结过 结时间的变化曲线（烧结温度为1480℃）.当Ni/ 程中W晶粒长大机理主要是溶解析出过程，其 Fe比较低(73和8.5/1.5)时，即使烧结温度较高 长大速率与W在液相中的溶解度C和扩散系数 (1480℃)，15min烧结后试样密度仍很低；只有 D有关，即W晶粒长大速率常数 烧结时间较长(>30min)时，试样密度才能接近 koDC/kT1-fi)] 理论值：但对于高Ni/Fe比(9/1或9.5/0.5)钨合 (1) 金，烧结时间仅为15min即可使试样接近完全 式中，k为Boltzmann常数，f为固相体积分数，T 致密，延长烧结时间，合金密度变化不大.Ni是 为热力学温度.由于W在液态粘结相中的溶解 W的活化烧结元素，在固相烧结条件下，粘结 度随粘结相中Ni/Fe比增大而增大，因此相同烧 结条件下Ni/Fe比为9.5/0.5合金的W晶粒明显 相中Ni/Fe比的增加即合金系中Ni含量的提高 有利于烧结过程中物质迁移过程的进行.而在 大于Ni/Fe比为73合金的晶粒.一 1 5 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 2 期 卯 1 4 80 七 1 4 0 0 到 海一互鱼甲 0 r /m i n 图 1 循环 烧结 温度 曲线 F ig · 1 Te m P e r a tu ~ t im e s e h em a t i e d i a g r a m o f e icr u l a r s i n t e r i n g P r o e e s s 2 结果分析与讨论 2 . 1高 N 盯F e 比钨合金等温烧结行为 不 同 N i邝 e 比 钨合金普 通等温烧 结致密 化 行 为如 图 2 和 图 3 所示 , 其 中图 2 为合金 烧 结 密 度 随 烧结温度 ( 烧 结时间 为 30 m in) 的变 化 曲 线 . 由 图可见 , 所有 高 N 许 e 比 ( > 8 /2) 钨合 金的 烧 结密 度一温度 曲线均位 于 iN /eF 比 为 7 3/ 的 钨合金的 上方 , 说 明无论在 固相 烧 结条件下 , 还 是 在液相烧 结条件 下 高 iN 用e 比 >( 8/ 2) 铬 合金 均可 以 获得 比 iN 用e 比 (7 3/ ) 钨 合金更 大 的烧结 密度 , 而 且 N i用 e 比越 高烧 结密 度 越大 . 液相 烧 结条件 下 , 粘 结 相 中 N i/ eF 比 的增 加将产 生 2 种效应 : 其 一 , 粘 结相 中 N i含量 的提 高将 增 加 W 在 粘结相 中的 溶解度 , 从而 使烧结过 程中 液 相 量增 多 ; 其 二 , 粘结 相 中 N i 含量 的提 高有 利 于 改善 烧结 过 程中液态粘结相 对 W 颗粒的 润 湿 性 . 很 明 显 这 2 种 效应均有利于 提 高合 金 在 烧结过程 中的 致密化速率 , 促进合 金 致密 化 , 即 宏观上在烧 结工 艺 参数 ( 烧结温度和 时间 ) 相 同 的条件 下 , 随 N i邝 e 比提高无论在 固相 烧结条件 下 还是 在液相烧 结条件下合 金烧结密度均增加 ; 而 在烧 结温度相 同 的条件下 合金 致密化速率 随 粘 结 相 中N i用e 比增加而 增加 . 由于 一 般烧结致 密 化 过程 中的传质机 构都是 热激活 , 理论 上 , 合 金 的烧 结密度应 随烧 结温度提高而 增加 , 图 2 中 N i用e 比为 7/ 3 的 合金 也 的确 如 此 . 但对于 高 N i/ F e 比 ( > 8/ 2 ) 合金 , 烧结温度 高于 1 4 60 ℃ 时 , 烧 结 密 度反 而 有所下 降 . 这主 要 是 因为烧 结过程 中 液相 量过 多 , 高温下 容易 引 起试样表面 起 泡 所 致 . 因此相 同条件下 高 N i/ eF 比合金 需要而 且 可 以在较低 的 温度下 烧 结 . 1 7 . s f一一 ~ 一 ~ — - 一 - 一 一一一一 一 { 17 . 0 卜 一 一 一 一 一 落竺生任一` 一~ ~ 二二= = = ,日。 · 1 妙d 7 . 4 1 7 . 0 16 . 5 16 . 0 怡 一一 王〕 一一 7 0 /3 . 0 一」卜 - - 8 . 5 /1 . 5 一 -侧、 一 一 .9 0 /1 . 0 - -一 , 岭一 - 一 9 . 50/ . 5 妙 吸 1 6 . 6 16 . 2 一一 -刁合- - 一 ~ - - 一」 . - 一 - , 乌 - - 弓肠一- 一 7 . 0 /3 . 0 8 . 5 / 1 . 5 9 . 0 / 1 . 0 .9 5 0/ .5 1 5 . 8 } . 。 卜 l 1 3 8 0 1 4 0 0 1 4 2 0 1 4 6 0 1 4 8 0 t / ℃ 图 2 不 同 N 盯F e 质量 比钨 合金 烧结 密度 随温度 变 化曲线 F i g · 2 E fe e t o f s i n t e r i n g t e m P e r a t u er o n t h e d e n s i t i e s o f ut n gs t e n h e a v y a l l o y s w i t h d i fe er n t N 盯F e r a t i o s 图 3 为不 同 N i用e 比钨合金烧 结 密度 随烧 结时 间 的变化 曲线 ( 烧结温度为 1 4 80 ℃ ) . 当 N i/ F e 比较低 ( 7 /3 和 8 . 5 / 1 . 5 ) 时 , 即使烧 结温 度较高 ( 1 4 8 0 ℃ ) , 巧 m in 烧 结后 试样密 度仍 很低 ; 只 有 烧结 时间 较长 >( 30 m in) 时 , 试 样密度才 能接近 理论值 ; 但对于 高 iN 用 e 比 (9 l/ 或 9 . 5 0/ . 5) 钨合 金 , 烧结 时 间 仅 为 15 m in 即 可 使试样接 近完全 致密 , 延 长烧 结时 间 , 合金 密度变化 不 大 . N i 是 W 的活化烧 结元素 , 在 固相烧 结条件 下 , 粘结 相 中 N 评e 比 的增加 即 合金 系中 N i 含 量的提高 有利 于 烧结过 程 中物质 迁移过程 的进行 . 而 在 15 . 0 L es 一一 一 一 - L一 — 一比 一 一 一 10 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 r 八1l l n 图 3 不 同 N 评 e 比钨合 金烧 结密 度随 时 间的变化 曲线 F ig . 3 E fe e t o f s i n t e r i n g t i m e o n t h e d e n s it i e s o f t u n g s t e n h e a v y a ll o y s w i t h d i fe r e n t N 订F e r a ti o s 图 4 是相 同烧结 工 艺条件 ( 1 4 8 0 oC 和 6 0 m i n ) 下 N i /F e 比为 9 . 5 /0 . 5 和 7 /3 合金 的 S E M 照 片 , 从 中可 以 比较 2 种 合金 在 烧结过程 中的 W 晶粒长 大情况 . 根据 已 有 的研 究 , 高密 度钨合金烧 结过 程 中 W 晶 粒长 大机 理主 要 是 溶解 析 出过 程 , 其 长大速率 与 W 在液相 中的溶解度 C 和 扩 散系数 D 有关 , 即 W 晶 粒长大速率常 数 k oc D C 7〔k爪l 一f , ,, )」 ( l ) 式 中 , k 为 B ol t z l n an 常数 , f 为 固相 体积分 数 , T 为热力 学温度 . 由于 W 在液态粘 结相 中的 溶解 度 随粘 结相 中N i用e 比增大而 增 大 , 因 此相 同烧 结条件 下 N i用e 比为 9 . 50/ . 5 合金 的 W 晶 粒 明显 大于 N i/ F e 比 为 7/ 3 合金 的晶粒