权利要求
1.一种W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：称取钨粉和铼粉，均匀混合后加压获得坯体;
S2：将坯体放入真空电弧熔炼炉中熔炼至液态，冷却后得到铸锭;
S3：对铸锭翻面，按照S2对铸锭进行重熔;
S4：对S3重复操作10～12次;
S5：对经过多次重熔之后的铸锭放入真空管式炉中热处理;
S6：对经过热处理后的铸锭用无水乙醇清洗，制备得到W-Re合金核壳结构材料;
S7：选取部分制备得到的W-Re合金核壳结构材料作为试样，并对试样进行分析，证实试样的真实性。
2.根据权利要求1所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S1包括以下步骤：
S11：按照钨、铼原子比1.0：4.0称取钨粉和铼粉;
S12：将称取的钨粉和铼粉放入研钵中用研杵研磨，钨粉和铼粉粒径为200目，纯度为99.99%;
S13：继续用研杵对钨粉和铼粉研磨5分钟，钨粉和铼粉均匀混合;
S14：对均匀混合的钨粉和铼粉施加15MPa的压力，并持续加压5分钟获得坯体。
3.根据权利要求1所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S2包括以下步骤：
S21：将坯体放入真空电弧熔炼炉中;
S22：对真空电弧熔炼炉抽真空，然后向真空电弧熔炼炉中通入保护气体;
S23：采用钨针电流引弧，增加电流至坯体熔至液态;
S24：冷却后得到铸锭。
4.根据权利要求3所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S22包括以下步骤：
S221：对真空电弧熔炼炉抽真空，使得真空电弧熔炼炉内压强为0.001 pa～0.003 Pa;
S222：然后向真空电弧熔炼炉中通过保护气体，当真空电弧熔炼炉内压强达到0.5个大气压停止通入保护气体;
S223：对S221、S222重复操作2～3次。
5.根据权利要求3所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S23包括以下步骤：
S231：钨针距离坯体上方1～3 mm，引弧的电流为20～30A;
S232：缓慢增加电流，使坯体熔至液态;
S233：停留一段时间后关闭电流。
6.根据权利要求1所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S5包括以下步骤：
S51：将铸锭用线切割设备切成多份小块铸锭;
S52：将其中一小块铸锭放入真空管式炉中;
S53：对真空管式炉抽真空，然后向真空管式炉中通入保护气体;
S54：对位于真空管式炉中的小块铸锭热处理;
S55：对剩余的多份小块铸锭按照S52、S53、S54操作。
7.根据权利要求6所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S54包括以下步骤：
S541：设置热处理工艺参数，其中升温速度为3℃/min，温度上升到1500℃～1600℃，保温5天，降温速度为3℃/min，降到1000℃;
S542：停止加热，小块铸锭随炉冷却。
8.根据权利要求1所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S6包括以下步骤：
S61：用砂纸打磨小块铸锭表面，至小块铸锭表面光亮;
S62：用无水乙醇清洗打磨之后的小块铸锭;
S63：制备得到内部由Re3W(χ)相组成，外部由Re(hcp)相组成的W-Re合金核壳结构材料。
9.根据权利要求1所述的W-Re合金核壳结构材料的制备方法，其特征在于：S7包括以下步骤：
S71：选取一小块铸锭作为试样;
S72：在常温下，将试样放入腐蚀液中30S;
S73：对经过腐蚀之后的试样进行显微组织观察、微区XRD物相分析、维氏硬度、EBSD相结构分析，证实试样的真实性。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种W-Re合金核壳结构材料的制备方法。
背景技术
[0002]W-Re合金具有高温抗蚀性、高强度、高硬度、良好的韧性、低DBTT、防辐射性等优点，广泛应用于高温测量、真空技术、电接点材料、喷涂材料、核聚变和航空航天等领域，但为了提高设备或部件的使用寿命，进一步减少设备或部件维修和更换的频率，降低维护成本，急需一种耐腐蚀性增强、高温稳定性增强的W-Re合金核壳结构材料。
发明内容
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种W-Re合金核壳结构材料的制备方法，能够提供一种耐腐蚀性增强、高温稳定性增强的W-Re合金核壳结构材料，从而提高设备或部件的使用寿命，进一步减少设备或部件维修和更换的频率，降低维护成本。
[0004]本发明所采用的技术方案如下：一种W-Re合金核壳结构材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取钨粉和铼粉，均匀混合后加压获得坯体;
S2：将坯体放入真空电弧熔炼炉中熔炼至液态，冷却后得到铸锭;
S3：对铸锭翻面，按照S2对铸锭进行重熔;
S4：对S3重复操作10～12次;
S5：对经过多次重熔之后的铸锭放入真空管式炉中热处理;
S6：对经过热处理后的铸锭用无水乙醇清洗，制备得到W-Re合金核壳结构材料;
S7：选取部分制备得到的W-Re合金核壳结构材料作为试样，并对试样进行分析，证实试样的真实性。
[0005]作为本发明优选的实施方式，S1包括以下步骤：
S11：按照钨、铼原子比1.0：4.0称取钨粉和铼粉;
S12：将称取的钨粉和铼粉放入研钵中用研杵研磨，钨粉和铼粉粒径为200目，纯度为99.99%;
S13：继续用研杵对钨粉和铼粉研磨5分钟，钨粉和铼粉均匀混合;
S14：对均匀混合的钨粉和铼粉施加15MPa的压力，并持续加压5分钟获得坯体。
[0006]作为本发明优选的实施方式，S2包括以下步骤：
S21：将坯体放入真空电弧熔炼炉中;
S22：对真空电弧熔炼炉抽真空，然后向真空电弧熔炼炉中通入保护气体;
S23：采用钨针电流引弧，增加电流至坯体熔至液态;
S24：冷却后得到铸锭。
[0007]作为本发明优选的实施方式，S22包括以下步骤：
S221：对真空电弧熔炼炉抽真空，使得真空电弧熔炼炉内压强为0.001 pa～0.003Pa;
S222：然后向真空电弧熔炼炉中通过保护气体，当真空电弧熔炼炉内压强达到0.5个大气压停止通入保护气体;
S223：对S221、S222重复操作2～3次。
[0008]作为本发明优选的实施方式，S23包括以下步骤：
S231：钨针距离坯体上方1～3 mm，引弧的电流为20～30A;
S232：缓慢增加电流，使坯体熔至液态;
S233：停留一段时间后关闭电流。
[0009]作为本发明优选的实施方式，S5包括以下步骤：
S51：将铸锭用线切割设备切成多份小块铸锭;
S52：将其中一小块铸锭放入真空管式炉中;
S53：对真空管式炉抽真空，然后向真空管式炉中通入保护气体;
S54：对位于真空管式炉中的小块铸锭热处理;
S55：对剩余的多份小块铸锭按照S52、S53、S54操作。
[0010]作为本发明优选的实施方式，S54包括以下步骤：
S541：设置热处理工艺参数，其中升温速度为3℃/min，温度上升到1500℃～1600℃，保温5天，降温速度为3℃/min，降到1000℃;
S542：停止加热，小块铸锭随炉冷却。
[0011]作为本发明优选的实施方式，S6包括以下步骤：
S61：用砂纸打磨小块铸锭表面，至小块铸锭表面光亮;
S62：用无水乙醇清洗打磨之后的小块铸锭;
S63：制备得到内部由Re3W(χ)相组成，外部由Re(hcp)相组成的W-Re合金核壳结构材料。
[0012]作为本发明优选的实施方式，S7包括以下步骤：
S71：选取一小块铸锭作为试样;
S72：在常温下，将试样放入腐蚀液中30S;
S73：对经过腐蚀之后的试样进行显微组织观察、微区XRD物相分析、维氏硬度、EBSD相结构分析，证实试样的真实性。
[0013]相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1)本发明中按照钨、铼原子比1.0：4.0称取钨粉和铼粉，加上对多次重熔之后的铸锭进行热处理，设置热处理工艺参数，其中升温速度为3℃/min，温度上升到1500℃～1600℃，保温5天，降温速度为3℃/min，降到1000℃，使得能够制备得到W-Re合金核壳结构材料;
2)W-Re相图中存在单相W(BCC)、单相Re(HCP)、ReW(σ)相、Re3W(χ)相等固相以及它们所组成的多相区，Re(HCP)相的耐腐蚀性使其在航空航天、电子、石油化工等领域有着广泛的应用，本发明通过上述制备方法能够制备生成以Re3W(χ)相为核心，单相Re(HCP)为外壳的核壳结构材料，让耐腐蚀性强的Re(HCP)相作为外壳，防止内部的Re3W(χ)相被腐蚀，同时内部Re3W(χ)相相具有优异的力学性能;
3)W-Re合金壳体结构在合金表面形成一层保护膜，这层膜可以有效隔绝合金与腐蚀介质的直接接触，从而提高合金的耐腐蚀性，W-Re合金壳体结构的设计可以使得合金表面更加耐腐蚀，表层的铼可以抗碱腐蚀以及硫酸、盐酸、稀硝酸和王水的腐蚀，钨铼合金本身具有高熔点和高热稳定性，而W-Re合金壳体结构可以进一步增强其抗腐蚀性，从而提高设备或部件的使用寿命，进一步减少设备或部件维修和更换的频率，降低维护成本;
4)W-Re合金核壳结构可以使得钨铼合金的核部分仅占据必要的体积，而壳部分则提供必要的保护和功能特性，能够避免了传统材料制备中存在的过度使用或浪费现象，从而实现了原材料的节约。
附图说明
[0014]图1是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的流程图;
图2是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的W-Re合金核壳结构材料20倍光学显微镜下组织照片;
图3是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的W-Re合金核壳结构材料微区的XRD图，包括内部和外部;
图4是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的W-Re合金核壳结构材料的压痕图;
图5是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的W-Re合金核壳结构材料界面处的EPMA面扫图;
图6是根据本发明W-Re合金核壳结构材料的制备方法制备的W-Re合金核壳结构材料界面处的EBSD相分布图;
具体实施方式
[0015]体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中具体叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
[0016]下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
[0017]解释说明：W-Re合金核壳结构也就是钨铼合金核壳结构。
[0018]W-Re合金核壳结构材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：称取钨粉和铼粉，均匀混合后加压获得坯体;
S1包括以下步骤：
S11：按照钨、铼原子比1.0：4.0称取钨粉和铼粉;
S12：将称取的钨粉和铼粉放入研钵中用研杵研磨，钨粉和铼粉粒径为200目，纯度为99.99%;
S13：继续用研杵对钨粉和铼粉研磨5分钟，钨粉和铼粉均匀混合;
S14：对均匀混合的钨粉和铼粉施加15MPa的压力，并持续加压5分钟获得坯体。
[0019]本实施例中，原料粉体经过压片后进行真空电弧熔炼，可以避免金属颗粒称量不准确以及电弧熔炼时电弧将金属粉吹出坩埚，保证了实验的准确性。
[0020]S2：将坯体放入真空电弧熔炼炉中熔炼至液态，冷却后得到铸锭;
S2包括以下步骤：
S21：将坯体放入真空电弧熔炼炉中;
S22：对真空电弧熔炼炉抽真空，然后向真空电弧熔炼炉中通入保护气体;
S22包括以下步骤：
S221：对真空电弧熔炼炉抽真空，使得真空电弧熔炼炉内压强为0.001 pa～0.003Pa;
S222：然后向真空电弧熔炼炉中通过保护气体;
S223：对S221、S222重复操作2～3次。
[0021]S23：采用钨针电流引弧，增加电流至坯体熔至液态;
S23包括以下步骤：
S231：钨针距离坯体上方1～3 mm，引弧的电流为20～30A;
S232：缓慢增加电流，使坯体熔至液态;
S233：停留一段时间后关闭电流;
S24：冷却后得到铸锭。
[0022]S3：对铸锭翻面，按照S2对铸锭进行重熔;
S4：对S3重复操作10～12次;
S5：对经过多次重熔之后的铸锭放入真空管式炉中热处理;
S5包括以下步骤：
S51：将铸锭用线切割设备切成多份小块铸锭;
S52：将其中一小块铸锭放入真空管式炉中;
S53：对真空管式炉抽真空，然后向真空管式炉中通入保护气体;
S54：对位于真空管式炉中的小块铸锭热处理;
S54包括以下步骤：
S541：设置热处理工艺参数，其中升温速度为3℃/min，温度上升到1500℃～1600℃，保温5天，降温速度为3℃/min，降到1000℃;
S542：停止加热，小块铸锭随炉冷却;
S55：对剩余的多份小块铸锭按照S52、S53、S54操作。
[0023]本实施例中，将铸锭用线切割设备切成多份小块铸锭，能够方便后面选取小块铸锭作为试样，从而方便后续进行测试分析。
[0024]S6：对经过热处理后的铸锭用无水乙醇清洗，制备得到W-Re合金核壳结构材料;
S6包括以下步骤：
S61：用砂纸打磨小块铸锭表面，至小块铸锭表面光亮;
S62：用无水乙醇清洗打磨之后的小块铸锭;
S63：制备得到内部由Re3W(χ)相组成，外部由Re(hcp)相组成的W-Re合金核壳结构材料。
[0025]S7：选取部分制备得到的W-Re合金核壳结构材料作为试样，并对试样进行分析，证实试样的真实性。
[0026]S7包括以下步骤：
S71：选取一小块铸锭作为试样;
S72：在常温下，将试样放入腐蚀液中30S;
S73：对经过腐蚀之后的试样进行显微组织观察、微区XRD物相分析、维氏硬度、EBSD相结构分析，证实试样的真实性。
[0027]下面以实际制备W-Re合金核壳结构材料为例进行进一步说明：
S1：按照钨、铼原子比1.0：4.0称取钨粉和铼粉，其中，钨粉2.0125g，铼粉8.0211g，将称取的钨粉和铼粉放入研钵中研磨，钨粉和铼粉粒径为200目，纯度为99.99%，继续用研杵对钨粉和铼粉研磨5分钟，钨粉和铼粉均匀混合，采用沈阳科晶压片机对均匀混合的钨粉和铼粉施加15MPa的压力，并持续加压5分钟获得圆饼状坯体;
S2：将圆饼状坯体放入真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚模辅助熔池中，关闭炉门，开启真空泵对真空电弧熔炼炉抽真空，使得真空电弧熔炼炉内压强降低至0.001 pa后，关闭真空泵，然后向真空电弧熔炼炉中通过保护气体氩气，当真空电弧熔炼炉内压强达到0.5个大气压停止通入保护气体氩气，重复上述操作2次，清除真空电弧熔炼炉内的杂质和残留气体，将钨针移至坯体上方1mm处，以20A的电流引弧，缓慢增加电流，使钨针引弧的温度达到3400℃，使坯体熔至液态，停留220s后关闭电流，待冷却后得到铸锭;
S3：对铸锭进行翻面，并按照S2对铸锭进行重熔;
S4：对S3重复操作10次，得到重熔铸锭，等待重熔铸锭冷却后开启放气阀，使得内外压平衡，开启真空电弧熔炼炉炉门取出重熔铸锭;
S5：用线切割设备对重熔铸锭切成多份小块铸锭，先将其中一小块铸锭放入真空管式炉中，对真空管式炉抽真空，使得真空管式炉内压强降低至0.01pa后，然后向真空管式炉中通入保护气体氩气，当真空管式炉内压强达到0.01pa后停止通入保护气体氩气，设置热处理工艺参数，其中升温速度为3℃/min，温度上升到1500℃，保温5天，降温速度为3℃/min，降到1000℃，停止加热，小块铸锭随炉冷却，对剩余的多份小块铸锭按照上述操作;
S6：用砂纸打磨经过热处理后的小块铸锭表面，至小块铸锭表面光亮，用无水乙醇清洗打磨之后的小块铸锭，制备得到内部由Re3W(χ)相组成，外部由Re(hcp)相组成的W-Re合金核壳结构材料;
S7：选取一小块铸锭作为试样，准备腐蚀液，腐蚀液现配现用，腐蚀液配比为氢氧化钠10g，铁氰化钾10g，蒸馏水100mL，在常温下，将试样放入腐蚀液中30S，对经过腐蚀之后的试样进行显微组织观察、微区XRD物相分析、维氏硬度、EBSD相结构分析，证实试样的真实性;
具体地，根据图2所示20倍光学显微镜下组织照片可知，本实施例所制备的W-Re合金核壳结构材料外部和内部存在明显的区分，但由于50倍下视野较小，并不能看到试样的全部区域，通过外部观测可知外部最小处为250μm，壳(外部)部分将核(内部)包裹，形成了以核壳结构;
根据图3所示微区XRD物相分析图可知，本实施例所制备的W-Re合金核壳结构材料外部和内部存在明显的物相区分，内部xrd谱图为χ相，外部xrd图谱为hcp相，存在明显的区分，形成以χ相为核心，hcp相为外壳的核壳结构;
根据图4所示压痕图和通过压痕图计算的对应的维氏硬度值可知，本实施例所制备的W-Re合金核壳结构材料外部和内部存在明显的硬度变化，内部的χ相平均硬度为2151.2hv，外部的hcp相较软，仅为398.0hv，形成以硬相的χ相为核心，软相hcp相为外壳的核壳结构;
根据图5、6所示界面处的EPMA面扫图、界面处的EBSD相分布图可知，本实施例所制备的W-Re合金核壳结构材料外部和内部存在明显的相差异，内部的W含量较高，外部Re含量较低;同时内部存在少量的hcp相，结合图3的微区XRD物相分析结果可忽略不计，即内部仅为χ相，外部仅存在hcp相，不存在χ相，故形成χ相为核心，hcp相为外壳的核壳结构;
对实施例所得到W-Re合金核壳结构材料进行显微组织观察、微区XRD物相分析、维氏硬度、EBSD相结构分析，证实了所制备材料是一种以χ相为核心，hcp相为外壳的核壳结构。
[0028]上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
说明书附图(6)
