Вольфрамовый тяжелый сплав (WNiFe, WNiCu)

Преимущества:

1. Возможность механической обработки традиционным способом
2. Дешевле, чем чистый вольфрам.
3. Улучшенная пластичность по сравнению с чистым вольфрамом.

Приложения:

1. Веса
2. Балласт
3. Снижение вибрации и отдачи
4. Рентгеновская защита
5. Апертуры ионного пучка
6. Распорки для самолетов

Вольфрамовые тяжелые сплавы (ВАЗ) представляют собой класс двухфазных металлических композитов, состоящих из порошков вольфрама (W), консолидированных методом жидкофазного спекания (LPS) с металлами пластичной фазы (DP) с более низкой температурой плавления или сплавами, состоящими из компонентов Ni, Fe, Cu и Co. WHA известны своей хорошей прочностью на разрыв и пластичностью при комнатной и высокой температуре. Кроме того, для использования в средах с очень высокими температурами, например, в соплах ракет, ВАЗ применяются в боеприпасах, таких как пенетраторы с кинетической энергией, противовесы и маховики, где необходима высокая плотность массы. В настоящее время WHA считаются одним из наиболее перспективных конструкционных материалов, обращенных к плазме, для диверторов термоядерных реакторов и брони. Например, Ной и др. обнаружили, что диверторные плитки WHA 97W-2Ni-1Fe на установке модернизации токамака ASDEX среднего размера, которые подвергались циклическому тепловому потоку плазмы до 20 МВт/м2 и температуре поверхности до 2200 °C, показали меньшую склонность к растрескиванию по сравнению с монолитными WHA. По разным причинам, например, из-за рекристаллизации W и образования пуха, максимальные температуры эксплуатации диверторов W, вероятно, составят ≈1300 °C.

ВАЗ традиционно производят методом жидкофазного спекания. В этом процессе порошок W смешивается с порошками относительно легкоплавких элементов, таких как Ni, Fe, Cu, Co и т. д., уплотняется либо гидравлическим прессом, либо холодным изостатическим прессом (CIP) и спекается в печи с непрерывным потоком водород. Во время спекания менее плавкие элементы плавятся и образуют матрицу, связывающую нерасплавленные частицы W вместе. Некоторое количество W также растворяется в матрице и повторно осаждается на первичных частицах W, что делает зерна W округлыми и большими по размеру. Таким образом, спеченная микроструктура ВАЗ по существу состоит из округлых зерен W, сцементированных пластичной и относительно легкоплавкой матричной фазой.

Два сплава вольфрам (W)–никель (Ni)–медь (Cu) (WNC) и один сплав W–Ni–железо (Fe) (WNF) были приготовлены методом жидкофазного спекания при 1783 К и 1733 К соответственно. Средний размер зерна W в спеченных WNC (60–70 мкм) был крупнее, чем в сплаве WNF (30 мкм), возможно, из-за более высокой температуры спекания (1783 К), необходимой для первых сплавов. Объем матричной фазы в WNF (25–30 об.%) был выше, чем в WNC (10–15 об.%). Свойства растяжения и твердость образцов WNF при комнатной температуре были значительно выше, чем у образцов WNC, очевидно, из-за более мелкого размера зерен W, меньшей примыкаемости и пористости в первых. Образцы WNF, в отличие от WNC, не разрушались при растяжении из-за разрушения W-зерен, возможно, из-за относительно более прочной фазы матрицы и связи W/матрицы. При очень низкой скорости деформации (0,0001/с) кривая растяжения WNF носила волнистый характер, но она отсутствовала при более высоких скоростях деформации (от 0,001 до 1/с). Предел прочности и удлинение сплава WNF заметно ухудшаются при более высоких температурах (773 и 973 К), а разрушение переходит в режим матричного разрушения, по-видимому, из-за ослабления матричной фазы.

Вольфрам-никель-железо содержит от 1% до 3% железа и от 1% до 7% никеля в соотношении от FeNi от 1:1 до 1:4. Добавка железа от 1% до 3% обуславливает существенные различия вольфрамовых сплавов, содержащих никелевое железо, по сравнению с вольфрамовыми сплавами, содержащими никелевую медь. Во-первых, вольфрам-никелевое железо является ферромагнитным материалом из-за железа. Железо придает вольфрамо-никелевому железу и другие особые свойства, такие как сравнительно более высокая плотность, температура плавления, пластичность и прочность. Благодаря этим превосходным свойствам сплавы вольфрам-никель-железо обладают лучшей жаропрочностью и более высокой скоростью деформации при холодной обработке, чем вольфрам-никель-медь.

Вольфрам, никель, медь содержит от 1% до 7% Ni и от 0,5% до 3% Cu, составленных в соотношениях от Ni к Cu от 3:2 до 4:1. Немагнитность и высокая проводимость — два выдающихся свойства вольфрамовых сплавов с медно-никелевыми связующими. Сплавы вольфрама, никеля и меди являются предпочтительным материалом в таких областях, как аэрокосмическая промышленность и электронные устройства, требующие немагнитных условий работы и высокой тепло- и электропроводности.