摘要：文章以钨粉、氧化镧、氧化铈粉末作为原料，分别采用超声混合、球磨混料、V型混料方式对原料粉末混合，再经压制烧结制备出W-La2O3-CeO2合金，通过显微硬度计、金相显微镜、SEM、XRD等分析检测手段对其组织性能进行表征。结果表明：采用球磨混料和超声混料工艺，合金能获得较高的密度和显微硬度，其中球磨混料制备的合金致密度可达94.82%，超声混料制备的合金显微硬度可达475.7HV0.5。采用超声混料工艺，合金的晶粒细化效果显著，平均晶粒尺寸为10.2μm。

　　关键词：W-La2O3-CeO2合金；混料工艺；粉末冶金

　　稀土氧化物钨基合金是以钨为基体，引入一种或多种稀土氧化物，利用稀土相均匀分布在基体形成稳定的相界面，通过钉扎效应限制晶格缺陷的移动和晶界迁移改善钨合金的强韧性、提高再结晶温度，并且增强热稳定性[1]，被广泛应用于高性能电极材料、耐高温部件、抗辐照损伤材料等领域[2-5]。

　　稀土在钨基体中是否弥散分布会对合金性能产生较大的影响，稀土在钨粉体中的均匀掺杂成为研究人员关注的重点。目前，混料方法主要可分为两大类，一种是原位掺杂工艺[6-7]，即在钨粉的制备环节中添加稀土元素，如利用喷雾法、共沉淀法制备前驱体，再经煅烧还原得到钨-稀土氧化物复合粉体，该方法混合均匀，但由于成本较高，未见大规模工业应用。另一种为后期混料工艺[8-9]，即将金属钨粉、稀土氧化物粉末利用机械设备混合均匀，如采用球磨机、V型混料机、犁刀混料机等混合粉末，该方法成本较低，混合较为均匀，是目前主要的工业方法，但存在混料时间长，混料过程中氧含量容易上升等问题。

　　超声混合是一种利用超声波能量实现物料高效混合的技术[10-11]，其核心机理基于空化效应和机械振动作用。但采用超声波进行钨粉与稀土氧化物粉末混合工艺尚未见报道，文章采用超声装置、V型混合器、行星球磨机分别对钨粉及稀土氧化物粉末进行混合，并对比其制备的W-La2O3-CeO2合金微观结构及力学性能。

　　1实验过程

　　1.1实验原料

　　采用纯度99.95%金属钨粉、纯度99.99%的La2O3、纯度99.99%的CeO2粉末作为原料，按照质量比为98:1:1的比例进行配比。

　　1.2实验方法

　　将原料加入V型混料机中，充入氮气，不加入任何介质，混合48h，标记为样品a。

　　将原料加入硬质合金球磨罐中，球磨介质为硬质合金球，加入无水乙醇使浆料比为1:1，采用行星球磨机球磨48h后，真空干燥，标记为样品b。

　　将原料置于烧杯中，加入质量比为1:1的无水乙醇，使其形成有效的传声介质，利用超声振动混合20min后真空干燥，标记为样品c。

　　将三个样品经压力220MPa，保压时间3min的冷等静压成型后，放入中频烧结炉中进行烧结，烧结温度为2300℃,其后随炉冷却至室温。

　　1.3性能测试

　　采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）及能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）对试样的金相组织、微观形貌、第二相分布、成分组成、物相进行表征检测，采用排水法测定样品；采用维氏硬度仪测试样品显微硬度。

　　2实验结果与分析

　　2.1微观组织分析

　　不同混料方式制备的W-La2O3-CeO2合金试样的金相组织，如图1所示，钨基体的晶界经腐蚀后可清晰显示，从图1中可以看出，干混工艺制备的合金稀土元素分布不均匀，晶粒较为粗大，球磨工艺使第二相颗粒较为均匀分布在钨基体的晶界处，超声混料工艺使第二相离子弥散细小的分布在晶界，并抑制了晶界的长大，晶粒细化程度也明显优于其他工艺。

　　利用Nano measurer软件用截线法计算三个样品的平均晶粒尺寸，结果如图2所示，可以看出a样品的平均晶粒尺寸最大，b样品其次，c样品最小，为10μm，说明超声分散钨粉与稀土氧化物粉末能够显著提升第二相细化晶粒的效果。

　　通过扫描电镜对样品微观组织进行进一步的观察分析，不同样品的背散射电子形貌图，如图3所示，其中黑色颗粒为第二相粒子，即稀土氧化物，灰色部分为钨基体，从图3中可以看出，a号样品的稀土氧化物第二相颗粒最大，且明显分布不均匀，形成不规则块状组织，降低了第二相粒子的弥散强化的作用，c号样品的第二相稀土氧化物粒子极小，且弥散分布在基体晶界处，与基体结合良好，提高第二相弥散强化的效果。

　　样品c的点能谱分析结果，如图4所示，由图4可以看出，1处主要含有Ce、La、O元素以及少量的W元素，其中Ce、La元素成分比约为2:1接近原始粉末元素比例，2处与1处的组成成分相似，未发现单一稀土氧化物的，3处为纯钨。

　　2.2致密度及显微硬度分析

　　不同样品的密度、显微硬度、致密度的检测结果，如表1所示。

　　由表1可知，采用球磨混料和超声混料制备样品的致密度和显微硬度均高于V型混料机混料制备的样品。这是因为球磨过程中高能碰撞使得粉末粒度减小，成分均匀性不断增加，表面活化能提高，烧结驱动力增大，促进钨基体的烧结致密化。而超声混料利用空化效应，能进一步分散稀土氧化物和钨粉的团聚颗粒，同时粉末无规则的运动也使得稀土氧化物与钨粉均匀混合，使得第二相粒子较为细小和弥散分布，阻碍晶粒长大，在致密度略小于b号样品的情况下显微硬度反而更大达到475.7HV0.5。

　　2.3 XRD分析

　　采用XRD技术对样品谌、进行物相分析，如图5所示。通过XRD分析可知，由图谱中可观察钨的主衍射峰位置分别在2θ的41。、58。的强峰。此外，在2θ的30。～35。范围检测到强度较低但明确的次级衍射峰，其衍射峰位置与稀土化合物的特征峰吻合。这是由于原料为98%的钨和2%的稀土氧化物制得合金，因此作为基体的钨峰信号强，而稀土相的峰信号很弱，且由图5中EDS分析可知稀土相仅在少数深色区域能被检测。

　　3结语

　　文章采用不同混料方式制备了W-La2O3-CeO2合金，并分别研究了混料方式对合金微观形貌，并结合密度、维氏硬度等性能的影响，得到以下结论：①采用球磨混料和超声混料工艺，合金能获得较高的密度和显微硬度，其中球磨混料制备的合金致密度可达94.82%，超声混料制备的合金显微硬度可达475.7HV0.5；②采用超声混合工艺，能充分分散稀土氧化物，弥散分布的稀土氧化物使得合金的晶粒细化效果显著，平均晶粒尺寸为10.2μm。

参考文献

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