高比重鎢合金主要通過粉末冶金工藝製備。首先將鎢粉與鎳、鐵等粘結(jié)相粉末均勻混合，然後通過模壓、冷等靜壓或金屬注射成形制成壓坯，如果使用了有機(jī)粘結(jié)劑，則需在保護(hù)氣氛中進(jìn)行低溫脫脂。隨後在1400~1550℃下進(jìn)行液相燒結(jié)，材料密度可提升至99%以上。根據(jù)應(yīng)用需求，燒結(jié)後的零件還可進(jìn)行熱處理、特種加工及表面處理，以進(jìn)一步優(yōu)化性能。
一、高比重鎢合金粉末冶金工藝的原料粉末準(zhǔn)備與混合步驟
要製成性能優(yōu)異的高比重鎢合金，粉末準(zhǔn)備與混合是關(guān)鍵的起步環(huán)節(jié)。粉末冶金工藝中通常選用高純度的鎢粉、鎳粉、鐵粉或銅粉等作為原料。這些粉末理想的形態(tài)為球形或近球形，且細(xì)微性分佈必須均勻，其中，鎢粉的細(xì)微性通常在3~5μm，粘結(jié)相粉末則要求更細(xì)。接下來，根據(jù)目標(biāo)合金的成分配比，如93W-4.9Ni-2.1Fe，對(duì)各類粉末進(jìn)行精確稱量。精確稱量後，將它們投入V型混料機(jī)、三維混料機(jī)或低能球磨機(jī)等設(shè)備中進(jìn)行充分混合，使鎳、鐵等粘結(jié)相元素能夠均勻地包覆在每一顆鎢顆粒的表面，這一混合過程往往需要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，只有混合得足夠均勻，才能有效避免後續(xù)工序中出現(xiàn)微觀偏析，確保最終材料性能的均一與穩(wěn)定。
二、高比重鎢合金粉末冶金工藝的成形步驟
高比重鎢合金採(cǎi)用粉末冶金工藝成形時(shí)，首先需將混合粉末冷壓制成具有一定強(qiáng)度的生坯。常用的成形方法主要包括以下幾種。
1.冷等靜壓（Cold Isostatic Pressing，簡(jiǎn)稱CIP）
冷等靜壓通常在200~300MPa的液壓下進(jìn)行各向同性壓制，所得生坯密度可達(dá)理論密度的50%~60%，這種方法尤其適合大尺寸或形狀複雜的零件。
2.模壓
模壓多用於幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件，但其壓制後的密度分佈往往不夠均勻。
3.金屬注射成形（Metal Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM）
金屬注射成形適用於微小、結(jié)構(gòu)複雜的構(gòu)件，需要在粉末中加入大量熱塑性粘結(jié)劑，如蠟基類型，後續(xù)還需經(jīng)過脫脂處理。
為提高生坯強(qiáng)度，在模壓或冷等靜壓中常添加少量有機(jī)粘結(jié)劑，添加量一般為0.5%~1.5wt%。而在金屬注射成形中，粘結(jié)劑是必需組成，添加量通常為30~50vol%。
三、高比重鎢合金粉末冶金工藝的預(yù)燒結(jié)與脫脂步驟
高比重鎢合金的粉末冶金工藝中，如果在壓制時(shí)使用了石蠟或聚乙二醇這類有機(jī)粘結(jié)劑以提升生坯強(qiáng)度，後續(xù)必須進(jìn)行脫脂處理，脫脂通常是將壓坯置於氫氣或真空等保護(hù)氣氛中，在300~600℃的較低溫度下緩慢加熱，使有機(jī)添加劑充分揮發(fā)或分解，這一步驟能夠有效避免在後續(xù)高溫?zé)Y(jié)過程中因殘留有機(jī)物而產(chǎn)生碳夾雜或氧化物缺陷。需要注意的是，整個(gè)脫脂過程對(duì)氫氣或真空氣氛的控制要非常嚴(yán)格，如果控制不當(dāng)，生成的氧化物就會(huì)破壞材料顯微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致性能下降。
四、高比重鎢合金粉末冶金工藝的燒結(jié)步驟
燒結(jié)是決定產(chǎn)品最終性能的核心環(huán)節(jié)，高比重鎢合金普遍採(cǎi)用液相燒結(jié)技術(shù)。具體的燒結(jié)制度要求將壓坯置於乾燥的氫氣、氬氣或真空氣氛中，加熱到高溫，液相燒結(jié)的溫度控制非常嚴(yán)格，需高於粘結(jié)相金屬的熔點(diǎn)，但遠(yuǎn)低於鎢的熔點(diǎn)，一般維持在1400~1550℃，並在此溫度下保溫1~2小時(shí)。
合金的緻密化主要通過兩個(gè)階段完成。首先是顆粒重排，當(dāng)液相形成後，產(chǎn)生的毛細(xì)管力會(huì)驅(qū)動(dòng)鎢顆粒發(fā)生滑動(dòng)與重新排列，從而填充較大的孔隙。接著是溶解-再析出過程，細(xì)小的鎢顆粒會(huì)溶解到液相中，然後通過擴(kuò)散在粗大顆粒的表面重新析出，這不僅能消除殘留的微小孔隙，也會(huì)使晶粒適度粗化。
經(jīng)過這一系列過程，高比重鎢合金的相對(duì)密度可以從生坯狀態(tài)的約50%~60%大幅提升至99%以上，最終形成由鎢晶粒和連續(xù)分佈的粘結(jié)相構(gòu)成的典型顯微組織。實(shí)踐表明，加入少量鈷或鉬，如0.3%~0.5%，能夠有效提升液相在鎢顆粒表面的潤(rùn)濕能力，並有助於抑制晶粒的過度長(zhǎng)大。
五、高比重鎢合金粉末冶金工藝的後續(xù)處理步驟
1.熱處理
燒結(jié)後的高比重鎢合金零件通常需要經(jīng)過熱處理，例如進(jìn)行固溶處理或時(shí)效處理，可以有效消除材料內(nèi)部殘留的應(yīng)力，也能讓粘結(jié)相分佈得更均勻，從而改善高比重鎢合金的整體韌性與強(qiáng)度。
2.機(jī)械加工
由於燒結(jié)後的高比重鎢合金硬度極高，常規(guī)切削工藝難以對(duì)其進(jìn)行加工，因此通常需要採(cǎi)用特種加工方法，如金剛石砂輪磨削、電火花加工或者電解加工，這些工藝能夠?qū)崿F(xiàn)精確的尺寸控制，並達(dá)到所需的表面光潔度。
3.表面處理
為了適應(yīng)不同的使用環(huán)境，可以對(duì)零件進(jìn)行相應(yīng)的表面處理。比如通過鍍鎳或鍍鉻來提高耐腐蝕性，採(cǎi)用滲氮工藝來增強(qiáng)表面硬度，或者是噴塗氧化鋁、氧化鋯等陶瓷塗層，提升材料的高溫抗氧化能力和耐磨性能等等。
