鎢的三元合金是為改善純鎢的脆性與加工性，在鎢基體中添加兩種其他元素形成的材料，其典型微觀結(jié)構(gòu)通常由硬質(zhì)鎢相與塑性粘結(jié)相組成。根據(jù)性能與應用，鎢的三元合金的主要體系包括：用於穿甲彈的高密度鎢鎳鐵合金，用於電子封裝的無磁性鎢鎳銅合金，用於高溫部件的碳化鉿彌散強化鎢錸合金，以及用作電觸頭的鎢銅鉻合金。這些合金的性能主要通過液相燒結(jié)工藝進行調(diào)控，燒結(jié)過程中的相平衡關(guān)係直接影響最終材料的組織與性能。
1.鎢的三元合金的分類方式
鎢的三元合金可以按功能特性、組織類型或應用方向來分類。
鎢三元合金的分類、典型體系與特點用途
2.鎢的三元合金顯微組織與相組成特徵
鎢三元合金的顯微組織通常由以下幾種類型的相構(gòu)成：
鎢三元合金的顯微組織
3.典型的鎢的三元合金體系
鎢的三元合金體系通過合理引入第三組元，能夠有效提升純鎢的加工性能或特定功能，從而更好地滿足各種工程應用需求。
其中，鎢鎳鐵合金體系是最常見的結(jié)構(gòu)型高密度合金。其典型微觀組織特徵是硬質(zhì)鎢顆粒均勻分佈於具有良好塑性的鎳鐵γ固溶體粘結(jié)相中。這種雙相結(jié)構(gòu)使鎢鎳鐵合金在保持17~18.5g/cm3高密度的同時，具備優(yōu)異的韌性和可加工性，所以被廣泛應用於穿甲彈芯、輻射遮罩部件以及要求高慣性品質(zhì)的平衡配重件等領域。
鎢鎳銅合金體系可視為鎢鎳鐵合金體系的一種變體，其主要目的是開發(fā)無磁性高密度材料。鎢鎳銅合金體系以鎳銅固溶體作為粘結(jié)相，使合金在密度17~17.5g/cm3範圍內(nèi)基本不具磁性，同時擁有較好的導電性能。這一特性使其特別適合用於電子封裝、對磁場敏感的非磁性平衡件以及一些醫(yī)療成像設備的遮罩部件。
為適應極端高溫工況，發(fā)展出了如WReHfC之類的強化型合金體系。錸固溶於鎢基體能明顯提升材料的塑性，而彌散分佈的碳化鉿顆粒則有效釘紮晶界，二者協(xié)同作用顯著提高了合金的高溫強度和抗蠕變能力。即使在2000℃以上的高溫環(huán)境下，該類材料的抗拉強度仍可保持在300MPa以上，所以常用於火箭發(fā)動機噴嘴、核聚變裝置第一壁等關(guān)鍵熱端部件的製造。
另一類以功能為導向的體系是鎢銅鉻合金，主要針對電接觸應用領域。鎢銅鉻合金本質(zhì)上是一種複合材料，充分利用了鎢骨架優(yōu)異的抗電弧侵蝕性能以及銅相的高導電導熱特性，添加鉻元素旨在改善介面結(jié)合或提高抗氧化能力，進一步優(yōu)化整體性能。鎢銅鉻合金的電導率可達到國際退火銅標準的約60%，並表現(xiàn)出卓越的抗電弧燒蝕能力，使其成為高壓電接點、電弧觸頭和開關(guān)電極的理想材料。
4.鎢的三元合金體系的熱力學與加工特徵
鎢的三元合金體系在熱力學和加工特性上，主要受第二、第三組元的影響。以常見的鎢鎳鐵、鎢鎳銅為例，鎳、鐵、銅這些元素的加入，會在燒結(jié)時形成低熔點共晶液相，從而顯著促進材料的緻密化。在實際生產(chǎn)中，液相燒結(jié)的溫度一般控制在1450~1500℃左右，具體數(shù)值要根據(jù)合金成分做相應調(diào)整。
液相在燒結(jié)過程中的作用非常關(guān)鍵。比如在鎢鎳鐵體系中，鎳作為主要的擴散通道，通過溶解再析出機制，讓鎢顆粒逐步球化並分佈得更均勻，最終獲得高緻密度和較好的綜合性能。
從熱力學角度看，鎢的三元體系的相圖相對複雜。在等溫截面上，經(jīng)?？梢钥吹蕉嘞嗥胶鈪^(qū)域，例如在鎢鎳鐵相圖中，γ相與鎢相的兩相區(qū)會和液相區(qū)保持平衡。這種相平衡關(guān)係直接決定了燒結(jié)時液相的出現(xiàn)時機、數(shù)量和穩(wěn)定性，進而影響最終的微觀組織和材料性能。
5.以體系劃分的鎢的三元合金典型應用領域
根據(jù)不同體系的成分設計與其帶來的核心性能，可將鎢的三元合金的主要應用領域歸納如下：
鎢的三元合金典型應用領域
