鎢鎳鐵合金是一種高密度合金，以鎢為基體，鎳、鐵為粘結(jié)相，它通過粉末冶金液相燒結(jié)工藝制成，形成鎢顆粒均勻分布在鎳鐵粘結(jié)相中的兩相復(fù)合結(jié)構(gòu)。鎢鎳鐵合金密度高，兼具較高強(qiáng)度與良好韌性，并具有優(yōu)異的輻射屏蔽能力和熱穩(wěn)定性，鎢鎳鐵合金制備主要包括粉末混合、壓制成型、燒結(jié)及后處理四道工序，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、醫(yī)療屏蔽、工業(yè)模具及民用高端器材等領(lǐng)域。
一、鎢鎳鐵合金的成分與結(jié)構(gòu)
鎢鎳鐵合金是一種常見的高密度材料，它的主要成分是鎢，含量一般在90%~97%之間，這也是它密度高的主要原因。此外，鎢鎳鐵合金中會(huì)加入鎳和鐵作為粘結(jié)相元素，其中鎳含量一般為2%~7%，鐵含量約為1%~3%。這兩種元素一起形成鎢鎳鐵合金的粘結(jié)相，能提高材料的韌性，改善加工性能，并在高溫?zé)Y(jié)時(shí)產(chǎn)生液相，促進(jìn)材料致密化。
從微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看，鎢鎳鐵合金屬于兩相復(fù)合結(jié)構(gòu)。在鎢鎳鐵合金的兩相復(fù)合體系中，韌性較好的鎳鐵固溶體形成連續(xù)的基體，而堅(jiān)硬且近似球狀的鎢顆粒則均勻地分布其中。這種結(jié)構(gòu)主要通過液相燒結(jié)形成，過程中鎢顆粒會(huì)重排，部分鎢溶解到液相里，然后又重新沉淀出來(lái)。最終材料既保持了較高的硬度，又具備較好的韌性。
鎢鎳鐵合金成分與結(jié)構(gòu)
二、鎢鎳鐵合金的主要特性
物理性能上，鎢鎳鐵合金的密度一般在16.5~18.5g/cm3之間，跟純鎢很接近，在需要高密度的場(chǎng)合有明顯優(yōu)勢(shì)。更重要的是，通過添加鎳、鐵形成的粘結(jié)相，韌性相比純鎢獲得了顯著提升，克服了純鎢脆性大的缺點(diǎn)。
力學(xué)性能方面，鎢鎳鐵合金在強(qiáng)度和韌性上達(dá)到了比較好的平衡。抗拉強(qiáng)度比許多常用結(jié)構(gòu)材料都高，延展性也優(yōu)于純鎢，遇到?jīng)_擊或反復(fù)受力時(shí)更不容易開裂，適用場(chǎng)景更為廣泛。
鎢鎳鐵合金對(duì)高能輻射，特別是X射線和γ射線，具有出色的屏蔽能力。由于鎢的原子序數(shù)高，鎢鎳鐵合金的線性衰減系數(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛基防護(hù)材料，在輻射防護(hù)領(lǐng)域已成為一種重要的功能材料。
熱穩(wěn)定性方面，鎢鎳鐵合金基本保持了鎢的高熔點(diǎn)特性，能夠在高溫環(huán)境下保持組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的相對(duì)穩(wěn)定，不容易發(fā)生軟化變形，適合在一定高溫條件下工作。
此外，鎢鎳鐵合金具備較好的加工性能。不僅可以進(jìn)行車、銑、磨等常規(guī)機(jī)械加工，還能通過熱鍛、熱軋等熱加工手段進(jìn)一步成形，并能進(jìn)行鍍層、噴涂等多種表面處理，這為它在實(shí)際工程中的靈活應(yīng)用提供了便利。
三、鎢鎳鐵合金的制備工藝
鎢鎳鐵合金主要采用粉末冶金的方法來(lái)制備，整個(gè)制備過程可以分為以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。
首先是將原料粉末進(jìn)行混合。一般會(huì)選用純度較高的鎢粉、鎳粉和鐵粉，按照設(shè)計(jì)好的配比稱量好后，放入球磨機(jī)中進(jìn)行混合。而球磨的作用不僅是簡(jiǎn)單混合，還能使不同粉末之間分布更加均勻，為后續(xù)的工序打下基礎(chǔ)。
粉末混合均勻后，下一步就是壓制成型。最常見的方式是冷等靜壓，也就是從各個(gè)方向均勻加壓，把松散的粉末壓成密度較高、形狀規(guī)整的坯塊。如果零件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，也可以使用模壓成型的方法。
成型后的坯塊需要進(jìn)入燒結(jié)工序。燒結(jié)通常在氫氣保護(hù)氣氛或真空爐中進(jìn)行，溫度要控制在鎳鐵粘結(jié)相能夠熔化的區(qū)間，在這個(gè)階段中，熔化的液相會(huì)促進(jìn)物質(zhì)遷移，填充孔隙，使坯體逐漸收縮并變得致密。
燒結(jié)完成后的鎢鎳鐵合金通常還需要一些后處理工序。比如通過熱軋或者旋鍛等熱加工手段，可以進(jìn)一步優(yōu)化材料的微觀組織，提高強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能。如果對(duì)表面質(zhì)量有更高要求，還可以進(jìn)行研磨、拋光之類的精加工，讓零件最終達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。
四、鎢鎳鐵合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域
鎢鎳鐵合金憑借其高密度、良好的力學(xué)性能和加工適應(yīng)性，在多個(gè)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。
在國(guó)防工業(yè)中，鎢鎳鐵合金主要用來(lái)制造穿甲彈的彈芯。鎢鎳鐵合金的高密度和高硬度使彈體在侵徹時(shí)保持穩(wěn)定，提高穿透能力，而它密度大、體積小的特性，也適合作為導(dǎo)彈和飛行器設(shè)備的配重塊，用于調(diào)節(jié)重心和平衡。
航空航天領(lǐng)域利用鎢鎳鐵合金密度高和組織均勻的特性，加工成陀螺儀轉(zhuǎn)子等慣性導(dǎo)航系統(tǒng)部件，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，能確保導(dǎo)航精度。飛機(jī)和衛(wèi)星中也常用鎢鎳鐵合金制作配重塊，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量平衡的精確調(diào)節(jié)。
醫(yī)療行業(yè)方面，鎢鎳鐵合金是很好的輻射屏蔽材料。由于其密度高，能有效吸收X射線和γ射線，常用于制造放射治療室的防護(hù)門、CT設(shè)備的屏蔽部件、便攜式輻射屏蔽罐以及局部防護(hù)用具。
工業(yè)領(lǐng)域，鎢鎳鐵合金耐磨、耐高溫，適用于制作高溫環(huán)境下使用的模具、沖頭及某些切削工具。同時(shí)，它的導(dǎo)電性較好，耐電蝕，也常用作電火花加工（Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱EDM）的電極材料。
在民用領(lǐng)域方面，鎢鎳鐵合金也會(huì)出現(xiàn)在高端運(yùn)動(dòng)和休閑用品中，比如用作高爾夫球桿頭的配重塊，或者高檔漁具中的墜子，主要是利用高密度獲得更好的手感和使用性能。
