張 曉，卜春陽，武 州，莊 飛

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710077)

氧化鋯對鉬金屬組織和性能的影響

張 曉，卜春陽，武 州，莊 飛

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，陜西 西安 710077)

通過對MZO合金與純鉬斷口形貌和力學性能的測試分析，研究了添加ZrO2對鉬金屬的組織和性能的影響。結(jié)果表明：添加ZrO2使鉬的燒結(jié)進程延遲；ZrO2顆粒明顯抑制了鉬顆粒長大，最終獲得晶粒組織細小，第二相均勻分布的鉬合金，這使得MZO合金比純鉬具有更高的室溫強度與延伸率。

氧化鋯；純鉬；斷口形貌；力學性能

0 引 言

鉬具有高熔點、良好的導熱性和導電性、低的熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的耐磨性和抗腐蝕性，被廣泛應用于電子、航空航天、能源、核反應堆等高新技術(shù)領(lǐng)域。但純鉬的脆性行為[1]使其應用受到了很大的限制，因此提高鉬的韌性成為鉬領(lǐng)域的核心問題。

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鉬金屬制品有著更廣闊的應用前景和更大的市場需求。一般情況下提高金屬韌性時會顯著降低合金的硬度和耐磨性[2]?！疤沾射摗币詠?，圍繞著ZrO2的相變特性展開的相變陶瓷增韌研究受到極大的關(guān)注。氧化鋯可通過基體晶粒的細化增韌、相變增韌、微裂紋增韌、裂紋的轉(zhuǎn)向與分叉增韌[3-6]。由于ZrO2相變的自身特點[7]，氧化鋯增韌陶瓷被證明具有較好的增韌效果。目前，基于相變增韌的ZTA已可用作許多零部件的結(jié)構(gòu)材料[8]。利用其特點增強增韌金屬基復合材料也已開展了研究[9]，且證實了ZrO2相變機理在金屬基復合材料中仍然起作用。陶瓷相-金屬基復合材料可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點，大幅度提高金屬基復合材料的綜合性能[10]。ZrO2作為第二相粒子成為復合材料提高韌性和力學性能的有效方法。本文利用氧化鋯增韌的特點進行了提高鉬金屬性能的試驗研究。

1 試 驗

采用FMo-l高純鉬粉與試劑ZrO2為原料，用固-固摻雜方法將0.5%(質(zhì)量分數(shù))ZrO2粉末摻入鉬粉末制得MZO合金粉。為對比起見，將純鉬粉與MZO合金粉在相同工藝條件下，經(jīng)冷等靜壓壓制成型、中頻感應高溫燒結(jié)，獲得φ17 mm燒結(jié)棒坯；φ17 mm燒結(jié)棒經(jīng)203旋鍛開坯、拉拔，得到φ5 mm鉬桿。

材料的室溫拉伸性能在萬能試驗機上進行，檢測標準為GB/T 228-2002，取3次測量結(jié)果平均值；在HITACHI S-3400型掃描電鏡上觀察合金組織以及拉伸斷口形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 MZO合金與純鉬組織形貌

圖1為MZO合金與純鉬燒結(jié)坯斷口形貌，ZrO2的加入顯著降低了合金的晶粒尺寸，其中灰色相為Mo晶粒，亮白色相為ZrO2顆粒，ZrO2顆粒沒有明顯的聚集長大，較為彌散地分布在Mo晶粒的晶界與三叉晶界上且晶粒細小均勻，與Mo基體結(jié)合良好。相比較純鉬，MZO合金中孔隙較多，可采用更高的燒結(jié)溫度。

添加ZrO2后，鉬晶粒細化且分布趨于均勻化，其原因是在壓制混合鉬粉末時，細小的ZrO2顆粒彌散分布在生坯中，減少了鉬顆粒之間的接觸幾率和接觸面積，在隨后的燒結(jié)過程中，阻礙鉬原子的遷移，降低晶界遷移和物質(zhì)遷移速率，從而抑制鉬顆粒間燒結(jié)頸的進一步長大和顆粒的聚集長大，有利于獲得ZrO2顆粒均勻分布且鉬晶粒得到細化的顯微組織。

圖1 MZO合金與純鉬燒結(jié)坯斷口形貌 (a)純鉬PM ；(b) MZO合金

2.2 MZO合金與純鉬力學性能

表1為MZO合金與純鉬室溫力學性能。從表1可以看出，MZO合金的室溫抗拉強度、屈服強度與延伸率均明顯高于純鉬。這說明ZrO2的加入顯著提高了鉬金屬的室溫力學性能。

表1 MZO合金與純鉬室溫力學性能

圖2為MZO合金與純鉬室溫拉伸斷口形貌。純鉬的室溫拉伸斷口表面呈現(xiàn)常見的解理斷口形貌，如圖2(a)。與純鉬斷口相比，MZO合金斷口明顯的更為細致，微觀特征是韌窩狀斷口形貌，如圖2(b)。在MZO合金韌窩狀拉伸斷口中可觀察到彌散分布的微米級第二相顆粒與第二相顆粒從基體上脫落留下的孔洞。可見MZO合金拉伸斷口是第二相顆粒斷裂或第二相顆粒從基體上脫落形成微孔而萌生，最終形成韌窩狀拉伸斷口，表現(xiàn)出良好的延展性。這與室溫拉伸試驗的數(shù)據(jù)(見表1)結(jié)果相吻合。

圖2 MZO合金與純鉬室溫拉伸斷口形貌 (a)MZO合金； (b) 純鉬PM

ZrO2對鉬的強化作用是由于在塑性變形過程中，彌散分布的ZrO2粒子對位錯具有釘扎作用，使晶界或滑移帶附近位錯密度降低，這有利于延緩沿晶微裂紋的形成，使合金塑性得到提高[1]。裂紋擴展過程中ZrO2粒子與基體結(jié)合區(qū)域的應力集中誘發(fā)的微裂紋，有效分散主裂紋尖端能量，在微裂紋存在的情況下，主裂紋尖端的應力重新分布，主裂紋鈍化，斷裂能提高，合金室溫強度提高。另一方面，ZrO2的加入顯著降低了合金的晶粒尺寸，晶界相對面積增大，分布在晶界上的雜質(zhì)元素濃度降低，晶界強度提高[1]；且在塑性變形過程中晶粒尺寸越細小，不同晶粒內(nèi)部的滑移系運動到晶界上時，產(chǎn)生交滑移的協(xié)調(diào)性也越好。因此ZrO2的加入使得鉬金屬韌性得到顯著改善和提高。

3 結(jié) 論

(1)在相同的燒結(jié)工藝條件下，添加ZrO2使鉬的燒結(jié)進程延遲，ZrO2明顯抑制了鉬顆粒長大，最終獲得晶粒組織細小，第二相均勻分布的鉬合金。

(2)MZO合金比純鉬具有更高的室溫強度與延伸率，MZO合金的韌性優(yōu)于純鉬。

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EFFECT OF ZrO2ADDITION ON MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF MOLYBDENUM

ZHANG Xiao,BU Chun-yang, WU Zhou, ZHUANG Fei

(Technical Center， Jinduicheng Molybdenum Co., Ltd., Xi′an 710077,Shaanxi,China)

The effect of ZrO2addition on microstructure and properties of molybdenum was studied by test analysis of fracture morphology and mechanical properties.The results show that with the ZrO2addition，the sintering process is delayed.Meanwhile, the ZrO2addition significantly restrain the molybdenum particles growth, get molybdenum alloy with fine grains and uniform distribution of second phase.That makes the Mo-ZrO2alloy have more higher strength and elongation at room temperature than pure molybdenum.

ZrO2; pure molybdenum; fracture morphology; mechanical properties

2017-03-27；

2017-05-04

張 曉(1984—)，女，碩士，工程師，現(xiàn)從事鉬金屬材料研究。E-mail:zhangxiaoxa029@163.com

10.13384/j.cnki.cmi.1006-2602.2017.04.009

TF146.4+12

A

1006-2602(2017)04-0046-03