退火对Ni-W合金药型罩组织与性能的影响

　　药型罩是反坦克战斗部用破甲弹的关键部件，其材料的物理性能和组织等直接影响到破甲性能[1,2]。金属镍具有强度高、塑性好、密度大(8.9g/cm3)、声速高 (4970m/s) 等优良的综合机械性能。钨密度大且声速高，两者都被认为是优良的制备药型罩的材料。美国、日本和德国等对Ni、W及其合金药型罩都做了深入的研究[3]，但是由于技术封锁，鲜见相关的报道。本研究首次采用合金电沉积的方法制备了Ni-W合金药型罩，并采用X射线衍射、透射电子显微镜、俄歇电子能谱等分析技术研究了不同退火温度下药型罩组织和性能的关系，以期对Ni-W合金药型罩的研究和应用提供基础数据。

　　1 实 验

　　镀液用氨基磺酸镍[Ni(NH2SO3)2·4H2O]380g/L，钨酸钠(NaWO4·6H2O)20g/L, 柠檬酸钠(CH5O7Na3·2H2O)70g/L配制。试剂均为化学纯。用氨基磺酸和氨水调整pH为4.2，沉积温度60℃。阳极用高纯电解镍片，阴极为不锈钢药型罩芯模，电流密度为8A/dm²，沉积时间65h。

　　退火温度为300和500℃，时间为2h。所有测试样品均从药型罩上截取。透射电镜样品的截取位置如图1所示，以厚度方向为观察面。用10%高氯酸+90%乙醇作电解双喷液，电流30mA，温度-20℃。拉伸试样沿药型罩母线截取，样品尺寸如图2所示，厚度为2mm。采用Rigaku(日本理学)DMAX-RB型 X射线衍射仪分析药型罩的相结构。显微组织用LEO-1450型扫描电镜和Tecnai G2F20场发射电子显微镜分析。拉伸试验在德国FPZ万能材料试验机上完成，拉伸速率1mm/min。利用PHI670XI俄歇电子能谱仪研究晶界偏析，真空度为1.33×10^-6Pa，加速电压为10kV。样品在液氮冷却条件下打断，做0~2000eV的全峰扫描。

　　2 结果与讨论

　　2.1 化学成分与X射线衍射分析

　　药型罩材料的化学成分分析结果表明Ni含量(质量分数)不小于98.16%，W含量为1.76%，其余化学元素的含量如表1所示。

　　图3是Ni-W合金药型罩退火前后的X射线衍射图谱。分析结果表明，原始电铸态的样品和经过热处理的样品均为面心立方的Ni结构。除峰位和峰形有所变化外，无其它峰出现。W的原子半径为0.1370nm，Ni的原子半径为0.1245nm，所以W原子不能进入Ni晶格的间隙，而是取代了晶格中的Ni，形成以Ni为溶剂，W为溶质的置换固溶体，仍保持Ni的面心立方结构[4]。可以用织构系数TC来表述材料的结构和择优取向[5]：

　　其中，Ihkl和 Ihkl0分别代表(hkl)面和标准粉末样品的衍射强度。n代表参与衍射的衍射面数目。如果织构系数大于1， 说明存在择优取向。原始电铸样品的TC111=1.38，TC200=1.16，TC220=0.46，说明药型罩具有明显的(111) 织构。300℃热处理后，各衍射峰的织构系数分别为TC111=0.83，TC200=0.98，TC220=1.2，(111)织构转变为了(220)织构。同样，对500℃热处理样品织构系数进行计算，得出TC111=0.57，TC200=0.71，TC220=1.72，也发现样品有(220)织构。Nakamura等[6]在电镀Ni的研究中发现镀液中没有有机添加剂时，有平行于基底的(200)织构。当加入糖精后，镀层变为了(111)织构。可见，原始电铸样品具有(111)织构与镀液中添加的糖精有关，退火后，(111)织构消失，转变为了(220)织构。