国防专用高比重平衡器件新型制备技术的研究

徐雅芬，何佳洪，余果，黄林

（1.上海航天控制技术研究所，上海 201109；2.四川大学化工学院，四川成都 610065；3.四川有色金源粉冶材料有限公司，四川广汉 618300）

随着我国“载人航天工程”“探月工程”“深空探测工程”“空间基础设施建设工程”的持续开展，对于新型高比重平衡器件的需求将越来越大。本研究所研制的高比重平衡器件将大规模应用于航空工业和卫星导航领域，属于国家战略性新兴产业一高端装备制造领域。

航空工业是一个国家的战略性产业和大国崛起的标志，具有政治、国防、科技和经济四种意义，更是参与世界舞台的制高点。它不仅推动了世界科技进步，更带动了全球经济的飞速发展，因此被称为“工业之花”［1］。2014年以来，我国自主研制的大型C313民用直升机首飞成功，ARJ21支线飞机全面进入高强度取证试飞阶段，单通道C919大飞机关键技术取得突破，充分证明了我国航空工业在自主知识产权和技术取得了重大突破，同时为我国航空工业全球市场打下了坚实的基础。据民航总局预测，未来我国仅大型客机的需求量就达3,272架，价值4,395亿美元。民航总局预测，到2021年我国各类通用航空飞机的需求为10,000～12,000架，未来5～10年，其增长率将达到30%［2］。我国卫星导航产品经过多年发展，目前逐渐从军事领域拓展到了民用消费领域，已经成为继信息产业、移动通信的第三个增长点。目前我国卫星导航市场增长势头迅猛，2003年～2009年7年间年复合增长率达了58.5%［3］，到2009年民用消费领域的产值占卫星导航行业的90%以上，军事领域仅占10%左右，民用消费领域已成为卫星导航行业发展的主导方向。随着民用消费升级和自主研制北斗二代卫星定位导航系统的逐步建立，未来我国卫星导航产品市场仍保持近30%的高速增长。

高比重合金具有一系列优异的物理机械性能，所以本世纪30年代中期问世后立即引起全世界的重视，特别是在军事工业和其它尖端科学技术方面得到广泛的应用［4］。目前，包括美、俄、英、法、日、德国、奥地利、瑞典、加拿大等工业较发达的国家对高比重合金研究和生产已经遍及。高比重合金已被广泛的应用于以下领域：宇航及飞机制造工业中的陀螺仪、副翼、转向舵和直升飞机旋转叶片等的平衡系统；军事工业中的穿甲弹、导弹的导航仪、坦克高压油泵调速器、舰艇上用的液浮陀螺和贮液缸、火箭燃油器等的调节系统;核潜艇、防御系统、射线贮器、热电发生器等的核磁屏蔽;石油钻探及仪表中的高速旋转惯性体、调速器的平衡锤、石油钻机中的平衡锤、测深锤等。由此可见，研究新型航空航天高比重平衡器件工艺制备技术是为了满足国家经济结构转型的需要，更是为了满足国家军事工业发展需要，战略目的意义重大。

本文通过研究粉体球磨混合技术、粉体造粒技术、新型粘结剂、高效脱除压坯件内粘结剂技术等确定国防专用高比重平衡件的生产工艺，创新研制一套系统、高效、节能、安全的新型的高比重平衡件工艺技术，降低生产成本，提高其综合性能。

1 实验

1.1 原材料

原料粉末:W、Ni、Cu粉都是通过还原法制得，粉末为不规则形状，分别满足Q/62071126-8302-20、GB5247 -2012、GB/T5246-2007标准要求，见表1。

表1 原材料技术要求

1.2 技术方案

1.2.1 工艺路线

本工艺通过研究粉体球磨混合技术及粉体造粒技术、新型粘结剂、高效脱除压坯件内粘结剂等技术，克服了传统粉末冶金工艺产品成分不均匀、组织结构差、物理机械性能低、不易成型复杂结构的缺点，确定了图1工艺路线。

图1 工艺路线

1.2.2 粉末球磨混合技术

本工艺采用的球磨设备是RKBM三辊四简智能棒磨机。在主动辊转速180r/min的情况下，研究球磨时间对磨质量、粉末粒径的影响。通过多次试验，得出当球磨罐的临界转速为131.11r/min时球磨效果最好。

1.2.3 新型粘结剂的研制

通过多次实验对不同成分粘结剂流动性、粘度及粉末颗粒的均匀性等的研究，确定粘结剂最优配比，是以石蜡为基体，加入适量HDPE、EVA、DOP、SA粘结剂，实现蜡基粘结剂的改良，见表2。

表2 粘结剂组元比例

1.2.4 粉体造粒研制

粉体造粒工艺在成形工艺中至关重要，混合粉末颗粒的均匀性直接影响后续的工艺以及产品的性能。不均匀的混合粉不但会导致压坯的成品率低，还会使溶剂脱脂中压坯发生局部的鼓泡和起皮。本文采用粉末共混造粒技术，将球磨好的钨粉、铜粉、镍粉三种金属粉末与配比好的新型粘结剂同时放入密炼机中进行共混造粒，在共混造粒中观察喂料扭矩的变化来判断混合的均匀性，得到最佳共混工艺。然后采用挤压法，将制备好的喂料挤出，得到均匀的喂料颗粒，既提高了压坯成品率，同时也降低了压坯在脱脂中发生局部的鼓泡和起皮情况。

1.2.5 快速彻底复合脱脂的技术

为防止国防专用高比重平衡器件烧结时粘结剂蒸气透过烧结炉保温材料外溢，必须快速彻底排除粘结剂蒸气，降低C对平衡器件组织结构影响。通过多次试验最终确定孔隙散播技术，在传统粉末冶金烧结炉内安装一套气体分流系统，让氩气通过气体分流系统均匀散布到每个角落又能从每个角落把粘结剂蒸气均匀的吸走，同时结合氩气载体作用，使粘结剂蒸气流动加快，保证了粘结剂的快速并彻底的排走，消除渗碳现象，保证高比重合金平衡器件具有优异的组织结构［5］。

2 实验结果

主要性能指标与行业指标对比，见表3。

3 结论

本文对国防专用高比重平衡器件通过近三年的研究粉体球磨混合技术及粉体造粒技术、新型粘结剂和高效脱除压坯件内粘结剂技术等首先确定国防专用高比重平衡件的生产工艺，同时规范了国防专用高比重平衡器件的产品标准；创新研制一套系统、高效、节能、安全的新型的高比重平衡件工艺技术降低生产成本，提高材料综合性能。