一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法，包括将合金粉末和表面活性剂混合，进行球磨，制备得到片状合金粉末；再将片状合金粉末置于干燥空气氛中，加热到300～500℃10～60min进行内氧化，得到纳米氧化物颗粒增强金属复合材料。本发明专利技术技术的操作简单，无需使用高压氧炉，比传统内氧化法所需的氧化温度更低，氧化时间更短，大幅降低制作成本，在不使用昂贵的纳米粉末为原料的情况下，制备出纳米量级氧化物，并且均匀分散在金属内部，达到纳米颗粒氧化物增强金属的效果，大幅度提高材料力学和电学性能。同时又避免影响材料性能的表面纯金属层，如银层的产生。是一种低成本、高效的制备方法。

Method for preparing nano oxide particles reinforced metal composite material

The invention discloses a method for preparing nanometer oxide particle reinforced metal composite material, which comprises mixing alloy powder and surfactant, ball milling, and preparing sheet alloy powder; then placing the sheet alloy powder in dry air, heating it to 300-500 C for 10-60 min for internal oxidation, and obtaining nanometer oxygen. Particle reinforced metal matrix composites. The method has the advantages of simple operation, no need of using a high pressure oxygen furnace, lower oxidation temperature, shorter oxidation time and lower production cost than the traditional internal oxidation method. Nanometer scale oxide is prepared without using expensive nanometer powder as raw material, and is evenly dispersed in the metal to reach nanometer scale. Granular oxide enhances the mechanical properties and electrical properties of materials. At the same time, the surface pure metal layer, such as the formation of silver layer, is avoided. It is a low cost and efficient preparation method.

【技术实现步骤摘要】
一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法
本专利技术属于新材料领域，特别及一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法。
技术介绍
金属银的韧性和导电性能非常好，但受限于其强度和耐磨性差的原因，很难单独作为结构金属使用。不过在金属银内部嵌入氧化物颗粒可以在保持良好导电性的同时，大幅提升材料的力学性能，从而被广泛地用于制作电接触材料。当均匀分散在银内部的氧化物颗粒达到纳米量级的时候，还可以全方面地提高银的各种力学性能。为了在银中嵌入氧化物颗粒，主要的方法有三种：混粉法，内氧化法，化学法。混粉法是直接将银粉和氧化物粉末机械混合，再通过粉末冶金的方法制备银氧化锡材料，如美国专利US5798468，德国专利DE19503182.2。内氧化法又分为预氧化法和传统内氧化法，预氧化法是对银合金分体，例如AgSn合金粉，进行内氧化，然后再通过粉末冶金的方式制备氧化物增强银材料，例如CN1425790A。传统内氧化法是先把银合金熔化制备成线材或者板材，然后再通过内氧化制备氧化物增强银材料。化学法则是先制备氧化物粉末，然后在水溶液中将氧化物粉分散并加入还原剂，再加入络合的银离子使银沉积于氧化粉末表面，从而制备出复合的氧化物增强银粉，再通过粉末冶金的方法制备氧化物增强银线材或片材，如CN1425789A、CN102633499A。许灿辉，易丹青，吴春萍，等。机械球磨Ag-Zn合金粉末显微组织及内氧化性能[J]。稀有金属材料与工程，2010，39(1):85-89。利用XRD、SEM研究球磨时间对Ag-Zn合金粉末显微组织和内氧化性能的影响。先在氮气保护下进行球磨，之后在箱式电阻炉中进行氧化增重。结果表明:球磨初期，晶粒尺寸迅速减小，微观应变急剧增加，球磨25h后，变化趋于平缓，球磨100h后，晶粒尺寸和微观应变分别为20nm和0.55％。Ag-Zn合金粉末在机械球磨过程中经历了片层化、片层结构破裂细化、破裂和冷焊的平衡阶段以及片层组织焊合成团4个阶段。Ag-Zn合金粉末的内氧化速度随球磨时间延长而增加，球磨100h的粉末在0.5h内即达到最大氧化程度，与未球磨粉末相比提高了25％。Ag-Zn合金粉末在内氧化过程中，未球磨粉末样品中ZnO呈针状和片状形成于表面且尺寸较大；粉末经机械球磨后氧化，ZnO则主要以针状形式存在于基体中，尺寸较小。生成ZnO产生的体积膨胀，在内氧化区形成压应力，导致银原子向粉末表面扩散形成银球。CN1477219A公开了一种银金属氧化物电触头材料的制备方法，用高能球磨方法首先制备出含银的合金化、或金属间化合物、或显著细化的粉末，再经内氧化及成型处理制备成电触头。本专利技术内氧化温度显著降低(从600～900℃降至400～800℃)，时间大幅度减少使生产成本显著降低；本专利技术通过控制内氧化过程的氧分压与温度，可以分别获得纳米量级或微米量级的金属氧化物在银基体中的弥散分布；本专利技术氧化物和银基体间为自生成界面，界面结合好，提高了材料加工性能；另外本专利技术能够实现添加组元在Ag、MeO近邻的均匀分布，从而充分发挥添加组元改善Ag与MeO浸润性和提高电触头性能的作用。现有技术中，主要有三个问题：一个是在混粉法制备过程中，非常难做到纳米量级氧化物均匀分散在银内部，二是利用内氧化方法需要的氧化时间长(10-100小时)、氧化温度过高(500-800度)、氧化条件苛刻(高压氧氛围)，氧化物颗粒大(大于1个微米)，且很难氧化彻底。三是化学法的步骤繁琐，且需要化学还原剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，利用球磨制备的片层粉末在厚度上的尺寸效应以及机械过程中引入的大量位错，在大幅度提高内氧化速度的同时又减小了内氧化物的尺寸，仅仅利用球磨方法和表面活性剂，在干燥空气的氛围下，即可制备出均匀分散的纳米量级氧化物增强银复合材料。本专利技术所采取的技术方案是：一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法，包括如下步骤：1)将合金粉末和表面活性剂混合，进行球磨，制备得到片状合金粉末；2)将片状合金粉末置于干燥空气氛中，加热到300～700℃10～60min进行内氧化，得到纳米氧化物颗粒增强金属复合材料。作为上述方法的进一步改进，合金粉末中主金属的质量百分含量为60～90％，次金属为平衡氧分压低于主金属的至少一种金属。作为上述方法的进一步改进，合金粉末选自银合金、镍合金、铜合金中的一种。作为上述方法的进一步改进，合金粉末为银合金，次金属成分选自锡、铟、铝、钛、铬、镉、锆、锰中的至少一种；合金粉末为镍合金，次金属成分选自铝、锰、钛、锆、铬中的至少一种；合金粉末为铜合金，次金属成分选自铝、锆、铬、锰、钛中的至少一种。作为上述方法的进一步改进，表面活性剂的添加量为合金粉末质量的0.1～10％。作为上述方法的进一步改进，表面活性剂选自聚乙二醇、油酸、十六醇中的至少一种。作为上述方法的进一步改进，球磨时的转速为300～1000rpm。作为上述方法的进一步改进，球磨的时间为2～9小时。作为上述方法的进一步改进，控制内氧化过程中的氧分压使合金粉末中的主金属无法氧化，但次金属可以氧化。作为上述方法的进一步改进，片状合金粉末的厚度为0.1～5μm。本专利技术的有益效果是：本专利技术技术的操作简单，无需使用高压氧炉，比传统内氧化法所需的氧化温度更低，氧化时间更短，大幅降低制作成本，在不使用昂贵的纳米粉末为原料的情况下，制备出纳米量级氧化物，并且均匀分散在主金属，如银的内部，达到纳米颗粒氧化物增强金属的效果，大幅度提高材料力学和电学性能。同时又避免影响材料性能的表面纯金属，如银层的产生。是一种低成本、高效的制备方法。附图说明图1是实施例1制得的片状银锡合金电镜图；图2是实施例1制得的纳米量级氧化物增强银复合材料的SEM截面图；图3是对比例1未经球磨过程的银锡合金薄片(100微米厚)内氧化后接近表面部分材料的SEM截面图。具体实施方式一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法，包括如下步骤：1)将合金粉末和表面活性剂混合，进行球磨，制备得到片状合金粉末；2)将片状合金粉末置于干燥空气氛中，加热到300～700℃10～60min进行内氧化，得到纳米氧化物颗粒增强金属复合材料。合金粉末选自银合金、镍合金、铜合金中的一种。加热的温度和合金的种类和组成有关。对于银合金，其加热温度一般在300～500℃即可；对于铜合金，其加热温度一般要达350～550℃；对于镍合金，其加热温度一般要达到450～700℃。合金粉末中主金属的质量百分含量为60～90％，次金属为平衡氧分压低于主金属的至少一种金属。次金属的量可以根据材料的特性进行相应的调整。进一步的，合金粉末为银合金，次金属成分选自锡、铟、铝、钛、铬、镉、锆、锰中的至少一种；合金粉末为镍合金，次金属成分选自铝、锰、钛、锆、铬中的至少一种；合金粉末为铜合金，次金属成分选自铝、锆、铬、锰、钛中的至少一种。银合金包括但不限于银锡合金、银铟合金、银镉合金；镍合金包括但不限于镍铝合金、镍铝锰合金、镍铝钛合金、镍锆合金、镍铬合金；铜合金包括但不限于铜钛铝合金、铜锆合金、铜铬合金。作为上述方法的进一步改进，球磨时的转速为300～1000rpm。作为上述方法的进一步改进，球磨的时间为2～9小时。球磨的转速和球磨的时间，可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法，包括如下步骤：1)将合金粉末和表面活性剂混合，进行球磨，制备得到片状合金粉末；2)将片状合金粉末置于干燥空气氛中，加热到300～700℃10～60min进行内氧化，得到纳米氧化物颗粒增强金属复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种制备纳米氧化物颗粒增强金属复合材料的方法，包括如下步骤：1)将合金粉末和表面活性剂混合，进行球磨，制备得到片状合金粉末；2)将片状合金粉末置于干燥空气氛中，加热到300～700℃10～60min进行内氧化，得到纳米氧化物颗粒增强金属复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：合金粉末选自银合金、镍合金、铜合金中的一种。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：合金粉末中主金属的质量百分含量为60～90％，次金属为平衡氧分压低于主金属的至少一种金属。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：合金粉末为银合金，次金属成分选自锡、铟、铝、钛、铬、镉、锆、锰中的至少一种；合金粉末为镍合金，次金属成分选自铝、锰、钛、锆、铬中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，康翼鸿，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44