球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种球形相弥散强化金属基复合材料，其方法步骤为：（1）将可溶性Cu盐或可溶性Fe盐与氧化物弥散相对应的可溶性盐配制成水溶液，混合均匀后得到金属盐溶液；（2）将络合剂加入到上述的金属盐溶液中，溶解后控制溶液的pH值在3～5进行反应，得到络合反应液；（3）在上述络合反应液中加入表面活性剂水溶液，混合均匀；然后再加入氨水，搅拌反应，至溶液显中性，得到沉淀物；（4）将所得沉淀物清洗后煅烧，得到煅烧产物；（5）将上述煅烧产物进行还原，即可得到所述的复合材料。本方法能够制备出粒度均匀的超细弥散强化铜粉、弥散强化铁粉，并且含有的弥散相近球形、分布均匀，具有产品性能稳定、成本低、工艺可控的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料的制备方法，尤其是一种球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法。
技术介绍
弥散强化是在金属基体中引入稳定、均匀、细小的第二相质点，阻碍位错的运动，从而强化材料的方法。所以弥散强化材料的强度高。最可贵的是当弥散相熔点高，在高温下稳定，在高温仍起到强化作用，使得材料可以在接近熔点（0.8～0.9T熔点）的温度下工作。弥散强化铜具有高强度、高硬度、高软化温度、高导热性和高导电性等优异的综合性能，已在焊接、电子、电器、冶金等领域得到了广泛的应用。目前，弥散强化铜材料的制备主要通过粉末冶金法，首先是制备出弥散强化铜粉，然后采用压制-烧结的工艺制备出弥散强化铜材料。我国对弥散强化铜的研究起步较晚，对其生产中的问题还未完全掌握，产品存在机械加工性能差、力学性能不稳定等不足之处；此外生产成本过高，距产业化还有一定距离。氧化物弥散强化（ODS）高温合金具有很好的热稳定性和化学稳定性，可以在接近合金的熔点温度下工作，已在导向器叶片和一些环件及涡轮叶片得到成功应用；并且氧化物弥散强化（ODS）材料具有优良的抗辐照性和高温强度，是理想的核反应堆包壳材料。现在氧化物弥散强化铁材料主要是采用机械合金化的工艺路线，但是用这种方法制备的弥散相尺寸不够细小、分布不均匀。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种粒度均匀的球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的方法步骤为：（1）将可溶性Cu盐或可溶性Fe盐与氧化物弥散相对应的可溶性盐配制成水溶液，混合均匀后得到金属盐溶液；（2）将络合剂加入到上述的金属盐溶液中，溶解后控制溶液的pH值在3～5进行反应，得到络合反应液；（3）在上述络合反应液中加入表面活性剂水溶液，混合均匀；然后再加入氨水，搅拌反应，得到沉淀物；（4）将所得沉淀物清洗后煅烧，得到煅烧产物；（5）将上述煅烧产物进行还原，即可得到所述的复合材料。本专利技术所述步骤（1）中，金属盐溶液的浓度为1～10mol/L。所述步骤（1）中，氧化物弥散相为Al2O3、Y2O3或ZrO2，氧化物弥散相的质量分数为0.1～10%。本专利技术所述步骤（2）中，可溶性Cu盐对应的络合剂为EDTA-2Na或酒石酸钾钠，可溶性Fe盐对应的络合剂为柠檬酸；其中络合剂的加入量按照金属离子:络合剂的摩尔比为1:10～10:1加入。所述步骤（2）中，反应温度为30～70℃。本专利技术所述步骤（3）中，加入氨水至溶液显中性。本专利技术所述步骤（3）中，表面活性剂为聚乙烯醇，加入量按照聚乙烯醇:金属离子摩尔比为0.1:1～10:1加入。本专利技术所述步骤（4）中，煅烧温度为200～700℃。本专利技术所述步骤（5）中，采用氢气还原，还原温度为400～900℃、时间为0.5～4小时。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术采用络合-共沉淀方法，通过添加络合剂充分保证粉末成分均匀，添加表面活性剂控制共沉淀过程，能够制备出粒度均匀的超细弥散强化铜粉、弥散强化铁粉，并且含有的弥散相近球形、分布均匀，具有产品性能稳定、成本低、工艺可控的特点。本专利技术采用络合-共沉淀方法，同时适用于弥散强化铜、弥散强化铁两种粉末的制备；具有下述优点：（1）通过络合反应能够保证制备的粉末在成分上充分均匀化，保证弥散相离子与基体金属离子严格按照计算均匀沉淀；（2）可以直接采用工业含铜、铁的废液为原料，可以实现铜的高附加值回收利用；（3）采用该方法可以多种球形弥散相，包括Al2O3、Y2O3、ZrO2；（4）通过分散剂（表面活性剂）尤其是聚乙烯醇PVA的加入量不但可以控制弥散粉末中强化相的粒度、形貌及分散度，而且可以保证弥散粉末粒度均匀一致；（5）本专利技术操作简单、成本低、周期短、稳定性高，为实现产业化提供了一条稳定路线。具体实施方式本球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法采用下述工艺步骤：（1）可溶性盐的配制：将可溶性Cu盐或可溶性Fe盐、与氧化物弥散相（MxOy）对应的可溶性盐配制成水溶液，混合均匀后得到金属盐溶液；所述金属盐溶液中Cu盐（Fe盐）的浓度为1～10mol/L；所述可溶性铜盐可以为CuSO4、CuCl2或Cu(NO3)2，可溶性铁盐可以为FeSO4、FeCl2或Fe(NO3)3；所述氧化物弥散相为Al2O3、Y2O3或ZrO2，对应的可溶性盐可以为Al(NO3)3或Al2(SO4)3、YCl3、Zr(NO3)4；氧化物弥散相的质量分数为0.1～10%。（2）络合凝胶的制备：将络合剂加入到上述的金属盐溶液中，溶解后用氨水控制溶液的pH值在3～5进行反应，反应温度30～70℃，得到络合反应液；铜离子（可溶性Cu盐）对应的络合剂为EDTA-2Na或酒石酸钾钠，铁离子（可溶性Fe盐）对应的络合剂为柠檬酸，其中络合剂的加入量按照金属离子:络合剂的摩尔比为1:10～10:1加入。（3）表面活性剂的添加：在上述络合反应液中加入表面活性剂水溶液，混合均匀；表面活性剂最好为质量分数5～30%的聚乙烯醇PVA水溶液，加入量按照PVA:金属离子摩尔比为0.1:1～10:1加入，聚乙烯醇PVA的加入量是控制强化相MxOy形貌及弥散粉末粒度的关键，并在后续的高温还原阶段可完全分解脱除。（4）前驱体粉末的制备：配制浓度为5～30wt%的氨水溶液作为沉淀剂，在上述溶液中加入该氨水直至溶液显示中性，搅拌反应，得到沉淀物，5～10分钟后反应彻底，无大块沉淀颗粒存在。（5）煅烧：将所得沉淀物用去离子水清洗，直到清洗后的去离子水透明为止，然后煅烧，煅烧温度200～700℃，得到煅烧产物；（6）氢气还原：将煅烧后的粉末放入氢气还原炉中还原得到弥散强化铜或弥散强化铁复合粉，其中还原温度在400～900℃，保温（还原）时间为0.5～4小时。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：以Al2O3含量2wt%的弥散强化铁粉为例，本球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法的具体工艺如下所述。（1）先将硝酸铁和硝酸铝配置成水溶液，溶液中硝酸铁浓度为 1mol/L；将原料折合成氧化铝和铁的质量时，氧化铝占的质量分数在 2%。（2）取络合剂柠檬酸在去离子水中充分溶解，将柠檬酸溶液加入到上述溶液中，其中柠檬酸的含量按照金属离子:柠檬酸的摩尔数比2:1计算，充分搅拌混合均匀，用氨水控制溶液的pH值为3，反应温度控制在50℃。（3）取浓度为10wt%的聚乙烯醇PVA溶液，添加到上述溶液中，充分搅拌混合均匀，其中PVA的加入量按照PVA:金属离子的摩尔数比为0.2:1计算。（4）配制浓度为10wt%的氨水溶液作为沉淀剂，在搅拌器的作用下加入到上述溶液中，控制pH=7，到预定pH值后，再继续搅拌5分钟以使反应彻底，无大块沉淀颗粒存在。（5）溶液分层后，倒出上层液体，并用去离子水对沉淀进行反复清洗，去除杂质，然后在马弗炉煅烧，温度控制在550℃。（6）氢气还原：将烘干制备的复合粉末放入氢气还原炉中还原，得到弥散强化铁粉，其中还原温度在900℃，保温时间为1小时。本实施例所得弥散铁粉末粒度小于1.5μm，粒度分布较窄， Al2O3弥散相为近球形结构，粒度不超过100nm，弥散相均匀分布在铜的基体中，粒子间距100～200nm。实施例2：以Al2O3含量2wt%的弥散强化铜粉为例，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法，其特征在于，其方法步骤为：（1）将可溶性Cu盐或可溶性Fe盐与氧化物弥散相对应的可溶性盐配制成水溶液，混合均匀后得到金属盐溶液；（2）将络合剂加入到上述的金属盐溶液中，溶解后控制溶液的pH值在3～5进行反应，得到络合反应液；（3）在上述络合反应液中加入表面活性剂水溶液，混合均匀；然后再加入氨水，搅拌反应，得到沉淀物；（4）将所得沉淀物清洗后煅烧，得到煅烧产物；（5）将上述煅烧产物进行还原，即可得到所述的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法，其特征在于，其方法步骤为：（1）将可溶性Cu盐或可溶性Fe盐与氧化物弥散相对应的可溶性盐配制成水溶液，混合均匀后得到金属盐溶液；（2）将络合剂加入到上述的金属盐溶液中，溶解后控制溶液的pH值在3～5进行反应，得到络合反应液；（3）在上述络合反应液中加入表面活性剂水溶液，混合均匀；然后再加入氨水，搅拌反应，得到沉淀物；（4）将所得沉淀物清洗后煅烧，得到煅烧产物；（5）将上述煅烧产物进行还原，即可得到所述的复合材料。2.根据权利要求1所述的球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，可溶性Cu盐或可溶性Fe盐的浓度为1～10mol/L。3.根据权利要求1所述的球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，氧化物弥散相为Al2O3、Y2O3或ZrO2，氧化物弥散相的质量分数为0.1～10%。4.根据权利要求1所述的球形相弥散强化金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步...

【专利技术属性】
技术研发人员：石永亮，杨晓彩，李秀敏，戚翠芬，陈涛，张景进，巩甘雷，
申请(专利权)人：河北工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：河北;13