一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末合金材料的制备方法，包括如下步骤:步骤S1110，将粒径为10nm‑500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm‑200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、N i基、Co基、A l基、Cu基、Ag基、Zr基中的一种或多种；步骤S120，对所述混合粉末经过高温热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层。经本方法制备得到的梯度合金化粉末合金材料可应用其磁性、电性、力学等方面的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末材料及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金材料
，特别涉及一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末合金材料的制备方法，尤其是一种经该方法制备得到软磁梯度合金化材料。
技术介绍
随着全球人口的持续增长和全球经济的持续增长，自然资源、能源电力消耗的不断增大导致煤炭、石油、天然气等化石能源的消费不断增大。化石能源大规模燃烧用于发电会带来大量温室气体的排放，导致全球性变暖、冰川融化、强降雨洪水炎热干旱高温等极端天气频发。全球人口的快速增长和经济的发展导致对能源的巨幅需要，在能源的生产、传输、储存以及使用过程中，需要高性能的材料来提高能源生产→传输→储存→使用过程的整体效率效率；这一能源链条的背后实则是各种类型的材料在起到支撑主导性作用，材料科学与技术的革新可为提升能源产业链的整体效率。以新能源为例，如光伏太阳能、风力发电、电动汽车等，新能源市场的蓬勃发展必将导致对变频电机、DC/AC变频器、车载电池加热保温系统等产生大量需求，这就需要更高性能的电机材料、更低电阻率更高导电率的电工用Cu材Al、电池加热保温材料来制备这些高性能的驱动电机、DC/AC逆逆变器、电池加热保温系统。开发出高性能的电机材料、逆变器材料、电池加热保温材料是提高电机、逆变器、电池加热保温系统等机电设备的电能使用转换效率的基础，是实现经济发展绿色低碳化、节能减排、控制温室性气体排放的关键所在。以DC/AC型的逆变器为例，在高频工况下，软磁铁芯的铁损非常大，降低软磁铁芯的铁损是提高变频器转换效率的关键。而以电机为例，电机的软磁铁芯工作时的涡流铁耗是制约电机(电能→机械能)转换效率提高的关键，因此，提高软磁合金或软磁金属材料的电性能(尤其是电阻率)是降低电机软磁铁芯材料涡流损耗的关键。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种高温热扩散法制备梯度合金化合金材料的制备方法，旨在提供一种粉末颗粒中合金化元素呈梯度化分布特征的梯度合金化材料，该梯度合金化特征可使粉末具有特殊的磁性、电学、力学特征，如更高的磁导率饱和磁感应强度、更高的电阻率、更高的导电率，更高的强度等电学、磁学、力学性能方面的特征。为实现上述目的，本专利技术提出一种高温热扩散法制备梯度合金化合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤S1110，将粒径为10nm-500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、Ni基、Co基、Al基、Cu基、Ag基、Zr基、Ti基金属或合金粉末的一种或多种；步骤S120，对所述混合粉末经过高温热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层；步骤S130，对所述步骤S120热扩散过后的粉末进行筛分，得到金属及梯度合金化粉末；步骤S140，将步骤S130筛分得到的金属及梯度合金化粉末压制成型，得到目标尺寸的压制坯料，压制压坯经过烧结得到梯度合金化合金材料。优选地，所述梯度合金化合金材料为Ni基梯度合金化材料；相应地，所述制备方法包括：步骤S111，将粒径为10nm-500μm的纯金属Ni以及Ni基合金作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末按照重量占比50wt％-99.99wt％混合并充分搅拌均匀，得到混合粉末；步骤S121，将经过所述步骤S111混合得到的混合粉末在真空、有还原性气氛、惰性气体的保护下进行热扩散，热扩散温度为400-1450℃间，使所述扩散粉末的合金化金属扩散进入所述起始基础粉末的外延层，形成一个核心为Ni基纯铁镍或Ni基合金，外延层含有梯度合金化元素的梯度合金化层；步骤S131，对经过步骤S121的热扩散过后的粉末进行筛分，筛分出粒径较大的Ni基合金粉末，而粒径较小的扩散金属或合金粉末则筛分出去，得到Ni基金属及合金基梯度合金化粉末；步骤S141，经步骤S131筛分得到的Ni基金属及合金基梯度合金化粉末，采用10MPa-2000MPa的压强进行压制成型，得到目标形状尺寸的压制坯料，压制压坯经400℃-1400℃的温度的烧结得到Ni基梯度合金化材料。优选地，所述梯度合金化合金材料为Fe基梯度合金化材料；相应地，所述制备方法包括：步骤S112，将粒径为10nm-500μm的Fe基软磁粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的梯度合金化粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末按照重量占比50wt％-99.99wt％混合并充分搅拌均匀，得到混合粉末；步骤S122，将经过所述步骤S112混合得到的混合粉末在真空、有还原性气氛、惰性气体的保护下进行热扩散，热扩散温度为500-1400℃间，使所述扩散粉末的合金化金属扩散进入所述起始基础粉末的外延层，形成一个核心为Fe基纯铁铁或Fe基合金，外延层含有梯度合金化元素的梯度合金化层；步骤S132，对经过步骤S122的热扩散过后的粉末进行筛分，散过后粒径较大的Fe基合金磁性粉末被筛分出来，而粒径较小的扩散金属或合金粉末经筛分过程而筛分掉，得到Fe基金属及合金基梯度合金化粉末；步骤S142，经步骤S132筛分得到的Fe基金属及合金基梯度合金化粉末，采用10MPa-2000MPa的压强进行压制成型，得到目标形状尺寸的压制坯料，压制压坯经400℃-1400℃的温度的烧结得到Fe基梯度合金化材料。优选地，所述梯度合金化合金材料为Cu基梯度合金化材料；相应地，所述制备方法包括：步骤S113，将粒径为10nm-500μm的纯金属Cu以及Cu基合金作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的单质元素或由其组成的合金化粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末按照重量占比50wt％-99.99wt％混合并充分搅拌均匀，得到混合粉末；步骤S122，将经过所述步骤S112混合得到的混合粉末在真空、有还原性气氛、惰性气体的保护下进行热扩散，热扩散温度为400-1450℃间，使所述扩散粉末的合金化金属扩散进入所述起始基础粉末的外延层，形成一个核心为Cu基纯铜或Cu基合金，外延层含有梯度合金化元素的梯度合金化层；步骤S132，对经过步骤S122的热扩散过后的粉末进行筛分，散过后得到粒径较大的Cu基梯度合金化粉末，而粒径较小的扩散金属或合金粉末经筛分过程则筛分出去，得到Cu基金属及合金基梯度合金化粉末；步骤S142，经步骤S132筛分得到的Cu基金属及合金基梯度合金化粉末，采用10MPa-2000MPa的压强进行压制成型，得到目标形状尺寸的压制坯料，压制压坯经400℃-1400℃的温度的烧结得到Cu基梯度合金化材料。...

【技术保护点】
1.一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末合金化材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤:/n步骤S1110，将粒径为10nm-500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、Ni基、Co基、Cu基、Al基、Ag基、Zr基等的金属或合金粉末的一种或多种；/n步骤S120，对所述混合粉末经过高温热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层；/n步骤S130，对所述步骤S120热扩散过后的粉末进行筛分(气流筛、振动筛等)，得到金属及梯度合金化粉末；/n步骤S140，将步骤S130筛分得到的金属及梯度合金化粉末压制成型，得到目标尺寸的压制坯料，压制压坯经过烧结得到梯度合金化合金材料。/n或经历如下过程：/n步骤S1110，将粒径为10nm-500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、Ni基、Co基、Cu基、Al基、Ag基、Zr基等的金属或合金粉末的一种或多种；/n步骤S120，对所述混合粉末进行压制成型，经过高温烧结和热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高温热扩散法制备梯度合金化粉末合金化材料及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
步骤S1110，将粒径为10nm-500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、Ni基、Co基、Cu基、Al基、Ag基、Zr基等的金属或合金粉末的一种或多种；
步骤S120，对所述混合粉末经过高温热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层；
步骤S130，对所述步骤S120热扩散过后的粉末进行筛分(气流筛、振动筛等)，得到金属及梯度合金化粉末；
步骤S140，将步骤S130筛分得到的金属及梯度合金化粉末压制成型，得到目标尺寸的压制坯料，压制压坯经过烧结得到梯度合金化合金材料。
或经历如下过程：
步骤S1110，将粒径为10nm-500μm的金属或合金粉末作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末混合，得到混合粉末，其中，所述起始基础粉末包括Fe基、Ni基、Co基、Cu基、Al基、Ag基、Zr基等的金属或合金粉末的一种或多种；
步骤S120，对所述混合粉末进行压制成型，经过高温烧结和热扩散过程，所述扩散粉末中的元素进入到所述起始基础粉末的外延层，在起始基础粉末的外延梯度扩散层的核壳结构中同时包含所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素，形成一所述起始基础粉末和所述扩散粉末的合金化元素呈现梯度分布特征的梯度合金化层。


2.如权利要求1所述的高温热扩散法制备梯度合金化合金材料的制备方法，其特征在于，所述梯度合金化合金材料为Ni基梯度合金化材料；
相应地，所述制备方法包括：
步骤S111，将粒径为10nm-500μm的纯金属Ni以及Ni基合金作为起始基础粉末，粒径为1nm-200μm的纯金属或合金粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末按照重量占比50wt％-99.99wt％混合并充分搅拌均匀，得到混合粉末；
步骤S121，将经过所述步骤S111混合得到的混合粉末在真空、有还原性气氛、惰性气体的保护下进行热扩散，热扩散温度为400-1450℃间，使所述扩散粉末的合金化金属扩散进入所述起始基础粉末的外延层，形成一个核心为Ni基纯铁镍或Ni基合金，外延层含有梯度合金化元素的梯度合金化层；
步骤S131，对经过步骤S121的热扩散过后的粉末进行筛分，散过后粒径较大的Ni基合金粉末被筛分出，
而粒径较小的扩散金属或合金粉末经筛分过程而筛分出去，得到Ni基金属及合金基梯度合金化粉末；
步骤S141，经步骤S131筛分得到的Ni基金属及合金基梯度合金化粉末，采用10MPa-2000MPa的压强进行压制成型，得到目标形状尺寸的压制坯料，压制压坯经400℃-1400℃的温度的烧结得到Ni基梯度合金化材料。


3.如权利要求1所述的高温热扩散法制备梯度合金化合金材料的制备方法，其特征在于，所述梯度合金化合金材料为Fe基梯度合金化材料；
相应地，所述制备方法包括：
步骤S112，将粒径为10nm-500μm的Fe基软磁粉末作为起始基础粉末，粒径为10nm-200μm的梯度合金化粉末作为扩散粉末，将所述起始基础粉末和所述扩散粉末按照重量占比50wt％-99.99wt％...

【专利技术属性】
技术研发人员：方海梁，刘静，胡雅，黄鹏威，李铭扬，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42