Mo元素分布于W/Cu相界的超细晶W-Mo-Cu复合材料制造技术

Mo元素分布于W/Cu相界的超细晶W

【技术实现步骤摘要】
Mo元素分布于W/Cu相界的超细晶W
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Mo
‑
Cu复合材料


[0001]本专利技术涉及一种利用固
‑
液混合法和快速热压烧结制备Mo元素分布于W/Cu相界的新型超细晶W
‑
Mo
‑
Cu复合材料的方法，所制备的超细晶W
‑
Mo
‑
Cu复合材料具有优异的综合性能，属于W
‑
Cu复合材料和粉末冶金领域。

技术介绍

[0002]W
‑
Cu复合材料由W和Cu两相均匀混合而成，由于两相既不互溶也不形成金属间化合物，因此是一种典型的假合金。W
‑
Cu复合材料因兼具W的高熔点、高硬度、低热膨胀系数和Cu的高热导率、电导率等优良特性，表现出高的强度、硬度、导电、导热以及耐电弧烧蚀等性能。基于上述优势，W
‑
Cu复合材料在电子信息、航天航空、国防工业等诸多领域发挥着不可替代的重要作用。然而，近年来随着高压电网等基础设施建设的迅速发展，对W
‑
Cu复合材料在高温稳定性、力学性能以及导电性方面的综合性能提出了更高的要求。
[0003]为了提高材料的综合力学性能，W
‑
Cu复合材料中常添加第三组元以调控其微观组织结构和性能，第三组元包括合金元素和颗粒相等。添加合金元素的主要作用包括促进烧结致密化、稳定组织结构以及形成固溶体或化合物，从而提升复合材料的硬度、压缩强度以及抗弯强度等力学性能。添加的硬质相纳米颗粒在基体中弥散分布，可起到弥散强化作用。并且，硬质相可阻碍界面迁移、稳定复合材料的组织结构。然而，硬质相的过量添加易发生团聚，对强化和组织结构稳定化效果造成不利影响。此外，合金元素的固溶与硬质相的添加还会导致复合材料电导率降低，尤其是随着添加量、弥散程度以及分布范围的增加，对电导率的降低将产生更加显著的效果。因此，为了获得具有优异综合性能的W
‑
Cu基复合材料，第三组元的添加量、弥散程度以及分布位置至关重要。
[0004]目前的研究关于第三组元的引入方法主要是球磨混合的固
‑
固法，这种方法需要经历较长时间才能使添加组元在W
‑
Cu基体中均匀分布，长时间的球磨易使杂质含量升高，严重降低复合材料的电导率。即使经历长时间混合，也很难从根本上解决添加组元团聚问题。并且，对于粒径细小的粉末颗粒，固
‑
固法难以控制添加组元在粉末中和烧结后复合材料中的分布，因此无法按照实际需要对添加组元的含量和分布特征进行有效调控。随着初始粉末粒径的降低，经烧结制备获得的复合材料的相界面数量增加，相界面的热稳定性以及其对力学性能的贡献程度相应提升，因此迫切需要开发一种技术方法，可实现添加组元在W/Cu相界面的均匀分布，从而针对相界面的稳定性和力学性能进行有效调控，提升W
‑
Cu基复合材料的综合性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对提升W
‑
Cu复合材料的高温稳定性、力学性能与物理导电性能匹配的难题，提供了一种可有效控制添加组元含量、并可使添加组元分布于W/Cu相界的制备技术，通过该制备技术获得了W晶粒尺寸超细的新型超细晶W
‑
Mo
‑
Cu复合材料，该复合材料在高温稳定性、强度、塑性以及导电性方面表现出优异的综合性能。
[0006]本专利技术提供的制备W
‑
Mo
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](1)将超细W粉倒入钼酸铵溶液中，将混合溶液放置在磁力搅拌器上充分搅拌，如转速为120r/min，时间为5min，随后将混合溶液转移至磁力搅拌恒温水浴锅中继续搅拌，水浴温度为70～80℃，直至搅拌干燥；将上述得到的粉末在高温管式炉中进行H2还原，温度为800℃，时间为60min，得到W
‑
Mo复合粉末，将微米级Cu粉与上述得到的W
‑
Mo复合粉末进行行星式球磨，球料比为10：1，转速为260～400r/min，球磨6～12h后得到W
‑
Mo
‑
Cu复合粉末；
[0008](2)将步骤(1)得到的W
‑
Mo
‑
Cu复合粉末装入石墨模具后，在快速热压烧结炉中完成烧结，抽真空当真空度达到2
×
10
‑2Pa以下开始通电流升温，升温速率为80～100℃/min，在升温的同时增加压力，使压力达到90～100MPa后保持恒定，当温度升至950℃时保温6～10min，保温结束后样品随炉冷却至室温，然后卸压取出制备态产品。将制备态产品经过高温管式炉进行H2热处理，温度为1100℃，时间为60min，最终得到产品，其显微结构中超细晶W相均分布于Cu基体中，添加的Mo元素均匀位于W/Cu相界。
[0009]上述步骤(1)中，复合材料中Mo含量2～10at.％，具有较宽的可调控范围，Cu的质量百分含量为20％～40％的。
[0010]上述步骤(2)中，烧结温度与热处理温度可根据Mo的不同含量进行调整，以使烧结和热处理后复合材料成分与粉末一致。
[0011](3)本专利技术通过快速热压烧结以及H2热处理制备的复合材料中平均W相尺寸与初始粉末粒径基本保持一致，可通过球料比、球磨转速和球磨时间的工艺参数不同匹配进行调控，即所述的超细晶指的是超细晶W相，平均W相尺寸可调控范围约为100～400nm。
[0012]本技术的特色和技术优势如下：
[0013]①
本专利技术采用固
‑
液混合方法制备W
‑
Mo复合粉末，Mo元素分布于W粉末颗粒表面，经过烧结后Mo元素均匀保留在W/Cu相界，相较于固
‑
固混合的制备方法，本专利技术无需对Mo元素的分散采用额外的球磨处理，因此可提高复合材料成分的纯净度。
②
本专利技术在相界分布的Mo元素可避免在快速热压烧结以及H2高温热处理过程中W相尺寸的粗化，提升W
‑
Cu复合材料组织结构的高温稳定性，因此采用快速热压烧结和H2热处理制备获得了具有稳定超细结构的块体复合材料。此外，Mo元素还可改善相界的结合特性，因此稳定的显微结构与良好的相界结合性使复合材料获得优异的力学性能。
③
本专利技术中的Mo元素仅分布于相界附近区域，避免了Mo元素大量分布于基体中而对复合材料的电导率产生显著影响，因此在获得优异力学性能的基础上，可保留较高的电导率。
④
本专利技术所制备的W
‑
Mo
‑
Cu复合材料表现出力学性能与物理电导率特性的优异匹配，有望提升W
‑
Cu复合材料在电触头、焊接电极等领域的服役性能。
附图说明
[0014]图1为实施例1中制备得到的W
‑
2％Mo
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mo元素分布于W/Cu相界的新型超细晶W
‑
Mo
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Cu复合材料，其特征在于，超细晶W相均匀分布于Cu基体中，添加的Mo元素位于W/Cu相界。2.按照权利要求1所述的一种Mo元素分布于W/Cu相界的新型超细晶W
‑
Mo
‑
Cu复合材料，其特征在于，复合材料中Mo含量2～10at.％，具有较宽的可调控范围，Cu的质量百分含量为20％～40％的。3.按照权利要求1所述的一种Mo元素分布于W/Cu相界的新型超细晶W
‑
Mo
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Cu复合材料，其特征在于，所述的超细晶指的是超细晶W相，平均W相尺寸可调控范围约为100～400nm。4.制备权利要求1
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3任一项所述的Mo元素分布于W/Cu相界的新型超细晶W
‑
Mo
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Cu复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将超细W粉倒入钼酸铵溶液中，将混合溶液放置在磁力搅拌器上充分搅拌，随后将混合溶液转移至磁力搅拌恒温水浴锅中继续搅拌，水浴温度为70～80℃，直至搅拌干燥；将上述得到的粉末在高温管式炉中进行H2还原，温度为800℃，时间为60min，得到W
‑
Mo复合粉末，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓艳，段起祥，侯超，韩铁龙，李昱嵘，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：