一种Mo-W-Cu合金的制备方法技术

本发明专利技术属于合金制备方法技术领域，具体涉及一种Mo-W-Cu合金的制备方法。本发明专利技术主要解决Mo-W-Cu合金存在致密度低、合金颗粒粒径大、抗拉强度弱等不足。本发明专利技术Mo-W-Cu合金的制备方法如下：1)原料混粉：取一定质量分数的钼粉、钨粉和铜粉球磨制得原料粉；2)机械制粉：向球磨罐中加入不锈钢球和乙醇，球磨制得复合粉末；3)压型：将复合粉末放入橡胶包套中，冷等静压压制成压型坯体；4)烧结：将压型坯体放入烧结炉制得Mo-W-Cu液相烧结体；5)热挤压：将Mo-W-Cu液相烧结体加热并进行热挤压变形加工，制成Mo-W-Cu合金。本发明专利技术具有烧结温度低，晶粒细，组织结构理想，材料致密度高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金制备方法
，具体涉及。
技术介绍
Mo-Cu合金具有足够的高温强度，优良的抗高温燃气烧蚀性能和抗电弧腐蚀性能以及抗热震性能，可作为高温结构材料、电触头材料、电火花加工电极材料等；Mo-Cu合金还具有高的热导系数和合适的热膨胀系数，可作为大功率器件的封装材料，如半导体基片、 模块基片、高性能发动机零部件材料及其它热沉材料；将Mo-Cu合金与其它金属、陶瓷等复合，还可以制成性能过度变化的梯度功能材料，可广泛应用于电力、电子、机械、冶金、航天、 航空和军工等行业。但Mo-Cu合金作为高温状态下使用的结构材料，其抗拉强度仍不能满足部分重要零部件的使用要求，因此，在Mo-Cu合金的基础上添加元素钨，制备成Mo-W-Cu 合金，可明显提高Mo-Cu合金的拉伸强度，而塑性不会明显降低。作为军工材料，除了要求Mo-W-Cu合金具有高的热导系数外，还要求具有高的气密性和严格的热膨胀系数，这就需要Mo-W-Cu合金全致密。传统的Mo-W-Cu合金制备方法为混粉液相烧结法和熔浸法。采用混粉液相烧结法制备的Mo-W-Cu合金难以达到较高的致密度与组织结构，致密度只有94 95%左右，人们常通过增加成型压力和提高烧结温度来提高其致密度，但是增加成型压力虽可以提高复合材料的最终密度，却仅在一定范围内有效，且作用有限；提高烧结温度也可使致密度明显提高，但对烧结条件要求苛刻，并且高温下晶粒尺寸变大，液相铜过分溢出，容易造成成分不均勻。熔浸法虽然可以获得较高的致密度，但微观组织控制困难，材料性能难以保证，且需要进行表面处理。机械合金化法作为一种新型的材料制备工艺，近年来备受关注。机械活化是机械合金化的前期，它通过高能球磨，使粉末在频繁碰撞过程中发生强烈的塑性变形，因加工硬化而破碎，碎裂后粉末露出的新鲜原子表面又极易发生焊合，反复的破碎-焊合，使组织结构不断细化，缺陷增多，活性增大，从而促进烧结，提高合金性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种致密度高、合金颗粒粒径小、抗拉强度高的 Mo-W-Cu合金的制备方法。本专利技术Mo-W-Cu合金的制备方法，包括以下步骤1)原料混粉按照以下质量分数钼粉75 80%、钨粉10 15%、铜粉5 15% 取钼粉、钨粉和铜粉于球磨罐中，在球磨机上混粉30 40分钟，制得原料粉；2)机械制粉向步骤(1)的球磨罐中加入不锈钢球和原料粉重量2 4%的乙醇， 然后在氩气气体保护下球磨20 30小时，制得复合粉末；3)压型将复合粉末放入橡胶包套中，于190 220MPa压力下保压10 20分钟， 冷等静压压制成压型坯体；4)烧结将压型坯体放入烧结炉中，以200 250°C /h的速度升温至1300 1400°C，保温1 1. 5小时，然后随炉冷却至室温，出炉制得Mo-W-Cu液相烧结体；5)热挤压将Mo-W-Cu液相烧结体加热至950 1000°C，进行热挤压变形加工，变形率为30 40%，热挤压后在640 660°C进行消除应力退火，退火保温时间为1 1. 5 小时，保温后随炉冷却至200°C，出炉冷却至室温，制成Mo-W-Cu合金。其中本专利技术优选的机械制粉中不锈钢球与原料粉的重量比为10 20 1，球磨罐的填充系数为0.4 0.5。优选的球磨罐为不锈钢球磨罐。优选的球磨机为行星球磨机，球磨机公转速度(ω κ)为270 ^Or/min，球磨机自转速度(ωΓ)为 260 270r/min。优选的烧结炉为氢气烧结炉。经测试，本专利技术Mo-W-Cu合金粉末颗粒呈等轴状，平均颗粒粒径为0. 2 0. 3 μ m， 且具有优良的抗拉强度和延伸率。本专利技术通过机械合金化制粉法制备Mo-W-Cu合金烧结粉末，可以在粉末中引入严重的晶格畸变、高密度缺陷和纳米级精细结构，使粉末体系的热力学和动力学特征与常规的固相反应不同，具有偏离平衡态的属性，显示出极大的烧结活性，因而可以在较低的温度下实现致密烧结，烧结后制备得到的Mo-W-Cu合金相对密度可达98%以上，同时，本专利技术通过热挤压形变强化工艺实施，可以进一步提高Mo-W-Cu合金致密度和拉伸强度，而塑性不会明显降低。因此，与现有技术相比，本专利技术机械合金化法制粉、等静压成型、液相烧结和热挤压变形加工是一种制备Mo-W-Cu合金的有效方法，它具有烧结温度低，晶粒细，组织结构理想，材料致密度高的优点，可以保证Mo-W-Cu合金实现全致密，能够满足高性能发动机一些重要结构零部件的使用要求。附图说明图1是本专利技术Mo-W-Cu高能球磨25小时的透射电镜图。具体实施例方式实施例1，包括以下步骤1)原料混粉按照以下质量分数钼粉75%、钨粉10%、铜粉15%取粒度为4 6 μ m的钼粉，粒度为6 8 μ m的钨粉和粒度小于62 μ m的铜粉于不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上混粉30分钟，制得原料粉；2)机械制粉向步骤(1)的不锈钢球磨罐中加入不锈钢球和原料粉重量2%的乙醇，然后在氩气气体保护下球磨原料粉20小时，制得复合粉末，其中球料比不锈钢球与原料粉的比为10 1，填充系数不锈钢球磨罐的填充系数为0. 4，行星球磨机公转速度(ωκ)为270r/min，行星球磨机自转速度(ω r)为^Or/min ；3)压型将复合粉末放入橡胶包套中，于190MI^压力下保压10分钟，冷等静压压制成压型坯体；4)烧结将压型坯体放入氢气烧结炉中，以200°C /h的速度升温至1300°C，保温1 小时，然后随炉冷却至室温，出炉制得Mo-W-Cu液相烧结体；5)热挤压将液相烧结体加热至950°C，进行热挤压变形加工，变形率为30%，热挤压后在640°C进行消除应力退火，退火保温时间为1小时，保温后随炉冷却至200°C，出炉冷却至室温，制成。通过测试，本实施例制备的Mo-W-Cu合金具体性能如下抗拉强度(室温)(σb) :543MPa ；抗拉强度(8000C) (ob) :334MPa ；延伸率(室温)(δ):0.61 %。实施例2，是包括以下步骤1)原料混粉按照以下质量分数钼粉78%、钨粉12%、铜粉10%取粒度为4 6 μ m的钼粉，粒度为6 8 μ m的钨粉和粒度小于62 μ m的铜粉于不锈钢球磨罐中，在行星球磨机上混粉35分钟，制得原料粉；2)机械制粉向步骤(1)的不锈钢球磨罐中加入不锈钢球和原料粉重量3%的乙醇，然后在氩气气体保护下球磨原料粉25小时，制得复合粉末，其中球料比不锈钢球与原料粉的比为15 1，填充系数不锈钢球磨罐的填充系数为0. 4，行星球磨机公转速度(ωκ)为^Or/min，行星球磨机自转速度(ω r)为洸5r/min ；3)压型将复合粉末放入橡胶包套中，于200MPa压力下保压15分钟，冷等静压压制成压型坯体；4)烧结将压型坯体放入氢气烧结炉中，以230°C /h的速度升温至1350°C，保温 1. 3小时，然后随炉冷却至室温，出炉制得Mo-W-Cu液相烧结体；5)热挤压将液相烧结体加热至980°C，进行热挤压变形加工，变形率为35%，热挤压后在650°C进行消除应力退火，退火保温时间为1. 3小时，保温后随炉冷却至200°C，出炉冷却至室温，制成。通过测试，本实施例制备的Mo-W-Cu合金具体性能如下抗拉强度(室温)(σb) :556M本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｍｏ－Ｗ－Ｃｕ合金的制备方法，其特征是包括以下步骤：１）原料混粉：按照以下质量分数钼粉７５～８０％、钨粉１０～１５％、铜粉５～１５％取钼粉、钨粉和铜粉于球磨罐中，在球磨机上混粉３０～４０分钟，制得原料粉；２）机械制粉：向步骤（１）的球磨罐中加入不锈钢球和原料粉重量２～４％的乙醇，然后在氩气气体保护下球磨２０～３０小时，制得复合粉末；３）压型：将复合粉末放入橡胶包套中，于１９０～２２０ＭＰａ压力下保压１０～２０分钟，冷等静压压制成压型坯体；４）烧结：将压型坯体放入烧结炉中，以２００～２５０℃／ｈ的速度升温至１３００～１４００℃，保温１～１．５小时，然后随炉冷却至室温，出炉制得Ｍｏ－Ｗ－Ｃｕ液相烧结体；５）热挤压：将Ｍｏ－Ｗ－Ｃｕ液相烧结体加热至９５０～１０００℃，进行热挤压变形加工，变形率为３０～４０％，热挤压后在６４０～６６０℃进行消除应力退火，退火保温时间为１～１．５小时，保温后随炉冷却至２００℃，出炉冷却至室温，制成Ｍｏ－Ｗ－Ｃｕ合金。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡保全，牛晋川，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：14