一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法与流程

本发明涉及金属复合材料领域，尤其涉及一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法。

背景技术：

钨是一种稀有高熔点金属，其质地硬而脆，熔点非常高，广泛用于电器和电子设备等领域。单一成分的钨金属因成本较高，脆性大，使用受到限制。目前，业界常将钨与其他金属制备成镶嵌式复合金属材料，以降低其成本，改善单一钨金属脆性大的缺陷，但这种方法制备的复合金属材料的结合力差，经高温条件容易开裂，影响使用寿命。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，以提升制得的钨镍双金属复合材料的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，包括以下步骤：

s1、在压制模具的型腔内至下而上依次铺设第一金属钨粉层、第一碳纤维网、金属镍粉层、第二碳纤维网和第二金属钨粉层，得到钨镍双金属复合混料层，所述第一碳纤维网和第二碳纤维网的厚度均为1～3cm，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部；

s2、使用所述压制模具将所述钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯；

s3、将所述钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料。

本发明的有益效果在于：钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯后，第一金属钨粉层、金属镍粉层和第二金属钨粉层之间两两初步粘结，钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子以及第二金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子分别互相扩散，在第一金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第一钨镍扩散结合界面，在第二金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第二钨镍扩散结合界面，相较于传统的机械嵌合结构，提升了钨和镍之间的结合强度，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第一碳纤维网进一步紧密连接，第二金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第二碳纤维网进一步紧密连接，使钨镍界面的结合强度进一步大幅提升，以提升制得的钨镍双金属复合材料的使用寿命。

附图说明

图1所示为本发明的一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法的流程示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部。

请参照图1所示，本发明提供的一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，包括以下步骤：

s1、在压制模具的型腔内至下而上依次铺设第一金属钨粉层、第一碳纤维网、金属镍粉层、第二碳纤维网和第二金属钨粉层，得到钨镍双金属复合混料层，所述第一碳纤维网和第二碳纤维网的厚度均为1～3cm，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部；

s2、使用所述压制模具将所述钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯；

s3、将所述钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料。

从上述描述可知，钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯后，第一金属钨粉层、金属镍粉层和第二金属钨粉层之间两两初步粘结，钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子以及第二金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子分别互相扩散，在第一金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第一钨镍扩散结合界面，在第二金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第二钨镍扩散结合界面，相较于传统的机械嵌合结构，提升了钨和镍之间的结合强度，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第一碳纤维网进一步紧密连接，第二金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第二碳纤维网进一步紧密连接，使钨镍界面的结合强度进一步大幅提升，以提升制得的钨镍双金属复合材料的使用寿命。

进一步的，s1中第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面均沉积有金属铁层。

从上述描述可知，金属铁层中的铁原子将扩散进入钨相和镍相，分别在第一碳纤维网和第二碳纤维网的周围形成钨镍铁复合相，使钨镍复合界面的连接强度大幅提升。

进一步的，所述金属铁层的沉积包括以下步骤：

用酒精分别对第一碳纤维网和第二碳纤维网的表面进行清洗，之后分别将第一碳纤维网和第二碳纤维网放入物理气相沉积炉中对第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面进行1～3小时的铁沉积。

从上述描述可知，分别将第一碳纤维网和第二碳纤维网放入物理气相沉积炉中进行铁沉积，得到的金属铁层厚度均匀，使得到的钨镍铁复合相均匀分布于第一碳纤维网和第二碳纤维网的周围。

进一步的，s1中所述第一金属铜粉层、第二金属铜粉层和金属镍粉层中均混合有0.5wt％的聚硅酮。

从上述描述可知，加入0.5wt％的聚硅酮，能够提升钨镍双金属复合生坯的生坯强度。

进一步的，s3之后还包括：

s4、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理。

从上述描述可知，热压扩散处理使钨镍复合界面的钨相和镍相进一步扩散连接。

进一步的，s4包括：

s401、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；

s402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至1100～1250℃，并给热压模具加压至12～15mpa；

s403、将所述钨镍双金属复合材料在1100～1250℃下保温30～60分钟。

进一步的，s1中所述第一金属钨粉层和第二金属钨粉层中的金属钨粉均为碳化钨合金粉。

从上述描述可知，碳化钨合金粉能够进一步提升第一金属钨粉层和第二金属钨粉层烧结后的硬度。

进一步的，s1中所述金属镍粉层中金属镍粉为镍铬合金粉。

从上述描述可知，镍铬合金粉能够进一步提升金属镍粉层的韧性。

进一步的，s2中所述钨镍双金属复合生坯的压制压力为120～160mpa。

进一步的，s3包括：将所述钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下保温2～3小时，使钨镍双金属复合生坯烧结成钨镍双金属复合材料。

请参照图1所示，本发明的实施例一为：

一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，包括以下步骤：

s1、在压制模具的型腔内至下而上依次铺设第一金属钨粉层、第一碳纤维网、金属镍粉层、第二碳纤维网和第二金属钨粉层，得到钨镍双金属复合混料层，所述第一碳纤维网和第二碳纤维网的厚度均为3cm，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部；

其中，所述第一金属铜粉层、第二金属铜粉层和金属镍粉层中均混合有0.5wt％的聚硅酮；所述第一金属钨粉层和第二金属钨粉层中的金属钨粉均为碳化钨合金粉；所述金属镍粉层中金属镍粉为镍铬合金粉；第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面均沉积有金属铁层；

具体地，所述金属铁层的沉积包括以下步骤：

用酒精分别对第一碳纤维网和第二碳纤维网的表面进行清洗，之后分别将第一碳纤维网和第二碳纤维网放入物理气相沉积炉中对第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面进行1小时的铁沉积；

s2、使用所述压制模具将所述钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯；

其中，所述钨镍双金属复合生坯的压制压力为140mpa；

s3、将所述钨镍双金属复合生坯在1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料。

具体地，将所述钨镍双金属复合生坯在1750℃下保温2小时，使钨镍双金属复合生坯烧结成钨镍双金属复合材料

s4、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；

其中，s4包括：

s401、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；

s402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至1125℃，并给热压模具加压至15mpa；

s403、将所述钨镍双金属复合材料在1125℃下保温30分钟。

本发明的实施例二为：

一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，包括以下步骤：

s1、在压制模具的型腔内至下而上依次铺设第一金属钨粉层、第一碳纤维网、金属镍粉层、第二碳纤维网和第二金属钨粉层，得到钨镍双金属复合混料层，所述第一碳纤维网和第二碳纤维网的厚度均为2cm，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部；

其中，所述第一金属铜粉层、第二金属铜粉层和金属镍粉层中均混合有0.5wt％的聚硅酮；所述第一金属钨粉层和第二金属钨粉层中的金属钨粉均为碳化钨合金粉；所述金属镍粉层中金属镍粉为镍铬合金粉；第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面均沉积有金属铁层；

具体地，所述金属铁层的沉积包括以下步骤：

用酒精分别对第一碳纤维网和第二碳纤维网的表面进行清洗，之后分别将第一碳纤维网和第二碳纤维网放入物理气相沉积炉中对第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面进行3小时的铁沉积；

s2、使用所述压制模具将所述钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯；

其中，所述钨镍双金属复合生坯的压制压力为120mpa；

s3、将所述钨镍双金属复合生坯在1650℃下烧结成钨镍双金属复合材料。

具体地，将所述钨镍双金属复合生坯在1650℃下保温3小时，使钨镍双金属复合生坯烧结成钨镍双金属复合材料

s4、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；

其中，s4包括：

s401、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；

s402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至1100℃，并给热压模具加压至14mpa；

s403、将所述钨镍双金属复合材料在1100℃下保温60分钟。

本发明的实施例三为：

一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，包括以下步骤：

s1、在压制模具的型腔内至下而上依次铺设第一金属钨粉层、第一碳纤维网、金属镍粉层、第二碳纤维网和第二金属钨粉层，得到钨镍双金属复合混料层，所述第一碳纤维网和第二碳纤维网的厚度均为1cm，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部；

其中，所述第一金属铜粉层、第二金属铜粉层和金属镍粉层中均混合有0.5wt％的聚硅酮；所述第一金属钨粉层和第二金属钨粉层中的金属钨粉均为碳化钨合金粉；所述金属镍粉层中金属镍粉为镍铬合金粉；第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面均沉积有金属铁层；

具体地，所述金属铁层的沉积包括以下步骤：

用酒精分别对第一碳纤维网和第二碳纤维网的表面进行清洗，之后分别将第一碳纤维网和第二碳纤维网放入物理气相沉积炉中对第一碳纤维网的碳纤维表面和第二碳纤维网的碳纤维表面进行2小时的铁沉积；

s2、使用所述压制模具将所述钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯；

其中，所述钨镍双金属复合生坯的压制压力为160mpa；

s3、将所述钨镍双金属复合生坯在1550℃下烧结成钨镍双金属复合材料。

具体地，将所述钨镍双金属复合生坯在1550℃下保温2.5小时，使钨镍双金属复合生坯烧结成钨镍双金属复合材料

s4、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中进行热压扩散处理；

其中，s4包括：

s401、将烧结后的钨镍双金属复合材料置于热压模具中，之后将热压模具置于真空烧结炉内；

s402、对所述真空烧结炉进行抽真空处理，之后将真空烧结炉内的温度升高至1250℃，并给热压模具加压至12mpa；

s403、将所述钨镍双金属复合材料在1250℃下保温45分钟。

综上所述，本发明提供的一种用于制备钨镍双金属复合材料的方法，钨镍双金属复合混料层压制成钨镍双金属复合生坯后，第一金属钨粉层、金属镍粉层和第二金属钨粉层之间两两初步粘结，钨镍双金属复合生坯在1550～1750℃下烧结成钨镍双金属复合材料，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子以及第二金属钨粉层和金属镍粉层之间的镍钨原子分别互相扩散，在第一金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第一钨镍扩散结合界面，在第二金属钨粉层和金属镍粉层之间形成第二钨镍扩散结合界面，相较于传统的机械嵌合结构，提升了钨和镍之间的结合强度，第一碳纤维网的底部嵌入第一金属钨粉层的顶部，第一碳纤维网的顶部嵌入金属镍粉层的底部，第二碳纤维网的底部嵌入金属镍粉层的顶部，第二碳纤维网的顶部嵌入第二金属钨粉层的底部，第一金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第一碳纤维网进一步紧密连接，第二金属钨粉层和金属镍粉层之间通过第二碳纤维网进一步紧密连接，使钨镍界面的结合强度进一步大幅提升，以提升制得的钨镍双金属复合材料的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。