一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明属于颗粒增强铝基复合材料制备技术领域，特别涉及一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法。
【背景技术】
[0002]铝基复合材料具有比强度高，弹性模量高，成分可调，密度低等优点，在航空、航天、汽车和电子等领域有着广泛的应用。金属钨具有高熔点，高硬度，化学性质稳定等优点，钨颗粒增强铝基复合材料具备耐高温、高强度和高耐磨性等优点，是一种极具潜力和实用价值的新型结构功能一体化材料。
[0003]铝和钨的熔点和密度差别较大(钨熔点3422 °C，密度19.35g/cm3,铝的熔点660°C，沸点2467°C，密度2.7g/cm3)，而常规的金属基复合材料制备方法，如搅拌铸造法和熔铸法并不适用于基体和增强相密度差别较大的材料，无法获得均匀分布、组织致密的钨颗粒增强铝基复合材料。
[0004]专利CN 104878342 A和CN 102703768 A分别提出采用雾化沉积和累积叠乳焊的方法制备钨颗粒增强铝基复合材料，但是需要专业的设备，生产成本较高，制备的复合材料力学性能也不高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术不足，本发明提供了一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法。
[0006]一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法，所述钨颗粒增强铝基复合材料中钨颗粒的质量含量为30%?88%，其余为铝基体，其工艺过程包括以下步骤:
[0007](1)将钨粉加入双锥混料机中，磨球与钨粉重量比为1:1，以乙醇为混料介质，混料8?12h，再在100?120°C下真空干燥8?12h得到预处理钨粉；
[0008](2)按照质量比为30?88%预处理钨粉、12?70%铝粉混合配料，加入双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1:1，在惰性气体保护下将粉料混合10?24h，得到复合粉体；
[0009](3)将复合粉体装入预先制好的铝包套中，经过人工振实或机械振实后，对铝包套进行脱气处理，脱气温度400°C，真空度低于1X 10 3Pa后，将铝包套封口，脱气总时间不低于 10h ；
[0010](4)采用热等静压烧结的方法，在温度为500?550°C，压力为100?200MPa的条件下保温2?4h后，随炉冷却实现复合材料的成型，其中热等静压过程的升温速率不高于10 °C /min ；
[0011](5)机加工除去表面铝包套，即得钨颗粒增强铝基复合材料。
[0012]所述钨粉纯度大于99 %，颗粒粒径为4?12 μ m ;所述铝粉纯度大于99 %，颗粒粒径为4?8 μπι。
[0013]步骤(1)中乙醇的加入量与钨粉的重量比为0.5:1。
[0014]步骤(2)中所述惰性气体为氩气。
[0015]本发明的有益效果为:本发明利用粉末冶金法制备了钨颗粒增强铝基复合材料，通过对钨粉的表面预处理，使钨粉由团聚的链状变成单分散的颗粒状，提高了钨粉在复合材料内部的分散性和烧结活性，得到的复合材料致密度大于99.5%，室温抗拉强度大于250MPa，复合材料的力学性能显著提高，并且可以实现高体积分数(体积分数可达到50% )钨颗粒增强铝基复合材料的制备，是一种轻质高强度复合材料，具有致密度高、增强相分布均匀、力学性能好以及使用温度高等优点，具有较大的应用潜力。本发明制备工艺路线简单，制备周期短，生产成本低，可实现大规模的工业应用生产。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1中钨颗粒增强铝基复合材料截面扫描电镜显微组织照片。
[0017]图2为实施例1中钨颗粒增强铝基复合材料断口扫描电镜显微组织照片。
[0018]图3为实施例1中钨颗粒增强铝基复合材料X射线衍射图谱。
[0019]图4为实施例4中钨颗粒增强铝基复合材料扫描电镜显微组织照片。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0021]实施例1:
[0022]钨颗粒增强铝基复合材料按照质量百分比为88%的钨和12%的铝基体组成，其制备方法是按下述步骤进行的:
[0023](1)称取钨粉880g，不锈钢磨球与钨粉质量比为1:1，乙醇440g为混料介质，使用双锥混料机混料10h，再真空干燥10h后得到预处理钨粉；
[0024](2)预处理钨粉880g与铝粉120g混合，使用双锥混料机在氩气保护的条件下混合10h，其中不锈钢磨球与粉料的质量比为1:1 ;
[0025](3)粉料混合均匀后装在预先制好的铝包套中，经过人工振实或机械振实后，在400°C，真空度低于1X10 3Pa的条件下将铝包套封口，其中除气抽真空的时间不小于10h ;
[0026](4)以10°C /min的速率升温至550°C，在压力为200MPa的热等静压条件下保温2h，随炉冷却至室温实现复合材料的成型，使用车床车掉表面铝包套即得到钨颗粒增强铝基复合材料。
[0027]得到的钨颗粒增强铝基复合材料致密度为99.9 %，复合材料的截面显微组织参见图1，断口截面参见图2，可见复合材料晶粒尺寸细小，组织致密，增强相分布均匀，无明显孔洞和团聚；X射线衍射分析参见图3，可见复合材料只含有钨、铝两相，没有发生界面反应，室温抗拉强度为315MPa，基体晶粒尺寸小于10 μ m。
[0028]实施例2:
[0029]与实施例1的不同点在于:钨粉质量由880g变为800g，铝粉由120g变为200g，混料时间由24小时变为10小时。
[0030]得到的钨颗粒增强铝基复合材料致密度为99.8%，晶粒尺寸细小，室温抗拉强度为250MPa，断裂延伸率6 %，基体晶粒尺寸小于7 μ m。
[0031]实施例3:
[0032]与实施例1的不同点在于:热等静压温度由550°C变为500°C。
[0033]得到的钨颗粒增强铝基复合材料致密度为99.6%，组织致密，无孔洞和团聚，室温抗拉强度265MPa，晶粒尺寸小于7 μπι。
[0034]实施例4:
[0035]与实施例3的不同点在于:钨粉的质量由880g变为300g，铝粉由120g变为700g。
[0036]得到的钨颗粒增强铝基复合材料致密度为99.9%，显微组织参见图4，可以看到增强相在基体中分布均匀，室温抗拉强度为280MPa。
[0037]实施例5:
[0038]与实施例1不同点在于:热等静压压力由200MPa变为lOOMPa。
[0039]得到的钨颗粒增强铝基复合材料致密度为99.7 %，室温抗拉强度为280MPa。
【主权项】
1.一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将钨粉加入双锥混料机中，磨球与钨粉重量比为1:1，以乙醇为混料介质，混料8?12h，再在100?120°C下真空干燥8?12h得到预处理钨粉； (2)按照质量比为30?88%预处理钨粉、12?70%铝粉混合配料，加入双锥混料机中，磨球与粉料重量比为1:1，在惰性气体保护下将粉料混合10?24h，得到复合粉体； (3)将复合粉体装入预先制好的铝包套中，经过人工振实或机械振实后，对铝包套进行脱气处理，脱气温度400°C，真空度低于1 X 10 3Pa后，将铝包套封口，脱气总时间不低于10h ； (4)采用热等静压烧结的方法，在温度为500?550°C，压力为100?200MPa的条件下保温2?4h后，随炉冷却实现复合材料的成型，其中热等静压过程的升温速率不高于10 °C /min ； (5)机加工除去表面铝包套，即得钨颗粒增强铝基复合材料。2.权利要求1所述一种钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述钨粉纯度大于99%，颗粒粒径为4?12 μ m ;所述招粉纯度大于99%，颗粒粒径为4?8 μ m。3.权利要求1所述一种钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中乙醇的加入量与钨粉的重量比为0.5:1。4.权利要求1所述一种钨颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述惰性气体为氩气。
【专利摘要】本发明特别涉及一种粉末冶金法制备钨颗粒增强铝基复合材料的工艺方法。该工艺方法过程包括：钨粉经过乙醇湿磨分散处理，真空干燥后与一定比例铝粉混合；经过除气、热等静压烧结以及机加工等工序，即可制得钨颗粒增强铝基复合材料。本发明通过对钨粉的表面预处理，使钨粉由团聚的链状变成单分散的颗粒状，提高了钨粉在复合材料内部的分散性和烧结活性，复合材料具有增强相分布均匀、致密度高、力学性能好等优点，采用粉末冶金的制备方法，工艺路线简单，制备周期短，成本低，可实现大规模的工业应用生产。
【IPC分类】C22C27/04, C22C21/00, C22C1/04
【公开号】CN105401001
【申请号】CN201510780175
【发明人】王健, 杨剑, 马书旺, 梁秋实, 刘坤, 杨志民
【申请人】北京有色金属研究总院
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月13日