一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法

专利名称：：一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法
技术领域：
：本发明属于冶金
技术领域：
，涉及一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，具体涉及一种用于制备高导热、低膨胀的铜合金挤压模用复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备方法。
背景技术：
：烧结钼作为高温工程领域中应用的一种粉末冶金材料，具有熔点高、密度适中、导热性好、热膨胀系数低、抗腐蚀性优越等特性，除了用作可控硅基片、二氧化铀粉末、陶瓷、稀土类磁体的舟皿和垫板外，还可用作玻璃熔化的坩埚、流口和电极、高温炉的隔热屏、穿孔不锈钢管的顶头、火箭发射器的喷嘴、钢铁压铸模具及铜合金挤压工模具等。随着现代工业和科学技术的不断发展，烧结钼的应用领域也不断扩大，人们对其性能提出的要求在许多方面已经超出了已有的或传统用途中所需的性能要求，如挤压温度在120(TC左右的白铜管挤压时，普通的挤压工模具钢在此温度下很快就会软化变形，在模具钢中镶嵌陶瓷材料作为模芯，又存在着急冷急热条件下陶瓷材料易开裂、定径带塌陷的问题，采用烧结钼作为工模具，要求钼不仅具有良好的高温强度和低温韧性，而且还具有高的导热性、热稳定性和低的热膨胀系数，真正实现烧结钼材料的结构功能一体化。但目前烧结钼普遍存在着耐高温性能差且发脆、数量少质量低、品种也不齐全、加工成品率低、许多异型特殊产品奇缺以及成本很高等缺点。对于高性能钼材料，国内外先后研发出碳化物强化型钼合金(如TZM、Mo-0.5Ti、MHC禾卩ZHC)、固溶强化一碳化物强化型钼合金(如M25WHi、M25WH2和M25WZH3)、稀土氧化物强化型钼合金(掺入La203、Sm203、Nd203、Tb203等)、稀土氧化物一碳化物综合强化型钼合金和高温钼(掺入Si、Al、K等元素)，并且已成功地将TZM、ZHC、MHC等钼合金应用于挤压工模具行业，此类材料在IOO(TC以上的高温下仍具有较高的热强性。公开专利200610162008.3提供了一种强化钼合金的制备方法，涉及以TiC为强化相，用于铜及其合金、黑色金属压铸模具、镶块和挤压模具的钼合金，公开专利200610165737.4提供了一种制备钼镧合金的方法，涉及稀土改性的钼合金，欧洲专利EP080618A1提供了一种含有金属间化合物的钼合金的半成品和成品的制备方法，金属间化合物最好为硅化钼和硅硼化钼，也可以是硼化钼。上述专利均未涉及用于制备高导热、低膨胀的铜合金挤压模用复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备方法。
发明内容本发明的所要解决的技术问题是提供一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，所制备的材料与以往的烧结钼材料相比，在保持高导热性和低膨胀性的同时，其耐高温性能和低温韧性得到有效提高。一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于包括以下步骤1)钼粉的制备将纯度为99.8~99.9%的Mo02粉末在保护气氛条件下，于9501100"C进行还原得到钼粉；2)MoSi2粉末的制备将歩骤l)制备好的钼粉和硅粉按原子比例Mo:S—l:(22.1)进行充分混合，球磨，制备出MoSb粉末；3)La203/MoSi2复合纳米粉末的制备将质量比为l1:1.5的MoSi2和La2Cb粉末充分混合，球磨，制备出粒度为6080nm的La2Cb/MoSi2复合微粒；4)La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备将La2(VMoSi2复合纳米粉末加入到Mo粉中充分混合，La203/MoSi2复合纳米微粒为Mo的质量的0.2%2.0%;将所得混合粉末压制，得到01555mm的棒料；将棒料在18001卯(TC温度下烧结，制备出La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料。所述的步骤l)中的保护气为氢气，流量为2535dn^min—、所述歩骤2)中的硅粉纯度为99.8~99.9%，粒度048jxm。所述歩骤2)中的磨球过程为将混合粉末放入球磨罐中，球磨介质为不锈钢球，不锈钢球规格为O20mm和(D10mm，其比例为1:(2~2.5)，不锈钢球与粉末的重量比为(20~30):1;球磨前先将球磨罐抽真空，然后通入氩气，以保证球磨过程始终在氩气保护下进行，球磨罐用O型环密封；球磨在行星式球磨机中进行，转速为250400r/min，球磨时间为2030小时。所述步骤3)中的磨球过程为将混合粉末放入球磨罐中，球磨介质为不锈钢球，不锈钢球规格为(D20mm和(l)10mm，其比例为1:(2~2.5)，不锈钢球与粉末的重量比为(20~30):1，球磨在行星式球磨机中进行，球磨时间2535小时，转速为350400r/min。所述步骤4)中的压制过程为将混合粉末均匀装入橡皮模内，在冷等静压机上进行压制，压制压力为180300MPa，升压时间为2224min，保压时间为79min，降压时间为24min，得到01555mm的棒料。所述步骤4)中，整个烧结期间通以氢气进行保护，防止坯料被氧化。本发明所具有的有益效果有-本发明所涉及的La203/MosSi3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，是将稀土氧化物的低温韧化和三硅化五钼的高温强化有机结合，起到增韧补强的双重作用，可以有效地提高钼材料的耐高温性能和低温韧性。本发明所制备的材料与以往的烧结钼材料相比，在保持高导热性和低膨胀性的同时，其耐高温性能和低温韧性得到有效提高，其材料的综合性能数据见实施例26。克服了现有的烧结钼材料所具有的耐高温性能差且发脆、数量少质量低、加工成品率低、许多异型特殊产品奇缺、成本很高等缺点。具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一歩说明。实施例l:复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备方法，主要包括1)钼粉的制备将纯度为99.9%的Mo02粉末在氢气保护下，于950110(TC进行还原，还原时间为卯120min，氢气流量为30dm3'min—1。2)MoSi2粉末的制备将步骤l)制备好的钼粉和纯度为99.9%、粒度小于48pm的硅粉按原子比例Mo:S—l:2进行充分混合，然后将混合好的粉末放入不锈钢罐中进行球磨，球磨介质为不锈钢球，不锈钢球规格为020mm和(D10mm，其比例为l:2，不锈钢球与粉末的重量比为20:1。球磨前先将球磨罐抽真空，然后通入一定压力的氩气，以保证球磨过程始终在氩气保护下进行，球磨罐用O型环密封。球磨在行星式球磨机中进行，转速为390r/min，球磨24小时后，制各出MoSi2粉末。3)La203/MoSi2复合纳米粉末的制备将质量比为1:1的MoSi2和La203(分析纯)粉末充分混合，然后将混合好的粉末按步骤2)的条件放入行星式球磨机内球磨30小时，不锈钢球与粉末的重量比为20:1，转速为390r/min，制备出粒度为6080nrn的La203/MoSi2复合微粒。4)La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备将步骤3)制得的La203/MoSi2复合纳米粉末加入到Mo粉中，La203/MoSi2复合纳米微粒为Mo的质量的0.2%2.0%。用锥形混料机在常压下将混合粉末充分混合10小时。混合均匀后的粉末均匀装入橡皮模内，在冷等静压机上进行压制，压制压力为200MPa，升压时间为2224min，保压时间为79min，降压时间为24min,得到017mm的棒料。将压制好的棒料在中频炉中进行烧结，烧结温度为1840°C，保温58小时，制备出La203/M05Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，整个烧结期间通以氢气进行保护，防止坯料被氧化。实施例2按"实施例2"中所描述的歩骤l)制备出钼粉，将歩骤2)中的球料比定为20:1，转速定为390r/min，制备出MoSi2粉末，按歩骤3)制备出La203/MoSi2复合纳米微粒，将步骤4)中的La203/MoSi2复合纳米微粒定为Mo的质量的0.5%，保温7小时，制备出La203/M05Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，其综合性能数据如表1所示。表1本实施例材料性能数据室温抗弯强度1000。C时的抗拉强度室温断裂韧性KIC(MPa)(MPa)(N'mm-3/2)526271252实施例3按"实施例2"中所描述的步骤l)制备出钼粉，将歩骤2)中的球料比定为20:1，转速定为390r/min，制备出MoSi2粉末，按步骤3)制备出La203/MoSi2复合纳米微粒，将步骤4)中的La2(VMoSi2复合纳米微粒定为Mo的质量的0.5%，保温5小时，制备出La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，其综合性能数据如表2所示。表2本实施例材料性能数据<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例4按"实施例2"中所描述的歩骤l)制备出钼粉，将步骤2)中的球料比定为20:1,转速定为390r/mki，制备出MoSi2粉末，按步骤3)制备出La203/MoSi2复合纳米微粒，将步骤4)中的La203/MoSi2复合纳米微粒定为Mo的质量的1.0%，保温7小时，制备出La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，其综合性能数据如表3所示。表3本实施例材料性能数据<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例5按"实施例2"中所描述的歩骤l)制备出钼粉，将步骤2)中的球料比定为30:1，转速定为390r/min，制备出MoSi2粉末，按步骤3)制备出La203/MoSi2复合纳米微粒，将歩骤4)中的La203/MoSi2复合纳米微粒为Mo的质量的0.5%，保温7小时，制备出La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，其综合性能数据如表4所示。表4本实施例材料性能数据<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>实施例6按"
发明内容"中所描述的步骤l)制备出钼粉，将步骤2)中的球料比定为20:1，转速定为270r/min，制备出MoSi2粉末，按步骤3)制备出La203/MoSi2复合纳米微粒，将步骤4)中的La203/MoSi2复合纳米微粒定为Mo的质量的0.5%,保温7小时，制备出La203/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料，其综合性能数据如表5所示。表5本实施例材料性能数据<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1.一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于包括以下步骤1)钼粉的制备将纯度为99.8～99.9％的MoO2粉末在保护气氛条件下，于950～1100℃进行还原得到钼粉；2)MoSi2粉末的制备将步骤1)制备好的钼粉和硅粉按原子比例Mo∶Si＝1∶(2～2.1)进行充分混合，球磨，制备出MoSi2粉末；3)La2O3/MoSi2复合纳米粉末的制备将质量比为1～1∶1.5的MoSi2和La2O3粉末充分混合，球磨，制备出粒度为60～80nm的La2O3/MoSi2复合微粒；4)La2O3/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的制备将La2O3/MoSi2复合纳米粉末加入到Mo粉中充分混合，La2O3/MoSi2复合纳米微粒为Mo的质量的0.2％～2.0％；将所得混合粉末压制，得到Φ15～55mm的棒料；将棒料在1800～1900℃温度下烧结，制备出La2O3/Mo5Si3复合纳米微粒强韧化烧结钼材料。2.如权利要求1所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于所述的步骤l)中的保护气为氢气，流量为2535dm、Tiin—、3.如权利要求1所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于所述歩骤2)中的硅粉纯度为99.899.9%，粒度0~48pm。4.如权利要求1所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于所述步骤2)中的磨球过程为将混合粉末放入球磨罐中，球磨介质为不锈钢球，不锈钢球规格为①20mm禾POlOmm，其比例为1:(2~2.5)，不锈钢球与粉末的重量比为(20~30):1;球磨前先将球磨罐抽真空，然后通入氩气，以保证球磨过程始终在氩气保护下进行，球磨罐用O型环密封；球磨在行星式球磨机中进行，转速为250400r/min，球磨时间为2030小时。5.如权利要求1所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于所述步骤3)中的磨球过程为将混合粉末放入球磨罐中，球磨介质为不锈钢球，不锈钢球规格为①20mm禾Q(D10mm，其比例为1:(2~2.5)，不锈钢球与粉末的重量比为(2030):1，球磨在行星式球磨机中进行，球磨时间2535小时，转速为350~400r/min。6.如权利要求1所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于-所述步骤4)中的压制过程为将混合粉末均匀装入橡皮模内，在冷等静压机上进行压制，压制压力为180300旨a，升压时间为2224min，保压时间为79min，降压时间为24min，得到01555mm的棒料。7.如权利要求16任一项所述的制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法，其特征在于所述步骤4)中，整个烧结期间通以氢气进行保护，防止坯料被氧化。全文摘要本发明公开了一种制备复合纳米微粒强韧化烧结钼材料的方法。其特征在于该钼材料的强化和韧化相为La₂O₃/Mo₅Si₃复合纳米微粒，其中Mo₅Si₃以纳米MoSi₂的形式加入，利用高温下MoSi₂与Mo的原位反应生成Mo₅Si₃，而La₂O₃以La₂O₃纳米微粒的形式加入。本发明涉及的制备方法，是将稀土氧化物的低温韧化和三硅化五钼的高温强化有机结合，起到增韧补强的双重作用，可以有效地提高钼材料的耐高温性能和低温韧性。文档编号B22F3/12GK101353735SQ200810143139公开日2009年1月28日申请日期2008年9月4日优先权日2008年9月4日发明者吴壮志,孙院军,张理罡,兵徐,徐汉新,杨刘晓,王德志,程仕平申请人:中南大学