弥散强化铂铑与铂复合材料及其制备方法与流程

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种弥散强化铂铑与铂复合材料及其制备方法。即通过把弥散强化铂铑与铂进行复合得到一种新型材料。

背景技术：

铂金及铂铑合金被广泛用于玻璃工业。弥散强化铂材料是以金属铂为基体，以金属锆、钇、钍、铍等氧化物为弥散强化相的新型结构材料，具有良好的高温强度、抗氧化性以及耐熔融玻璃侵蚀性。然而，现有方法制备得到的弥散强化铂或弥散强化铂与铂的复合材料的煅接性无法满足工艺需求，从而无法在铂金器皿的关键部分煅接一层弥散材料以对整个铂金制品器皿结构进行加强，或者在内部煅接一层弥散强化铂金材料来提高铂金器皿的抗腐蚀性。

技术实现要素：

针对现有弥散强化铂材料或弥散强化铂与铂的复合材料难以对铂金器皿进行煅接强化的问题，本发明提供了一种弥散强化铂铑与铂复合材料及其制备方法。该方法制备得到的复合材料具有可煅接性，能与铂材料、铂铑合金材料、弥散铂材料以及弥散铂铑材料进行煅接，同时具有良好的高温强度、抗氧化性、耐蚀等性能。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法。该制备方法包括以下步骤：

1、制备弥散强化铂铑粉末

1.1、配料：按重量百分比计0.01～0.06％弥散剂、1～30％铑、其余为铂材料进行配料；

1.2、感应熔炼：将铑、铂材料在感应熔炼炉中进行熔炼，控制熔炼温度为1800～2100℃、频率为3～100khz，并进行除气作业，然后在铸模中浇铸成铂铑铸锭；

1.3真空熔炼：将弥散剂、铂铑铸锭在真空度＜10pa、温度1800～2100℃、频率8～100khz条件下充分熔炼，得液态合金；

1.4、浇铸：将1.3所得液态合金在惰性气体下浇铸成型，浇铸温度为1800～2100℃；

1.5、制粉：将1.4浇铸成型所得物质制成粉末；

2、制备铂粉末

2.1、感应熔炼：将铂材料在频率3～100khz、温度1750～2000℃的条件下进行感应熔炼，得液态铂；

2.2、浇铸：将2.1所得液态铂浇铸成型，浇铸温度为1800～2100℃；

2.3、制粉：将2.2浇铸成型所得物质制成粉末；

3、制备弥散强化铂铑与铂复合材料

3.1、复合：将1.5与2.3所得粉末重叠平铺于烧结用模具中；

3.2、烧结：将3.1铺好的粉末在1100～1500℃下烧结；

3.3、退火氧化：将3.2所得物质在1200～1450℃下进行退火处理；

3.4、热压：将3.3所得物质在600～1300℃、压力4～100mpa下压制；

3.5、定型热锻：将3.4所得物质在1200～1450℃下进行退火处理15～60分钟，然后在200～400kg空气锤上从上下两个面进行锻打，始锻温度1200～1450℃，终锻温度900～1200℃，锻打至厚度为3.4热压后的50～80％；

3.6、无定型热锻：将3.5所得物质在1200～1450℃下进行退火处理15～60分钟，然后在200～400kg空气锤上从六个面进行锻打，始锻温度1200～1450℃，终锻温度900～1200℃，锻打至厚度为3.2烧结所得物质厚度的40％以下；

3.7、表面处理：将3.6所得物质表面的赃物、杂质去除干净；

3.8、轧制：将3.7所得物质进行轧制，在距离目标厚度0.3～0.8mm时，在1200～1450℃下热处理15～60分钟，热处理结束后，再轧制到目标厚度。

具体的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.1中，所述弥散剂为锆、钇、钙、镧或钛中的至少一种；或者锆、钇、钙、镧或钛与铂形成的合金。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.1中，所述铂材料纯度为99.9％以上。所述铂材料为海绵态、片材、板材或熔锭。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.2、1.3或2.1中，所述熔炼时间为1～2小时。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.4中，所述惰性气体为氩气，压力在0.02～0.08mpa。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.4或2.2中，所述浇铸成型为浇铸成棒状，直径为30～50mm。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤1.5或2.3中，所述粉末的粒度为＜500μm。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤3.1中，所述铂粉占铂粉与弥散强化铂铑粉总重量的5～95％。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤3.1中，所述烧结用模具为长方体或其它形状模具。所述烧结用模具由石墨或其它不与铂反应的材料制成。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤3.2中，所述烧结在真空度＜10pa下进行；或者惰性气体保护下进行，保护气体压力为10～300pa。所述惰性气体为氩气。

具体的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的方法步骤3.2中，所述烧结时间为1～5小时。优选3～4小时。

具体的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的方法步骤3.3中，所述退火处理时间为1～24小时。优选6～12小时。

具体的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的方法步骤3.4中，所述压制时间为1～2小时。

优选的，上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法步骤3.8中，所述距离目标厚度为0.5mm。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供由上述弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法制备得到的弥散强化铂铑与铂复合材料。

本发明方法通过特殊工艺将原料铂进行精炼后制粉，又将弥散强化铂材料制粉，两者复合后通过特定的工艺步骤和条件制备得到的弥散强化铂铑与铂复合材料具有能与铂、铂铑合金、弥散强化铂及弥散强化铂铑材料进行可靠热锻的性能；同时还具有弥散强化铂材料的强度、韧性、耐中毒性，低挥发性。本发明所得复合材料产品能够通过热锻方式对铂金器皿的关键部分进行加强，特别是对弥散材料制作的器皿进行加强，起到节约非关键部分铂金的使用量。在1mm厚铂金通道上锻接一块0.3mm厚锻接料，可延长铂金通道此部分的寿命50～100％。

附图说明

图1烧结时所使用的长方体模具①底板x1②侧板x4

图2复合材料内部组织结构；上部为铂材料的组织结构，下部为弥散强化铂材料的组织结构，两者在微观状态下结合在一起

具体实施方式

由于现有弥散强化铂铑材料具有良好的高温强度、抗氧化性以及耐熔融玻璃侵蚀性，为了提高器皿的使用性能，想要在器皿的表面或关键部位煅接一层弥散强化材料，然而现有弥散强化材料或其复合材料均不具有煅接性，无法与器皿煅接。

为了使弥散强化铂铑材料具有煅接性，本发明人经过大量试验发现，可对弥散强化铂铑材料进行改性，使其通过特殊的工艺与铂材料复合，从而能够制备得到具有煅接性的复合材料。

具体的，弥散强化铂铑与铂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1、制备弥散强化铂铑粉末

1.1、配料：按重量百分比计0.01～0.06％弥散剂、1～30％铑、其余为铂材料进行配料；

1.2、感应熔炼：将铑、铂材料在感应熔炼炉中进行熔炼，控制熔炼温度为1800～2100℃、频率为3～100khz，并进行除气作业，然后在铸模中浇铸成铂铑铸锭；

1.3真空熔炼：将弥散剂、铂铑铸锭在真空度＜10pa、温度1800～2100℃、频率8～100khz条件下充分熔炼，得液态合金；

1.4、浇铸：将1.3所得液态合金在惰性气体下浇铸成型，浇铸温度为1800～2100℃；

1.5、制粉：将1.4浇铸成型所得物质制成粉末；

2、制备铂粉末

2.1、感应熔炼：将铂材料在频率3～100khz、温度1750～2000℃的条件下进行感应熔炼，得液态铂；

2.2、浇铸：将2.1所得液态铂浇铸成型，浇铸温度为1800～2100℃；

2.3、制粉：将2.2浇铸成型所得物质制成粉末；

3、制备弥散强化铂铑与铂复合材料

3.1、复合：将1.5与2.3所得粉末平铺于烧结用模具中，其中一种平铺于模具上，另一种平铺于前一种上；

3.2、烧结：将3.1铺好的粉末在1100～1500℃下烧结；

3.3、退火氧化：将3.2所得物质在1200～1450℃下进行退火处理；

3.4、热压：将3.3所得物质在600～1300℃、压力4～100mpa下压制；

3.5、定型热锻：将3.4所得物质在1200～1450℃下进行退火处理15～60分钟，然后在200～400kg空气锤上从上下两个面进行锻打，始锻温度1200～1450℃，终锻温度900～1200℃，锻打至厚度为3.4热压后的50～80％；

3.6、无定型热锻：将3.5所得物质在1200～1450℃下进行退火处理15～60分钟，然后在200～400kg空气锤上从六个面进行锻打，始锻温度1200～1450℃，终锻温度900～1200℃，锻打至厚度为3.2烧结所得物质厚度的40％以下；

3.7、表面处理：将3.6所得物质表面的赃物、杂质去除干净；

3.8、轧制：将3.7所得物质进行轧制，在距离目标厚度0.3～0.8mm时，在1200～1450℃下热处理15～60分钟，热处理结束后，再轧制到目标厚度。

本发明方法1.1中，所述弥散剂为锆、钇、钙、镧或钛中的至少一种；或者锆、钇、钙、镧或钛与铂形成的合金。

本发明方法1.1中，所述铂材料纯度为99.9％以上。所述铂材料为海绵态、片材、板材或熔锭。

本发明方法1.2、1.3或2.1中，所述熔炼时间为1～2小时。

本发明方法1.4中，所述惰性气体为氩气，压力为0.02～0.08mpa。

本发明方法1.4或2.2中，所述浇铸成型为浇铸成棒状，直径为30～50mm。

本发明方法1.5或2.3中，所述粉末的粒度为＜500μm。

本发明方法3.1中，所述烧结用模具为长方体或其它形状模具。所述烧结用模具由石墨或其它不与铂反应的材料制成。

本发明方法3.2中，所述烧结在真空度＜10pa下进行；或者惰性气体保护下进行，保护气体压力为10～300pa。所述惰性气体为氩气。

本发明方法3.8中，所述距离目标厚度为0.5mm。

本发明方法1.5或2.3中，所述制粉采用常规方法进行制粉，不同工艺有不同的参数，制粉可以采用多种方式，本发明方法中粉末的关键在于粒度大小，只需要保证粉末的粒度在500μm以下即可，但是粒度越小越好。

本发明方法步骤2中，需对铂材料进行精炼再制粉，否则制粉得到的产品性能不能满足后续使用要求。

本发明方法3.1中，一般控制铂粉占总重量的5～95％。铂粉越多复合材料延伸率越好，但高温强度、抗氧化性、抗腐蚀性会降低；弥散强化铂则相反。所以，可根据对复合材料性能的要求在上述范围内合理地设计两者的添加量。铂粉与弥散强化铂粉可以为1︰1，也可以高达95︰5。

本发明方法3.1中，根据模具的不同填充厚度不同，一般填充平铺厚度为80～200mm，成品锭厚度一般为10～40mm。

本发明方法3.2中，烧结时间无特殊限定，当烧结时间过长，则会浪费时间和能耗，对产品性能无特别影响。为了兼顾性能和能耗，控制烧结时间为1～5小时。优选3～4小时。

本发明方法3.3中，退火时间无特殊限定，当退火时间过长，则会浪费时间和能耗，对产品性能无特别影响。为了兼顾性能和能耗，所述退火处理时间为1～24小时。优选6～12小时。

本发明方法3.4中，所述压制时间为1～2小时。

本发明方法步骤3中，3.1只是简单地将两种粉末平铺重叠；3.2通过烧结的方式使其粘结在一起，厚度变化不明显；3.3通过退火处理使内部组织变化，厚度变化不明显；3.4通过热压方式使其上下面相对上一步更为致密，但是还不够致密，此时厚度变化较大；3.5通过定型热锻的方式使其在上下两个面更为致密，其它面较上一步致密，此时由于3.4热压是从上下两个面进行热压，则上下两个面相对更为致密，如果3.5分别从六个面都进行锻打，则会造成产品性能不好，所以需从上下两个面进行锻打，从上下两个面进行锻打的同时会促使其它面较上一步致密；3.6通过无定型热锻的方法从六个面进行锻打至厚度为3.2烧结所得物质厚度的40％以下时，材料密度已满足要求；3.7由于前述步骤可能会造成带入一些杂质，从而去除杂质；3.8将密度已达要求的材料轧制到所要求的尺寸，轧制过程产品密度基本无变化，为了保证质量，轧制到距离目标厚度0.3～0.8mm还需进行热处理，然后再轧制到目标厚度。通过上述步骤，从而得到了具有煅接性的复合材料，其他性能可根据需求进行调节。

实施例1

本实施例中为铂粉与弥散强化铂铑粉两者的比例为1︰1，实际生产中，两者的比例可根据需求高达95︰5。

1、配料：弥散强化铂铑粉：弥散剂0.06％，铑10％，余量为纯度在99.9％以上的铂锭；铂粉：纯度在99.9％以上的铂铸锭；

2、感应熔炼：将铂锭与铑放在感应熔炼炉中进行熔炼，温度为2000℃，频率为30khz，熔炼时间为2小时，并进行除气作业，在铸模中浇铸成铂铑铸锭；将铂铸锭通过感应熔炼炉进行熔炼，频率可选在30khz，熔炼温度在2000℃，熔炼时间在2小时，得到铂的液态金属；

3、真空熔炼：真空熔炼炉中将弥散剂、铂铑铸锭放入真空熔炼炉中进行熔炼，真空度5pa，温度为1900℃，时间为2小时，得到充分混合均匀的液态合金；

4、浇铸成棒料：将2得到的铂液态金属及3得到的液态合金分别浇铸到准备好的铸模中铸成棒状材料，棒料直径在30mm之间，浇铸温度为1900℃；

5、制粉：将4浇铸成型的弥散强化铂铑棒料，经过制粉设备，制备成弥散强化铂铑粉末，粉末粒度500μm，待用；随后将铂棒也经过制粉设备，制备成铂粉末，粉末粒度500μm，待用；

6、粉末堆叠：将5得到的粉末按照1︰1的比例堆积于烧结用的模具内成型；首先将6kg铂粉全部堆积在长方体模具内部，待全部填完后，用平铲将表面抹平，随后将6kg弥散强化铂铑粉再堆积在长方体模具内部，待全部填充完毕后，整个长方体的厚度为130mm，待用；

7、烧结：将6准备好的粉末型料在烧结炉进行烧结，真空度5pa，烧结温度为1400℃，时间为5小时；

8、退火氧化处理：将7得到的产品在1450℃温度下，进行退火处理，处理时间在12小时之间；

9、热压：将8得到的产品，放置于热压机中，温度在600℃，压力在100mpa，进行压制，压制时间在2小时；

10、定型热锻：将9得到的产品在1450℃下进行退火处理60分钟，然后再400kg空气锤上进行锻打，只能从上下两个面进行锻打，始锻温度1450℃，锻打次数2次，终锻温度1100℃，锻打2次，随后重复这一步骤3次，直至产品致密并成锭状；

11、无定型热锻：将10热锻后得到的产品，在1450℃下进行退火处理45分钟，然后再2400kg空气锤上进行锻打，此时需要锻打锭子的六个面，使其在各个方向上都致密；始锻温度1450℃，锻打次数2次，终锻温度1100℃，锻打2次。重复这一步骤，使锭子的厚度(上下面间的距离)为烧结后的40％；

12、表面处理：通过铣、刨、磨等机械手段将11得到的产品的上下两面进行处理，将两面上的赃物、杂质等去除干净；

13、轧制：将12得到得的产品在轧机上进行轧制，在轧制到1.0mm时，需要进行1400℃的热处理，热处理时间为60分钟，热处理完成后，再轧制到目标板材的厚度0.5mm。

将本实施例得到的成品取样，取样规格如下：长100mm、宽10mm、厚0.5mm，并在温度为1400℃时做抗拉实验。在同等应力作用下，复合型弥散强化铂铑的高温延伸率是普通弥散强化铂铑的3倍，是普通铂铑的1倍，高温寿命是普通铂的2.5倍。且本发明复合材料具有良好的煅接性能，可与弥散强化铂铑合金进行锻接，在1.0mm厚的弥散强化铂铑制备的器皿折弯处进行锻接，可延长此处的寿命3个月。

实施例2

本实施例中为铂粉与弥散强化铂铑粉两者的比例为1︰4，实际生产中，两者的比例可根据需求高达95︰5。

1、配料：弥散强化铂铑粉：弥散剂0.03％，铑10％，余量为纯度在99.9％以上的铂锭；铂粉：纯度在99.9％以上的铂铸锭；

2、感应熔炼：将铂锭与铑放在感应熔炼炉中进行熔炼，温度为1950℃，频率为60khz，熔炼时间为1小时，并进行除气作业，在铸模中浇铸成铂铑铸锭。将铂铸锭通过感应熔炼炉进行熔炼，频率可选在30khz，熔炼温度在1950℃，熔炼时间在1小时，得到铂的液态金属；

3、真空熔炼：真空熔炼炉中将弥散剂、铂铑铸锭放入真空熔炼炉中进行熔炼，真空度5pa，温度为1950℃，时间为2小时，得到充分混合均匀的液态合金；

4、浇铸成棒料：将2得到的铂液态金属及3得到的液态合金分别浇铸到准备好的铸模中铸成棒状材料，棒料直径在30mm之间，浇铸温度为1900℃；

5、制粉：将4浇铸成型的弥散强化铂铑棒料，经过制粉设备，制备成弥散强化铂铑粉末，粉末粒度300μm，待用。随后将铂棒也经过制粉设备，制备成铂粉末，粉末粒度300μm，待用；

6、粉末堆叠：将5得到的粉末按照1：4的比例堆积于烧结用的模具内成型。首先将2kg铂粉全部堆积在长方体模具内部，带全部填完后，用平铲将表面抹平，随后将8kg弥散强化铂铑粉再堆积在长方体模具内部，带全部填充完毕后，整个长方体的厚度为110mm，待用；

7、烧结：将6准备好的粉末型料在烧结炉进行烧结，真空度5pa，烧结温度为1200℃，时间为4小时；

8、退火氧化处理：将7得到的产品在1450℃温度下，进行退火处理，处理时间在24小时之间；

9、热压：将8得到的产品，放置于热压机中，温度在800℃，压力在60mpa，进行压制，压制时间在1小时；

10、定型热锻：将9得到的产品在1450℃下进行退火处理30分钟，然后再300kg空气锤上进行锻打，只能从上下两个面进行锻打，始锻温度1450℃，锻打次数1次，终锻温度1000℃，锻打1次，随后重复这一步骤3次，直至产品致密并成锭状；

11、无定型热锻：将10热锻后得到的产品，在1200～1450℃下进行退火处理30分钟，然后再300kg空气锤上进行锻打，此时需要锻打锭子的六个面，使其在各个方向上都致密。始锻温度1450℃，锻打次数2次，终锻温度900℃，锻打2次。重复这一步骤，使锭子的厚度(上下面间的距离)为烧结后的30％；

12、表面处理：通过铣、刨、磨等机械手段将11得到的产品的上下两面进行处理，将两面上的赃物、杂质等去除干净；

13、轧制：将12得到的产品在轧机上进行轧制在轧制到0.8mm时，需要进行1400℃的热处理，热处理时间为60分钟，热处理完成后，再轧制到目标板材的厚度0.3mm。

将本实施例得到的成品取样，取样规格如下：长100mm、宽10mm、厚0.3mm，并在温度为1400℃时做抗拉实验。在同等应力作用下，复合型弥散强化铂铑的高温延伸率是普通弥散强化铂铑的1.5倍，是普通铂铑的0.8倍，高温寿命是普通铂铑合金的4倍。且本发明复合材料具有良好的煅接性能。可与弥散强化铂铑合金进行锻接，在1.0mm厚的弥散强化铂铑制备的器皿折弯处进行锻接，可延长此处的寿命5个月。