一种超细晶纯钼金属材料的活化烧结制备方法与流程

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本发明属于钼金属材料技术领域，具体涉及一种超细晶纯钼金属材料的活化烧结制备方法。


背景技术：

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钼金属是一种常用的高温材料，具有高熔点，高强度，高蠕变和耐腐蚀，低热膨胀系数以及出色的导热性和电子传导性等优点，在航空航天、电子电器、机械加工、军事、冶金等领域都有着非常广泛的应用。随着经济和工业的高速发展，钼金属材料在高新技术武器装备、尖端科学技术和核能源发展等方面的应用进一步拓展，对其力学性能提出了更高的要求。
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通常钼金属材料的烧结温度在1900℃左右，由于钼金属粉末对烧结温度十分敏感，在烧结过程中遇到高温会迅速长大，因此传统方法所制备的钼金属材料的晶粒度较大(50μm以上)，导致较大的脆性，限制屈服强度和抗拉强度的提高；同时，较高的烧结温度也会消耗更多能源。


技术实现要素：

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本发明的目的是提供一种超细晶纯钼金属材料的活化烧结制备方法，该方法可有效降低钼金属材料烧结温度并达到较高致密度，从而获得超细晶组织。
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本发明这种超细晶纯钼金属材料的活化烧结制备方法，包括以下步骤：
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1)球磨钼粉的制备：取适量钼粉，按一定球料比放入球磨罐，进行高能球磨活化，得到球磨后钼粉；
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2)坯料的制备：将步骤1)中球磨后的粉末按照需求进行压制，得到坯料；
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3)纯钼烧结制品的制备：将步骤2)中的坯料放入烧结炉中；在氢气氛围下按照设定的参数进行烧结成型，得到纯钼金属。
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所述步骤1)中，钼粉为工业级钼粉，费式粒度为2～6μm；球磨工艺为保护性气体下的干磨：球磨公转转速为300～600r/min；球料比为(10～30):1；球磨总时间为12～96h；球磨时通入惰性气体作为保护；球磨完毕后，应等到球磨罐冷却至室温，方可取出其中粉末。
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优选的，所述的惰性气氛为氩气气氛，球磨公转转速为350r/min，球料比为10:1，球磨总时间为24h。
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所述步骤2)中，压制压力为200～400mpa，压制方式为单向压制或冷等静压，保压时间为60～120s。
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优选的，所述的压制压力为300mpa，压制方式为单向压制或冷等静压，保压时间为120s。
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所述步骤3)中，在全程氢气气氛下进行烧结处理，烧结温度为1300～1600℃；低于1000℃时，升温速率为8～12℃/min，1000℃～烧结温度，升温速率为4～6℃/min；保温时间为2～6h，氢气流量为0.8～2.0l/min。
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优选的，所述的烧结温度为1400℃，烧结过程中，低于1000℃时，升温速率为10℃/min，1000～1400℃，升温速率为5℃/min；保温时间为2h，氢气流量为0.8l/min。
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根据上述的方法制备得到金属钼烧结坯。
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本发明的原理：本发明首先通过高能球磨制得钼粉末，细化钼粉颗粒，降低烧结活化能，使得在烧结时，能够以较低的烧结温度达到较高致密度，并保证较细的粒度。
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本发明的有益效果：
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1)本发明采用高能球磨法活化钼粉，能够有效减少钼粉的团聚，使钼粉颗粒粒度均匀减小，并降低烧结活化能；球磨工艺也相对简单，能够规模化应用。
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2)本发明采用的是氢气氛烧结，设备要求不高，同时烧结温度为1400℃，与传统1900℃左右相比，能够有效节约能源；更为重要的是，低温烧结能实现钼烧结坯的超细晶粒，从而获得较高的力学性能。
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3)采用本发明所述的方法在1400℃烧结所得钼坯致密度达到95％以上，晶粒大小相对均匀，约5～6μm，硬度大幅提高至438.3hv，远高于未球磨工业钼粉的烧结坯(100hv)。
附图说明
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图1实施例1中原始的工业钼粉扫描电镜图；
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图2实施例1中制备的350r/min球磨后的钼粉扫描电镜图；
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图3实施例1中制备的钼合金烧结坯扫描电镜图；
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图4对比例3在1800℃下制备的钼合金烧结坯的扫描电镜图。
具体实施方式
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实施例1
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称取工业钼粉100g，其形貌见图1，其平均粒径为3μm，放入球磨罐中，球料比为10:1,球磨公转转速为350r/min；球磨的总时间为24h，每球磨1h停机8～10min；球磨时通入氩气作为保护气体，球磨后形貌见图2，对比图1和图2，可以看出，球磨后的钼粉分散性更好，粒径也明显降低了。
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将球磨后钼粉粉末在手套箱中、氩气气氛下取出，装入准备好的模具中，以300mpa的压制压力进行单向压制，保压时间为120s，得到坯料。
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将压制后坯料放入氢气烧结炉中，保证氢气烧结氛围，检查纯度并点火，升降温速度：室温～1000℃，10℃/min，1000～1400℃，5℃/min，降温时，当温度下降到700℃后可自然随炉冷却降温；烧结温度为1400℃，保温时间为2h，氢气流量为0.8l/min，当温度降至80℃以下时，取出样品。得到钼金属烧结坯，其致密度达到95％，硬度高达438.3hv。
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对比例1
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烧结原料为未加工的工业钼粉，其他所有制备过程中工艺参数与实施例1基本一致，烧结的温度为1400℃。由表1中数据可以看到，对比例2样品其致密度仅85.54％，硬度不到90hv，与实施例1相比差距巨大。
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对比例2
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仅改变球磨转速为100r/min，其他所有制备过程中工艺参数与实施例1基本一致，烧结温度为1400℃。由表1中数据可以看到，对比例1样品其致密度及硬度较实例1大幅下
降，说明只有球磨转速达到较高数值时，才能在较低的烧结温度下得到高致密度和高硬度的钼烧结坯。
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表1不同条件制备钼金属性能对比
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材料样品相对致密度/％硬度/hv实施例195.37438.3对比例185.5487.2对比例291.39149.9
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对比例3
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烧结原料为未加工的工业钼粉，其他所有制备过程中工艺参数与实施例1基本一致，烧结的温度为1800℃。其微观形貌如图4所示。
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由图3和图4的对比可以看出，实施例1中的样品晶粒大小约10μm左右，而对比样品的晶粒大小在50μm左右，说明本低温烧结方法能有效控制钼烧结坯的晶粒。
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实施例2
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称取工业钼粉100g，其形貌见图1，平均粒径为3μm，放入球磨罐中，球料比为20:1,球磨公转转速为450r/min；球磨的总时间为36h，每球磨1h停机8～10min；球磨时通入氩气作为保护气体，得到球磨后的钼粉。
[0040]
将球磨后钼粉粉末在手套箱中、氩气气氛下取出，装入准备好的模具中，以200mpa的压制压力进行单向压制，保压时间为80s，得到坯料。
[0041]
将压制后坯料放入氢气烧结炉中，保证氢气烧结氛围，检查纯度并点火，升降温速度：室温～1000℃，12℃/min，1000～1300℃，4℃/min，降温时，当温度下降到700℃后可自然随炉冷却降温；烧结温度为1300℃，保温时间为6h，氢气流量为1.5l/min，当温度降至80℃以下时，取出样品。得到钼金属烧结坯，其致密度达到95.1％；硬度高达422hv。
[0042]
实施例3
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称取工业钼粉100g，其形貌见图1，请平均粒径为3μm，放入球磨罐中，球料比为25:1,球磨公转转速为550r/min；球磨的总时间为12h，每球磨1h停机8～10min；球磨时通入氩气作为保护气体，得到球磨后的钼粉。
[0044]
将球磨后钼粉粉末在手套箱中、氩气气氛下取出，装入准备好的模具中，以400mpa的压制压力进行单向压制，保压时间为60s，得到坯料。
[0045]
将压制后坯料放入氢气烧结炉中，保证氢气烧结氛围，检查纯度并点火，升降温速度：室温～1000℃，12℃/min，1000～1500℃，6℃/min，降温时，当温度下降到700℃后可自然随炉冷却降温；烧结温度为1500℃，保温时间为3.5h，氢气流量为2.0l/min，当温度降至80℃以下时，取出样品。得到钼金属烧结坯，其致密度达到96.3％；硬度高达445hv。