[發(fā)明專利]一種鉬摻雜的超細鎢銅合金的冷凍干燥制備方法

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• 申請日: 2021-09-03
• 公開（公告）號: CN113714506A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 馬宗青;扈偉強;劉永長
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;C22C1/04;C22C27/04;B22F1/00;B22F3/04;B22F3/10;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

本發(fā)明提供了一種鉬摻雜的超細鎢銅合金的冷凍干燥制備方法，包括以下步驟：將可溶性的銅鹽、鎢酸銨鹽、鉬酸銨鹽與表面活性劑一同加入去離子水中并超聲處理，制備成溶液或者懸濁液；噴霧或直接倒入到液氮中進行預凍，收集預凍后的溶液或者懸濁液，放入冷凍干燥機中，進行去離子水的升華，得到前驅體粉末；將上述前驅體粉末進行兩步煅燒，然后在還原性氣氛中兩步還原得到鎢鉬銅復合粉末；將得到的鎢鉬銅復合粉末進行預成型，燒結，得到超細的鎢鉬銅合金。本發(fā)明采用新穎的冷凍干燥法制備了超細的鎢鉬銅粉末，與傳統(tǒng)的機械合金化等方法相比，凍干的超細鎢鉬銅粉末燒結活性高，因此相比文獻燒結溫度更低，保溫時間更短，更節(jié)約能源。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料制備技術領域，特別涉及一種鉬摻雜的超細鎢銅合金的冷凍干燥制備方法。

背景技術

鎢銅合金具備鎢與銅的共同優(yōu)異性能，具有較強的機械物理性能、良好的耐電弧侵蝕性能、良好的導電導熱性能和較強的微波吸收能力等，被廣泛應用于電接觸材料、熱沉材料、電火花加工材料、耐電弧電極材料、重型電氣接觸材料、高密度集成電路中的散熱器材料等領域。然而鎢銅合金是由體心立方結構的鎢顆粒與面心立方結構的銅結合而成的復合材料，被稱為假合金，并且鎢、銅兩種元素不但相互不固溶，又不能生成金屬間化合物，而且鎢合金較大的晶粒尺寸也導致鎢銅合金力學性能較差。這些都導致合金的結構和性能不能適應高技術應用的鎢銅合金的要求，限制了其應用。

目前大多數學者在鎢銅合金中添加Zn，Ag等合金元素，或者第二相顆粒來提高力學性能，然而Zn、Ag等合金元素會和銅形成固溶體，第二相顆粒也會分布在銅基體中。因為單質銅的導熱性和導電性最佳，形成固溶體或者摻雜第二相都將犧牲鎢銅合金的導熱性和導電性。因此，在少犧牲甚至不犧牲鎢銅合金導熱性和導電性的前提下，從鎢的角度細化W晶粒進而提高合金力學性能的研究顯得尤為重要。本發(fā)明嘗試了添加Mo元素來細化W晶粒，Mo同樣與Cu為假合金，互不固溶，但W和Mo會形成固溶體。目前，關于鎢鉬銅合金的研究較少，也并未有人研究Mo的添加對鎢銅合金的影響。文獻匯總如下：一種以大電流電阻燒結制備鎢鉬銅復合材料的方法(CN107937748A)，鎢晶粒尺寸大于1μm；一種以放電等離子燒結制備鎢鉬銅復合材料的方法(CN 107326241 B)，鎢晶粒尺寸大于1μm；一種以微波燒結制備鎢鉬銅復合材料的方法(CN 109207762A)，鎢晶粒尺寸大于1μm；一種鎢鉬銅復合材料的制備方法(CN 103194629 A)，鎢晶粒尺寸大于5μm。上述專利都是通過鎢鉬銅商業(yè)粉末直接混合或者球磨，通過不同的燒結方案獲得晶粒粗大的鎢鉬銅合金。其中W晶粒尺寸均在微米以上，其力學性能遠遠低于W納米晶的力學性能，粗大的鎢晶粒仍有巨大的優(yōu)化空間。

另外，鎢鉬銅合金的制備工藝也值得探索，新發(fā)展的冷凍干燥法提供了具有超高燒結活性的超細鎢鉬銅粉末提供了思路。冷凍干燥的基本原理是通過對物料內水分的低溫凍結，然后抽真空使冰晶直接轉化為氣態(tài)升華，從而使得物料脫水后形成固體顆粒。即利用冷凍干燥法，將冷凍后的溶液在高真空條件下將冰轉變?yōu)檎羝ィ苯游龀黾{米晶粒和納米顆粒。該方法主要優(yōu)點是由于在低溫下進行，干燥后的物料保持原來的化學組分和物理性質，制得的粉末晶粒小數十倍且粒度分布極窄，并能有效避免其它元素的引入，也不需要再另行蒸發(fā)液體或者物理分離處理。冷凍干燥也曾用來制備碳化鎢、純鎢、ODS鎢的粉末，但是這些粉末制得的合金主要用作更關注力學性能的結構材料。相比這些粉末，鎢鉬銅的成分有很大的區(qū)別，而且燒結合金組織結構也有較大不同。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對現有技術中存在的技術問題，提供一種鉬摻雜的超細鎢銅合金的冷凍干燥制備方法，采用新穎的冷凍干燥法制備了超細的鎢鉬銅粉末，與傳統(tǒng)的機械合金化等方法相比，凍干的超細鎢鉬銅粉末燒結活性高，因此相比文獻燒結溫度更低，保溫時間更短，更節(jié)約能源。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種鉬摻雜的超細鎢銅合金的冷凍干燥制備方法，包括以下步驟：

S1：將可溶性的銅鹽、鎢酸銨鹽、鉬酸銨鹽與表面活性劑一同加入去離子水中并超聲處理，制備成溶液或者懸濁液；