[發明專利]一種高強高導的超細晶鎢銅復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202111323368.8
• 申請日: 2021-11-09
• 公開（公告）號: CN114086013B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 宋曉艷;韓鐵龍;侯超;黃新濤;趙治;唐法威
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F1/17;C23C18/40;B22F3/105
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種高強高導的超細晶鎢銅復合材料及制備方法，屬于粉末冶金技術和難熔金屬材料領域。以硫酸銅、聯吡啶、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA?2Na)、氫氧化鈉、乙醇為原料配制成化學鍍液；將超細晶鎢粉放入鍍液中，水浴加熱到指定溫度，加入甲醛施鍍，同時維持pH穩定，獲得的復合粉末，在氫氣氛圍下還原，裝入模具中利用放電等離子燒結設備進行高溫短時燒結即可得到鎢銅復合材料塊體。超細粉磨銅包覆結構的實現以及超細晶結構的保持共同保證了本發明制備的鎢銅復合材料兼具較高的力學性能和導電性能。

技術領域

本發明涉及一種超細晶鎢銅復合材料的制備方法，具體是化學鍍工藝制備銅包覆的超細晶鎢銅復合粉進而燒結制備超細晶塊體材料的方法，屬于粉末冶金技術和難熔金屬材料領域。

背景技術

鎢銅復合材料綜合了難熔金屬鎢和有色金屬銅的優點，具有高硬度、高強度、低的熱膨脹系數、良好的耐磨性能以及導電導熱性能等，因而在航空航天、電子電工、核工業以及武器裝備等領域有著廣泛的應用。傳統的鎢銅復合材料多以熔融浸滲法或液相燒結法制備，這兩種方法均需要對材料在高溫下進行長時間的保溫，因此獲得的組織結構較為粗大，從而導致鎢銅復合材料較低的力學性能。而隨著科技的快速發展，鎢銅復合材料的服役環境愈發嚴峻，這對其性能提出了更高的要求。

據相關研究報道，鎢銅復合材料的性能受其結構和成分的共同影響。在成分調控方面，通過合金元素(如鐵、鈷、鎳、鋅、鋯、銀等)和第二相(金屬碳化物、金屬氮化物和金屬氧化物等)的摻雜可以提高其燒結活性，并一定程度上提高其硬度和強度，但是同時也會導致其導電導熱性能發生嚴重惡化，從而不利于其在某些領域的應用。在結構調控方面，已有研究表明鎢銅復合材料的強度、硬度一般隨晶粒尺寸的細化而不斷提高，但是塑性和導電導熱性能也逐漸下降。因此，納米晶(晶粒尺寸小于100納米)鎢銅復合材料有著最高的硬度與強度，但是導電導熱性能較差，同時表現為脆性斷裂。而超細晶的硬度要稍低于納米晶，但是超細晶(晶粒尺寸100至500納米)的傳導性能以及塑性要優于納米晶，因此有著更加優秀的綜合性能。此外，銅的連通性對鎢銅復合材料的傳導性能有較大影響，利用銅包覆的鎢粉燒結制備的鎢銅復合材料由于具有更高的銅連通性而表現出優秀的傳導特性，但是由于制備得到的鎢銅復合材料結構較粗，其力學性能一般。因此，如何通過合理的結構和成分設計制備出綜合性能優異的鎢銅復合材料是該領域的研究熱點和技術挑戰。

目前，超細晶鎢銅復合材料的制備方法主要有機械球磨法和化學合成法?；瘜W合成法即以鎢和銅的鹽類為原料，通過造粉、還原、燒結等工藝制備鎢銅復合材料，該方法只能獲得均勻結構的復合材料，銅的連通度較低。機械球磨法就是利用粗鎢粉和銅粉進行球磨混合，該方法同樣只能得到連通度較低的均勻結構復合材料，且操作復雜、效率較低。同時，機械球磨法制備的鎢銅復合材料中鎢相尺寸較大，難以實現鎢晶粒的均勻分散。據文獻調研，已有研究利用化學鍍和電鍍工藝對微米級鎢粉進行包覆制備銅包鎢復合粉末，隨后利用液相燒結等方法制備鎢銅復合材料。但由于超細鎢粉易團聚等原因，目前尚無利用鍍覆工藝對超細鎢粉進行包覆的報道。如何高效地制備高銅連通度的超細晶鎢銅復合材料也是一個難點。

基于以上背景，本發明利用一種改進的化學鍍覆工藝實現了具有銅包覆結構的超細晶鎢銅復合粉的制備，同時結合放電等離子燒結工藝制備了成分可調可控、組織宏觀均勻、綜合性能優異的超細晶鎢銅復合材料塊體。

發明內容

本發明是針對高性能鎢銅復合材料的高效制備問題，提出了一種成分可控、高強高導的超細晶鎢銅復合材料制備方法。