專利名稱：顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，同時涉及一種該顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料
的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬鉬和鉬合金具有熔點(diǎn)高、高溫強(qiáng)度高、高溫蠕變速率低、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能好、 膨脹系數(shù)小、很好的抗熱震性能、抗磨損性能、耐熔鹽和液態(tài)輕金屬腐蝕等特性，在化學(xué)工 業(yè)、冶金工業(yè)及金屬壓力加工工業(yè)、航空航天工業(yè)和核能技術(shù)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn) 代科技和工業(yè)領(lǐng)域中具有戰(zhàn)略意義的金屬材料。同時鉬金屬及其合金的高熔點(diǎn)、較高的硬 度、易氧化，導(dǎo)致熔煉及加工困難；低溫脆性、再結(jié)晶脆性、高溫抗氧化能力差和焊接性能差 等缺點(diǎn)，限制了鉬金屬及其合金作為結(jié)構(gòu)材料的廣泛使用。目前的鉬合金主要為TZM合金 和稀土鉬合金，但隨著科技發(fā)展和社會進(jìn)步，目前的鉬合金已不能滿足個行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域 的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氧化鋁顆粒增強(qiáng)的鉬基復(fù)合材料，以提高鉬基復(fù)合材料 的高溫硬度和高溫耐磨性。 本發(fā)明另一 目的是提供一種該顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明鉬基復(fù)合材料所采用的技術(shù)方案是一種顆粒增強(qiáng)鉬 基復(fù)合材料，是由以下質(zhì)量百分比的原料制成硝酸鋁2. 52 17. 26%，四鉬酸銨41. 37 48. 74% ，擰檬酸41. 37 48. 74% 。 所述鉬基復(fù)合材料由以下組分組成氧化鋁和鉬，其中氧化鋁的體積百分比為 3 20%。 所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
所述鉬的粒度為1 3微米。 本發(fā)明的鉬基復(fù)合材料的制備方法具體包括如下步驟 1)稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，將四鉬酸銨溶 液與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為1 2. 5， 靜置獲得溶膠； 2)將溶膠于80 85t:條件下加熱蒸干得到凝膠；然后將凝膠在110 12(TC真 空干燥得到干凝膠；再將干凝膠進(jìn)行粉碎，在530 55(TC煅燒得到摻入氧化鋁顆粒的復(fù)合 粉末； 3)將得到的復(fù)合粉末在500 95(TC氫氣氣氛下還原7 11小時； 4)將還原的復(fù)合粉末在180 220MPa壓力下冷等靜壓，制成坯料； 5)將坯料在1700 190(TC氫氣氣氛下燒結(jié)16 18小時，制得顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)
合材料。
步驟2)所述煅燒時間為3 5小時。 所述步驟3)為首先在520 54(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)3 5小時，然后在850 95(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)4 6小時。 所述的鉬基復(fù)合材料由以下體積百分比的組分組成氧化鋁3 20%，其余的為鉬。 所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
所述鉬的粒度為1 3微米。 氧化鋁晶體又稱剛玉，抗腐蝕性強(qiáng)、耐熱性能好、強(qiáng)度和硬度高，是耐火氧化物中 化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度最高的一種。低溫下氧化鋁存在著幾種不同的晶型，在加熱至溫 度超過160(TC時，所有的晶型均變?yōu)榉€(wěn)定的a 41203，并且這個轉(zhuǎn)變過程是不可逆的。本發(fā) 明的鉬基復(fù)合材料是在鉬金屬基體中均勻分散有氧化鋁顆粒，結(jié)合Mo與A1203的性能特點(diǎn) 制備出的鉬基復(fù)合材料，具有較高的高溫耐磨性、高溫抗蠕變性能和再結(jié)晶溫度，同時還具 有其他鉬和鉬合金所具有導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能好、膨脹系數(shù)小、抗熱震性能好和抗腐蝕性能等 優(yōu)良的性能，提高了鉬基復(fù)合材料的實(shí)用性，以滿足相應(yīng)行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域?qū)︺f基復(fù)合材料 的較高需求。 本發(fā)明鉬基復(fù)合材料的制備方法中，采用了溶膠凝膠法制備復(fù)合粉末，并對制備 方法中的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使所得到的鉬基復(fù)合材料中氧化鋁的顆粒度為0. 3 0. 6微米，同 時又保證了氧化鋁與鉬基的均勻混合。 采用本發(fā)明的制備方法得到的鉬基復(fù)合材料，再結(jié)晶溫度達(dá)到145(TC左右，高溫 抗蠕變性能是MLa鉬合金的1 2倍，高溫強(qiáng)度和硬度是TZM鉬合金的1 2倍，高溫耐磨 性為TZM鉬合金的2 3倍。本發(fā)明制備工藝簡單、易于控制、增強(qiáng)顆粒細(xì)小、分布比較均 勻，在常規(guī)的粉末冶金生產(chǎn)鉬合金的工藝條件下即可制備出該復(fù)合材料，因此本發(fā)明具有 十分廣闊的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料采用的原料及質(zhì)量百分比為四鉬酸銨 45. 76 % ，擰檬酸45. 76 % ，硝酸鋁8. 48 % 。 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟 1)稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，將四鉬酸銨溶
液與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為1，
然后靜置2小時，得到溶膠； 2)將溶膠于8(TC條件下采用水浴加熱蒸干，制得凝膠，然后將凝膠在115t:真空 干燥箱中烘干得到干凝膠；將干凝膠粉碎，在53(TC空氣環(huán)境下煅燒3小時得到摻入氧化鋁 顆粒復(fù)合粉末； 3)將復(fù)合粉末首先在52(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)5小時，然后在85(TC氫氣氣氛下 還原反應(yīng)6小時，得到復(fù)合鉬粉； 4)把得到的復(fù)合鉬粉在180MPa壓力下冷等靜壓制成坯料； 5)將坯料在185(TC氫氣氣氛下燒結(jié)17. 5小時，制得體積分?jǐn)?shù)為10%的氧化鋁顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料。鉬基復(fù)合材料中氧化鋁的粒度為0. 3 0. 5微米，鉬晶粒大小為2 3微米。 由上述制備方法所制得的鉬基復(fù)合材料，再結(jié)晶溫度達(dá)到143(TC，高溫抗蠕變性 能是MLa鉬合金的1. 4倍，高溫強(qiáng)度和硬度是TZM鉬合金的1. 3倍，高溫耐磨性為TZM鉬合 金的2.2倍。
實(shí)施例2 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料采用的原料及質(zhì)量百分比為四鉬酸銨 48. 75 % ，擰檬酸48. 75 % ，硝酸鋁2. 50 % 。 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟 1)稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，將四鉬酸銨
溶液與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為
1.5，然后靜置2小時，得到溶膠； 2)將溶膠于85t:條件下采用水浴加熱蒸干，制得凝膠，然后將凝膠在ll(TC真空 干燥箱中烘干得到干凝膠；將干凝膠進(jìn)行粉碎，在54(TC空氣環(huán)境下煅燒4小時，得到摻入 氧化鋁顆粒復(fù)合粉末； 3)將復(fù)合粉末在54(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)3小時，然后在90(TC氫氣氣氛下還原 反應(yīng)4小時，得到復(fù)合鉬粉； 4)把得到的復(fù)合鉬粉在220MPa壓力下冷等靜壓制成坯料； 5)將坯料在175(TC氫氣氣氛下燒結(jié)16小時，制得體積分?jǐn)?shù)為3%的氧化鋁顆粒 增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料。鉬基復(fù)合材料中氧化鋁的粒度為0. 3 0. 4微米，鉬晶粒大小為1 2微米。 由上述制備方法所制得的鉬基復(fù)合材料，再結(jié)晶溫度達(dá)到141(TC，高溫抗蠕變性 能是MLa鉬合金的1倍，高溫強(qiáng)度和硬度是TZM鉬合金的1倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的 2倍。 實(shí)施例3 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料采用的原料及質(zhì)量百分比為四四鉬酸銨 41.37%，擰檬酸41.37%，硝酸鋁17. 26%。 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟 1)稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，四鉬酸銨溶液
與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的PH值為2，然
后靜置2小時得到溶膠； 2)將溶膠于82t:條件下采用水浴加熱蒸干，制得凝膠，然后將凝膠在12(TC真空 干燥箱中烘干得到干凝膠；將干凝膠進(jìn)行粉碎，在55(TC空氣環(huán)境下煅燒5小時得到摻入氧 化鋁顆粒復(fù)合粉末； 3)將復(fù)合粉末在53(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)4小時，然后在95(TC氫氣氣氛下還原 反應(yīng)5小時，得到復(fù)合鉬粉； 4)把得到的復(fù)合鉬粉在180MPa壓力下冷等靜壓制成坯料； 5)將坯料在190(TC氫氣氣氛下燒結(jié)17小時，制得體積分?jǐn)?shù)為20%的氧化鋁顆粒 增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料。鉬基復(fù)合材料中氧化鋁的粒度為0. 4 0. 6微米，鉬晶粒大小為2 3微米。 由上述制備方法所制得的鉬基復(fù)合材料，再結(jié)晶溫度達(dá)到1455t:，高溫抗蠕變性能是MLa鉬合金的2倍，高溫強(qiáng)度和硬度是TZM鉬合金的2倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的2. 7倍。 實(shí)施例4 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料采用的原料及質(zhì)量百分比為四四鉬酸銨43. 58%，擰檬酸43. 58%，硝酸鋁12. 84%。 本實(shí)施例的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟 1)稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，將四鉬酸銨
溶液與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，用氨水調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為
2.5，然后靜置2小時，得到溶膠； 2)將溶膠于83t:條件下采用水浴加熱蒸干，制得凝膠，然后將凝膠在115t:真空干燥箱中烘干得到干凝膠；將干凝膠進(jìn)行粉碎，在54(TC空氣環(huán)境下煅燒4. 5小時得到摻入氧化鋁顆粒復(fù)合粉末； 3)將復(fù)合粉末首先在54(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)4. 5小時，然后在90(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)5小時，得到復(fù)合鉬粉； 4)把得到的復(fù)合鉬粉在200MPa壓力下冷等靜壓制成坯料； 5)將坯料在170(TC氫氣氣氛下燒結(jié)18小時，制得體積分?jǐn)?shù)為15%的氧化鋁顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料。鉬基復(fù)合材料中氧化鋁的粒度為0. 4 0. 5微米，鉬晶粒大小為2 3微米。 由上述制備方法所制得的鉬基復(fù)合材料，再結(jié)晶溫度達(dá)到143(TC，高溫抗蠕變性能是MLa鉬合金的1. 7倍，高溫強(qiáng)度和硬度是TZM鉬合金的1. 8倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的3倍。 本發(fā)明的實(shí)施例僅用以說明而非限定本發(fā)明的技術(shù)方案其中原料所采用的四鉬酸銨為二鉬酸銨、七鉬酸銨、八鉬酸銨等，也可以通過本發(fā)明的制備方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)明目的；其中所采用的硝酸鋁也可以為醋酸鋁、草酸鋁或者磷酸鋁，均可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；以上這些修改和等同替換對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，其應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的所要求保護(hù)的范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，其特征在于是由以下質(zhì)量百分比的原料制成硝酸鋁2.52～17.26％，四鉬酸銨41.37～48.74％，檸檬酸41.37～48.74％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，其特征在于所述鉬基復(fù)合材料由以下組分組成氧化鋁和鉬，其中氧化鋁的體積百分比為3 20%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，其特征在于所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，其特征在于所述鉬的粒度為1 3微米。
5. —種如權(quán)利要求1所述顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法具體包括如下步驟1) 稱取配方量的硝酸鋁、四鉬酸銨和檸檬酸，加水配成相應(yīng)的溶液，將四鉬酸銨溶液與檸檬酸溶液均勻混合，再加入硝酸鋁溶液均勻混合，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為1 2. 5，靜置獲得溶膠；2) 將溶膠于80 85t:條件下加熱蒸干得到凝膠；然后將凝膠在110 12(TC真空干燥得到干凝膠；再將干凝膠進(jìn)行粉碎，在530 55(TC煅燒得到摻入氧化鋁顆粒的復(fù)合粉末；3) 將得到的復(fù)合粉末在500 95(TC氫氣氣氛下還原7 11小時；4) 將還原的復(fù)合粉末在180 220MPa壓力下冷等靜壓，制成坯料；5) 將坯料在1700 190(TC氫氣氣氛下燒結(jié)16 18小時，制得顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟2)所述煅燒時間為3 5小時。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述步驟3)為首先在520 54(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)3 5小時，然后在850 95(TC氫氣氣氛下還原反應(yīng)4 6小時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的鉬基復(fù)合材料由以下體積百分比的組分組成氧化鋁3 20%，其余的為鉬。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述鉬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述鉬的粒度為1 3微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料，是由以下質(zhì)量百分比的原料制成硝酸鋁2.52～17.26％，四鉬酸銨41.37～48.74％，檸檬酸41.37～48.74％。同時還公開了一種顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的顆粒增強(qiáng)鉬基復(fù)合材料是在鉬金屬基體中均勻分散有氧化鋁顆粒，結(jié)合Mo與Al2O3的性能特點(diǎn)制備出的具有較高的高溫耐磨性、高溫抗蠕變性能和再結(jié)晶溫度的鉬基復(fù)合材料；而且本發(fā)明工藝簡單，在常規(guī)粉末冶金生產(chǎn)鉬合金的工藝下即可制備該復(fù)合材料，因此具有十分廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。
文檔編號C22C32/00GK101698919SQ20091030926
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者代寶珠, 吳文君, 張二召, 張國賞, 徐流杰, 李繼文, 馬向東, 魏世忠 申請人:河南科技大學(xué)