專利名稱：顆粒增強鉬基復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種顆粒增強鉬基復合材料，同時涉及一種該顆粒增強鉬基復合材料
的制備方法。
背景技術：
金屬鉬和鉬合金具有熔點高、高溫強度高、高溫蠕變速率低、導熱及導電性能好、 膨脹系數小、很好的抗熱震性能、抗磨損性能、耐熔鹽和液態輕金屬腐蝕等特性，在化學工 業、冶金工業及金屬壓力加工工業、航空航天工業和核能技術等領域獲得廣泛的應用，是現 代科技和工業領域中具有戰略意義的金屬材料。同時鉬金屬及其合金的高熔點、較高的硬 度、易氧化，導致熔煉及加工困難；低溫脆性、再結晶脆性、高溫抗氧化能力差和焊接性能差 等缺點，限制了鉬金屬及其合金作為結構材料的廣泛使用。目前的鉬合金主要為TZM合金 和稀土鉬合金，但隨著科技發展和社會進步，目前的鉬合金已不能滿足個行業和技術領域 的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種氧化鋁顆粒增強的鉬基復合材料，以提高鉬基復合材料 的高溫硬度和高溫耐磨性。 本發明另一 目的是提供一種該顆粒增強鉬基復合材料的制備方法。
為了實現以上目的，本發明鉬基復合材料所采用的技術方案是一種顆粒增強鉬 基復合材料，是由以下質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。 本發明的鉬基復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，調節混合溶液的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；再將干凝膠進行粉碎，在530 55(TC煅燒得到摻入氧化鋁顆粒的復合 粉末； 3)將得到的復合粉末在500 95(TC氫氣氣氛下還原7 11小時； 4)將還原的復合粉末在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16 18小時，制得顆粒增強鉬基復
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3 5小時，然后在850 95(TC氫氣氣氛下還原反應4 6小時。 所述的鉬基復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、耐熱性能好、強度和硬度高，是耐火氧化物中 化學性質最穩定、機械強度最高的一種。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，所有的晶型均變為穩定的a 41203，并且這個轉變過程是不可逆的。本發 明的鉬基復合材料是在鉬金屬基體中均勻分散有氧化鋁顆粒，結合Mo與A1203的性能特點 制備出的鉬基復合材料，具有較高的高溫耐磨性、高溫抗蠕變性能和再結晶溫度，同時還具 有其他鉬和鉬合金所具有導熱及導電性能好、膨脹系數小、抗熱震性能好和抗腐蝕性能等 優良的性能，提高了鉬基復合材料的實用性，以滿足相應行業和技術領域對鉬基復合材料 的較高需求。 本發明鉬基復合材料的制備方法中，采用了溶膠凝膠法制備復合粉末，并對制備 方法中的參數進行優化，使所得到的鉬基復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。 采用本發明的制備方法得到的鉬基復合材料，再結晶溫度達到145(TC左右，高溫 抗蠕變性能是MLa鉬合金的1 2倍，高溫強度和硬度是TZM鉬合金的1 2倍，高溫耐磨 性為TZM鉬合金的2 3倍。本發明制備工藝簡單、易于控制、增強顆粒細小、分布比較均 勻，在常規的粉末冶金生產鉬合金的工藝條件下即可制備出該復合材料，因此本發明具有 十分廣闊的應用前景。
具體實施方式
實施例1 本實施例的顆粒增強鉬基復合材料采用的原料及質量百分比為四鉬酸銨 45. 76 % ，擰檬酸45. 76 % ，硝酸鋁8. 48 % 。 本實施例的顆粒增強鉬基復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，用氨水調節混合溶液的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空氣環境下煅燒3小時得到摻入氧化鋁 顆粒復合粉末； 3)將復合粉末首先在52(TC氫氣氣氛下還原反應5小時，然后在85(TC氫氣氣氛下 還原反應6小時，得到復合鉬粉； 4)把得到的復合鉬粉在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17. 5小時，制得體積分數為10%的氧化鋁顆粒增強鉬基復合材料。鉬基復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合材料，再結晶溫度達到143(TC，高溫抗蠕變性 能是MLa鉬合金的1. 4倍，高溫強度和硬度是TZM鉬合金的1. 3倍，高溫耐磨性為TZM鉬合 金的2.2倍。
實施例2 本實施例的顆粒增強鉬基復合材料采用的原料及質量百分比為四鉬酸銨 48. 75 % ，擰檬酸48. 75 % ，硝酸鋁2. 50 % 。 本實施例的顆粒增強鉬基復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，用氨水調節混合溶液的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；將干凝膠進行粉碎，在54(TC空氣環境下煅燒4小時，得到摻入 氧化鋁顆粒復合粉末； 3)將復合粉末在54(TC氫氣氣氛下還原反應3小時，然后在90(TC氫氣氣氛下還原 反應4小時，得到復合鉬粉； 4)把得到的復合鉬粉在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16小時，制得體積分數為3%的氧化鋁顆粒 增強鉬基復合材料。鉬基復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合材料，再結晶溫度達到141(TC，高溫抗蠕變性 能是MLa鉬合金的1倍，高溫強度和硬度是TZM鉬合金的1倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的 2倍。 實施例3 本實施例的顆粒增強鉬基復合材料采用的原料及質量百分比為四四鉬酸銨 41.37%，擰檬酸41.37%，硝酸鋁17. 26%。 本實施例的顆粒增強鉬基復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，用氨水調節混合溶液的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；將干凝膠進行粉碎，在55(TC空氣環境下煅燒5小時得到摻入氧 化鋁顆粒復合粉末； 3)將復合粉末在53(TC氫氣氣氛下還原反應4小時，然后在95(TC氫氣氣氛下還原 反應5小時，得到復合鉬粉； 4)把得到的復合鉬粉在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17小時，制得體積分數為20%的氧化鋁顆粒 增強鉬基復合材料。鉬基復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合材料，再結晶溫度達到1455t:，高溫抗蠕變性能是MLa鉬合金的2倍，高溫強度和硬度是TZM鉬合金的2倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的2. 7倍。 實施例4 本實施例的顆粒增強鉬基復合材料采用的原料及質量百分比為四四鉬酸銨43. 58%，擰檬酸43. 58%，硝酸鋁12. 84%。 本實施例的顆粒增強鉬基復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，用氨水調節混合溶液的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；將干凝膠進行粉碎，在54(TC空氣環境下煅燒4. 5小時得到摻入氧化鋁顆粒復合粉末； 3)將復合粉末首先在54(TC氫氣氣氛下還原反應4. 5小時，然后在90(TC氫氣氣氛下還原反應5小時，得到復合鉬粉； 4)把得到的復合鉬粉在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18小時，制得體積分數為15%的氧化鋁顆粒增強鉬基復合材料。鉬基復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合材料，再結晶溫度達到143(TC，高溫抗蠕變性能是MLa鉬合金的1. 7倍，高溫強度和硬度是TZM鉬合金的1. 8倍，高溫耐磨性為TZM鉬合金的3倍。 本發明的實施例僅用以說明而非限定本發明的技術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，也可以通過本發明的制備方法實現本發明的發明目的；其中所采用的硝酸鋁也可以為醋酸鋁、草酸鋁或者磷酸鋁，均可以實現本發明的目的；以上這些修改和等同替換對于本領域技術人員是顯而易見的，其應涵蓋在本發明的所要求保護的范圍當中。
權利要求
一種顆粒增強鉬基復合材料，其特征在于是由以下質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. 根據權利要求1所述的顆粒增強鉬基復合材料，其特征在于所述鉬基復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. 根據權利要求2所述的顆粒增強鉬基復合材料，其特征在于所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
4. 根據權利要求2所述的顆粒增強鉬基復合材料，其特征在于所述鉬的粒度為1 3微米。
5. —種如權利要求1所述顆粒增強鉬基復合材料的制備方法，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，調節混合溶液的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；再將干凝膠進行粉碎，在530 55(TC煅燒得到摻入氧化鋁顆粒的復合粉末；3) 將得到的復合粉末在500 95(TC氫氣氣氛下還原7 11小時；4) 將還原的復合粉末在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16 18小時，制得顆粒增強鉬基復合材料。
6. 根據權利要求5所述鉬基復合材料的制備方法，其特征在于步驟2)所述煅燒時間為3 5小時。
7. 根據權利要求5所述鉬基復合材料的制備方法，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3 5小時，然后在850 95(TC氫氣氣氛下還原反應4 6小時。
8. 根據權利要求5或6或7所述鉬基復合材料的制備方法，其特征在于所述的鉬基復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. 根據權利要求8所述鉬基復合材料的制備方法，其特征在于所述氧化鋁的粒度為0. 3 0. 6微米。
10. 根據權利要求8所述鉬基復合材料的制備方法，其特征在于所述鉬的粒度為1 3微米。
全文摘要
本發明公開了一種顆粒增強鉬基復合材料，是由以下質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鉬基復合材料的制備方法。本發明的顆粒增強鉬基復合材料是在鉬金屬基體中均勻分散有氧化鋁顆粒，結合Mo與Al2O3的性能特點制備出的具有較高的高溫耐磨性、高溫抗蠕變性能和再結晶溫度的鉬基復合材料；而且本發明工藝簡單，在常規粉末冶金生產鉬合金的工藝下即可制備該復合材料，因此具有十分廣闊的應用前景和推廣價值。
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 優先權日2009年11月4日
發明者代寶珠, 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