[发明专利]粉末烧结熔渗法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺

说明书

技术领域

 本发明涉及一种互不固溶金属层状复合材料的制备，特别是一种基于粉末烧结熔渗方法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺。

背景技术

层状复合材料在工业领域有着广泛的应用。目前层状金属复合材料的制备方法主要有涂饰法和包覆法，另外还有一些方法包括机械热化学法、氧化物共还原法、溶胶-凝胶法等。但是这些制备方法基本上都是基于相互固溶的合金体系，利用加热促使原子之间发生扩散形成界面层制备出层状金属基复合材料，而互不固溶金属之间的生成热为正值，很难发生扩散实现合金化，上述方法不适用。

目前，制备互不固溶金属层状复合材料的方法主要为采用金属中间层方法。该方法选择与两种待复合的金属均固溶的金属作为中间层，然后施加压力和温度使中间层与两种待复合的金属发生相互扩散最终实现复合。例如，通过添加镍层，然后在800℃高温下施加一定压力实现钼、铜两种材料的连接。显然，该方法改变了整个复合材料的成分，有可能带来一些不需要的附加性能如铁磁性。

近年来，出现了一种称之为“辐照损伤合金化”的方法，该方法可实现两种互不固溶金属直接复合，已经用于制备钼/银层状复合材料。该方法首先是在钼金属表面进行离子注入辐照损伤，然后进行无氰电镀银，再通过氩气保护下的退火实现钼、银两种金属的直接层状复合（CN201110008862.5）。该方法事先要对金属表面进行辐照损伤，工艺较为繁杂。

粉末冶金技术也是一种制备互不固溶金属复合材料的方法，这种方法以互不固溶金属金属粉末如钨和银作为原料，经过成形和烧结，其中银熔融冷却后形成骨架，钨分布在骨架内。这种方法所获复合材料并没有在金属界面上发生扩散形成冶金结合，也无法制备出层次结构明显的层状复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种粉末烧结熔渗法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺。将两种互不固溶金属粉末按照特定的比例进行球磨，使两种粉末的颗粒在纳米级别进行均匀混合，然后利用模具进行压膜，将压好的粉膜在保护气氛下进行烧结，精确选择烧结温度使其为小于且接近于互不固溶金属中低熔点金属一方的熔点，烧结结束可获得具有“三明治”结构的层状复合材料。所获复合材料材料的基体层为两种金属的烧结体，表层为低熔点金属层，外观平整，强度较高。本发明所获层状复合材料结构为银表面层/钼-银烧结基体/银表面层，最大拉伸强度为58.3MPa。本发明生产工艺简单，较容易实现高效生产。

本发明提供的一种粉末烧结熔渗法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺包括的步骤：先将两种互不固溶金属粉末按比例进行球磨处理，使两种粉末的颗粒在纳米级别进行均匀混合，然后压制粉膜，将粉膜在接近两种金属中低熔点金属一方的熔点的烧结温度进行保护气氛烧结，最后制备出了金属层状复合材料，该复合材料的结构为低熔点金属表层/两种金属均匀混合的烧结基体/低熔点金属表层。

本发明提供的一种银表面层/钼-银烧结体/银表面层的层状复合材料的工艺包括的步骤：

1）将300目的纯Mo粉和300目的纯Ag粉按照质量比1：1进行称量、混合，得到混合粉体；

2）将混合粉体和玛瑙球放入球磨罐，玛瑙球与粉体的质量比为15:1，对球磨罐反复进行抽真空和充氩气5                                               6次，直到球磨罐中为纯氩气氛；

3）将球磨罐装到球磨机上，球磨罐对称装24个，启动球磨机球磨1012个小时；球磨应使两种金属粉末实现在纳米级别上的混合。

4）球磨好的混合粉体倒进压膜的模具中，放入压膜机，在15MPa的压力下压制510min成粉膜；

5）将粉膜放入氩气炉，在850℃950℃保温35小时进行烧结，随炉冷却，即可获得层状复合材料。

球磨工艺采用全方位行星式球磨机进行，转速为360R/min，正转运行50min，停10min，然后再反转运行50min，再停10min，如此重复。

烧结温度为950，接近且低于钼银互不固溶金属中低熔点金属一方即银的熔点。

所获层状复合材料拉伸强度为58.3MPa。 

本发明进行以下测试:

1)    纯钼粉与纯银粉的颗粒形貌的SEM观察；

2)    纯钼粉和纯银粉混合球磨后形貌的SEM观察；

3)    银/钼-银烧结体/银层状复合材料横截面形貌的SEM观察；

4)    银/钼-银烧结体/银层状复合材料表层形貌的SEM观察以及能谱分析；