[发明专利]一种惰性多级结构钨铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钨铝复合材料技术领域，具体涉及一种惰性多级结构钨铝复合材料及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料是以金属和合金为基体，以金属或者非金属线、纤维、晶须或陶瓷颗粒状组合为增强相的非均质混合物，金属基复合材料具有连续和金属基体，具有高比强度、高比模量、较好的耐磨性、腐蚀性以及耐高温等优良性能。铝基复合材料以来源丰富，易加工，发展迅速。

铝基复合材料主要包括连续纤维增强的复合材料和不连续颗粒增强的复合材料，其中颗粒增强铝基复合材料与基体铝合金相比，耐热性提高，具有更高的弹性模量和更低的热膨胀系数，且耐磨损性能提高。

钨铝复合材料是一种以铝或者铝合金等为基体，以钨、碳化硼等为添加相的铝基复合材料。中国专利CN 1208488C公开的钨铝合金烧结体的制备方法，将粒径小于100nm的钨铝合金粉末再石墨磨具中，通入电流加温，烧结，得到高致密的钨铝合金，该制备方法简单有效。中国专利CN 100348762C公开的铝基钨酸锆颗粒复合材料的制备方法，将滤液快速渗透入预热的钨酸锆粉末与之坯颗粒间隙中，金快速冷却凝固得到全致密、钨酸锆体积分数高，基体金属与钨酸锆结合强度高的复合材料。金属钨具有熔点高、高温条件下强度优良、导热性好、热膨胀系数小、吸收射线能力强以及耐蚀性良好等优点，但是钨同时又具有加工困难和抗氧化性差等缺点，目前制备的钨铝复合材料中钨常以弥分散于铝基复合材料中，而且复合材料表面的耐磨性和耐腐蚀性较差，限制了钨铝复合材料的应用领域。因此有必要对钨铝复合材料的综合性能进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种惰性多级结构钨铝复合材料及其制备方法，将钨粉和铝粉混合球磨，再与铝粉混合，经铝制包套中振实，真空加热，热等静压烧结，除去表面铝制包套，得到多级结构钨铝复合材料，再经高频感应加热，得到惰性多级结构钨铝复合材料。本发明制备的惰性多级结构钨铝复合材料轻质高强，表面含有惰性保护层，耐腐蚀性和耐腐蚀性好。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种惰性多级结构钨铝复合材料，所述惰性多级结构钨铝复合材料包括多级结构钨铝复合材料和惰性保护层，所述惰性保护层为致密平整的钨铝金属化合物保护层，，所述惰性保护层为WAl₁₂或Wal₅，所述多级结构钨铝复合材料为多级钨颗粒增强铝基复合材料。

本发明还提供一种惰性多级结构钨铝复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钨粉和铝粉混合后进行球磨，得到铝包覆的钨颗粒团簇复合粉末；

(2)将步骤(1)制备的铝包覆的钨颗粒团簇复合粉末与铝粉混合，装在铝制包套中，振实，真空加热除气并封口，热等静压烧结，除去表面铝制包套，得到多级结构钨铝复合材料；

(3)将步骤(2)制备的多级结构钨铝复合材料置于高频感应加热炉中，抽真空或者通入惰性气体，进行感应加热，使其表面形成保护层，得到惰性多级结构钨铝复合材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，钨粉纯度大于99％，粒径为2-12μm，铝粉纯度大于99％，粒径为4-200μm，铝包覆的钨颗粒团簇复合粉末中钨粉的质量百分比为40-80％，其余为铝粉。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，球磨采用行星式球磨机，在真空或氩气保护条件下进行，磨球与粉末的重量比为(3:1)-(10:1)，转速300-500r/min，球磨时间为4-40h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，铝包覆的钨颗粒团簇复合粉末与铝粉的质量比为12.5-70:87.5-30。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，混合方法为：采用双锥混料机，在氩气保护的条件下进行，磨球与粉末的重量比为(1:1)-(3:1)，混合时间为8-24h，真空加热除气的温度为400-450℃，真空度低于1×10^-3Pa。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，热等静压烧结的条件为：升温速率不大于10℃/min，烧结温度为500-550℃，压力为100-200MPa，保温时间为2-4h。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，多级结构钨铝复合材料中钨颗粒的质量百分含量为5-56％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，高频感应加热炉的真空度小于0.1Pa，所述惰性气体为氩气或氮气。