[发明专利]一种钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法

说明书

本发明属于非晶合金复合材料、增材制造技术和热等静压烧结成形领域，具体涉及一种钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)利用微喷射粘结3D打印技术将钨粉和非晶合金粉末制成预压坯；具体采用双鼓轮式送粉装置在微喷射粘结制坯中将两种粉末通过双喷头喷粉形成一层混合均匀的粉层，再利用粘结剂形成粘结层，重复喷粉和喷射粘结剂最终制得颗粒相分布均匀的预压坯；(2)将预压坯置于包套内，放到加热炉内，进行加热抽真空。(3)将包套置于热等静压烧结炉内进行热压成形，得到非晶合金复合材料；采用冷增材、和热等静压烧结复合成形方法，本发明能够制备大尺寸、颗粒相分布均匀的钨颗粒增强非晶基复合材料。

技术领域

本发明属于非晶合金复合材料、增材制造技术和热等静压烧结成形领域，具体涉及一种钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法。

背景技术

非晶合金由于其独特的非晶态结构，具有明显优于传统晶态合金的力学、物理和化学性能，如高强度，良好的耐磨性和耐腐蚀性等性能，在航空航天、精密器械、军事化工等诸多领域，非晶合金均具有广阔的应用前景。但是作为结构材料，非晶合金致命的缺陷是缺乏宏观室温塑性变形能力，非晶合金的室温脆性限制了其作为结构材料的应用。所以考虑到向非晶基体内添加韧性相如颗粒、纤维或丝材来提高非晶材料的塑性变形。钨增强非晶基复合材料属于一种新型材料，有着高强度、高硬度和耐磨损等优质性能，而且还具有非常优越的穿甲性能，具有潜在的装甲应用前景。所以国内外学者对钨增强非晶基复合材料进行了广泛的研究，然而更多的研究是集中在钨纤维或钨丝材增强非晶基复合材料，而对钨颗粒增强非晶基复合材料的研究却很少。与钨纤维或钨丝材相比选择钨颗粒作为增强相最大的优点就是钨颗粒可以均匀且分散的分布在非晶基体中无取向性，制备出的非晶基复合材料的机械性能更好。目前沈阳大学马国峰团队通过把钨粉和非晶合金混合后放到钨极磁控电弧炉熔炼，再用铜模喷铸法制备钨的体积分数为2％～8％的钨颗粒增强非晶基复合材料。本方法存在的问题是很难制备大的钨体积分数的非晶基复合材料，同时会有成分偏析情况，且颗粒相不能均匀的、分散的分布在非晶基体中，非晶基复合材料的尺寸会明显受限。邱克强团队利用不锈钢管水淬法制备出直径为10mm、钨颗粒体积分数达60％的非晶基复合材料，具体方法是将钨粉与非晶合金粉在球磨机内混合，将混合好的粉体在液压机上成块，再将压块装入钢管内，在饱和盐水中淬火得到钨颗粒增强非晶基复合材料。但用水淬法制备钨颗粒增强非晶基复合材料存在的问题是受冷却速度的限制会直接影响非晶基复合材料的成形尺寸和出现晶化以及成分偏析问题，而且用球磨机混粉因粉末粒径大小和密度的差异很难将粉末混匀，同时也不能保证得到的非晶复合材料颗粒相分布均匀。邱克强团队也通过渗流法制备出了钨颗粒增强锆基块体非晶基复合材料，具体方法是先通过烧结或熔覆技术将钨颗粒制成骨架，然后将钨颗粒骨架置于石英管下端，将增强体之上1cm左右的石英管缩颈，非晶基体合金置于缩颈之上，真空条件下加热后水淬。但这种方法存在的问题是采用烧结法制备骨架过程中，钨颗粒会聚成粒子团，这就不能保证制得的非晶基复合材料的颗粒相是均匀分布、分散在非晶基体中，同时水淬法由于冷却速度的限制非晶基复合材料的尺寸不能做大。

综上所述，目前关于钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法仍存尺寸的限制和颗粒相分布不均匀等问题，所以有必要发明一种大尺寸、外加高含量且能均匀分布的小颗粒韧性相非晶基复合材料的制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中对制备大尺寸、外加高含量且能均匀分布的小颗粒韧性相非晶基复合材料的限制。本发明提供了一种钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法，其充分结合非晶基复合材料的特点和需求，针对性地对其成形方法进行重新设计，相应地获得了大尺寸、外加高含量且能均匀分布的小颗粒韧性相非晶基复合材料的制备方法，由此解决现有技术中块体非晶基复合材料成形方法中存在的尺寸限制、以及颗粒相分布不均匀等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钨颗粒增强非晶基复合材料的制备方法，包括如下步骤：