[发明专利]一种W-Ni-Sn-P-Cu基复合粉体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Cu@Ni‑Sn‑P@W复合粉体，采用化学镀工艺，首先在W粉表面同时镀覆Ni‑Sn‑P镀层，实现活化烧结元素Ni、Sn和P的定区域添加，再定量包覆Cu，获得Cu@Ni‑Sn‑P@W复合粉体，最后将其作为原料在低温烧结条件下获得结构均匀且致密的W‑Ni‑Sn‑P‑Cu复合材料，并可进一步提升W‑Ni‑Sn‑P‑Cu复合材料的性能。本发明所得W‑Ni‑Sn‑P‑Cu复合材料结构均匀且致密，致密度高达98％以上，维氏硬度可达269.1HV，抗弯强度可达1154.8MPa；且涉及的制备工艺较简单、操作方便，能耗较低，适合推广应用。

技术领域

本发明属于粉末冶金粉体处理及其复合材料技术领域，具体涉及一种W-Ni-Sn-P-Cu基复合粉体及其制备方法和应用。

背景技术

W基复合材料具有高熔点、高强度、高耐腐蚀性能及低热膨胀系数等特点，在高温领域、电工电子、航空航天等方面具有极其重要的作用。W-Cu和W-Ni体系复合材料是应用最广和最受研究学者关注的两大类W基复合材料，其中W-Cu体系复合材料是一种典型的假性合金材料，它结合了金属W与Cu各自的优点，具有优良的热学、电学和机械性能，根据不同的应用环境，通过调控W与Cu两相的组分配比可以获得具有不同物理及力学性能的W-Cu复合材料。W-Ni体系复合材料具有良好的耐磨性、抗蚀性、抗氧化性和机械性能，其中Ni作为活化烧结助剂可以改善W基体的烧结性，从而促进复合材料的致密化。目前W-Cu和W-Ni体系复合材料已经被广泛应用于军用穿甲材料、电触头材料、电极材料、大规模集成电路的电子封装材料、导弹的喉衬耐高温材料。

W基复合材料常直接以各组分元素的混合粉作为烧结原料粉，但是W与Cu、Ni的密度差异较大，难以获得各组分均匀分布的混料粉，导致所制备材料的结构不均匀且性能较差。另一方面，W基复合材料在致密化过程中通常需要较高的烧结温度，但较高的烧结温度常引起液相的大量溶出和烧结体的变形，导致复合材料的组分偏析和结构不均匀。在W-Cu体系复合材料中，由于W和Cu两相互不相溶且两相的界面润湿性极差，极大地制约着W-Cu体系复合材料的制备和性能的提升。制备高致密性W-Cu复合材料的传统方法主要包括熔渗法和高温液相烧结法，但由于烧结温度过高，Cu相溶出，导致材料结构不均匀，致密性降低，且长时间高温使晶粒长大，材料力学性能较差。目前有学者通过添加活化烧结助剂如Fe、Co、Ni等提升Cu基体的烧结性并改善W与Cu两相之间的润湿性，从而降低W-Cu体系复合材料的致密化温度并提高材料的力学性能，但将活化烧结助剂以粉末形式简单的引入W-Cu粉末中，易引起粉末分布不均匀的问题，限制了烧结助剂的活化作用；另一方面是通过粉体表面改性技术解决原料粉直接混料均匀性差和W与Cu、Ni熔点差异大导致的复合材料致密化温度高的问题。如Li等通过电镀获得了Cu@W粉，用SPS在1050℃制备了98％的W-20Cu复合材料，Chen等通过化学镀制备Cu@W粉，改变了传统烧结机制，在950℃-100MPa-2h获得了结构均匀且致密的W-Cu复合材料。采用Cu包覆W和Ni包覆W的复合粉体可以降低W-Cu、W-Ni体系复合材料的制备温度且能够提高材料的均匀性和界面结合，但仍存在烧结温度高，晶粒长大，材料力学性能降低；当Ni含量高时，易形成脆性相等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种Cu@Ni-Sn-P@W复合粉体，首先在W粉表面同时镀覆Ni-Sn-P镀层，实现活化烧结元素Ni、Sn和P的定区域添加，然后定量包覆Cu，获得Cu@Ni-Sn-P@W复合粉体，再将其作为原料在温度烧结条件下获得结构均匀且致密的W-Ni-Sn-P-Cu复合材料，同时提升W-Ni-Sn-P-Cu复合材料的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种W-Ni-Sn-P-Cu基复合粉体的制备方法，包括如下步骤：

1)W粉前处理；

对W粉依次进行酸洗和碱洗，水洗至中性，醇洗，干燥；采用Sn-Pd活化法对清洗干燥后的W粉进行敏化、活化，然后水洗至中性，再进行醇洗，干燥，备用；