專(zhuān)利名稱(chēng)：鎢鋁合金粉末的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鎢鋁合金粉末的制備方法。
鎢是化學(xué)元素周期表中第74號(hào)元素，它具有最高的熔點(diǎn)(3410度)、極高的密度(19.25克每立方厘米)、最低的熱膨脹系數(shù)和蒸汽壓、優(yōu)良的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，在高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料中有著重要的地位。在燈絲發(fā)光、陰極射線發(fā)射、半導(dǎo)體支架、電觸點(diǎn)、航空航天等許多領(lǐng)域都是不可替代的關(guān)鍵材料。金屬鋁以其輕質(zhì)、低熔點(diǎn)、抗氧化性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電和良好延展性為特點(diǎn)。將這兩個(gè)金屬合金化非常有希望實(shí)現(xiàn)材料高強(qiáng)度，良好的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性、抗氧化性和加工性，得到高比強(qiáng)度耐高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料。鎢和鋁的高熔點(diǎn)差(2710度)和密度差(前者是后者的7.1倍)形成了合金的許多特點(diǎn)。但正是由于它們的高熔點(diǎn)差和密度差造成了合金制備上的困難，傳統(tǒng)的合金制備技術(shù)—熔煉法不能得到鎢鋁合金。歐陽(yáng)義芳等人在2000年1月出版的第30卷第1期《中國(guó)科學(xué)》A輯上發(fā)表了“Al-W二元合金機(jī)械合金化擴(kuò)展固溶度研究”的論文，文中利用行星式高能球磨機(jī)對(duì)Al1-xWx(x＝0.1，0.5，0.8，0.9)進(jìn)行了研究，但只得到了組分為Al0.1W0.9和Al0.5W0.5純合金，鋁含量較高的Al0.8W0.2和Al0.9W0.1合金未能得到。他們通過(guò)嵌入理論模型計(jì)算鋁的最大溶解度為65.6％。原因是一個(gè)鋁原子進(jìn)入鎢晶格的合金化過(guò)程，隨著鋁量的增加，形成合金的難度會(huì)明顯增加，但是通過(guò)改進(jìn)合成技術(shù)鋁的溶解度大于65.6％的合金是可以制備的。
本發(fā)明的目的提供一種鎢鋁合金的制備方法。該方法以金屬鎢粉和鋁粉為原料，通過(guò)機(jī)械合金化在常溫下合成鎢鋁合金。
在鋁鎢比為1∶1時(shí)，合金組分為W0.5Al0.5，在鋁鎢比為2∶1時(shí)，合金組分為W0.33Al0.67，在鋁鎢比為3∶1時(shí)，合金組分為W0.25Al0.75，在鋁鎢比為6∶1時(shí)，合金組分為W0.14Al0.86合金組分從W0.5Al0.5到W0.14Al0.86表面看鋁含量增加幅度不大，但其原子個(gè)數(shù)比已從1∶1增加到6∶1。隨著鋁鎢原子個(gè)數(shù)比的增加，形成合金所需的能量會(huì)明顯增加，過(guò)多的合金化以前的鋁還會(huì)在合成過(guò)程中鍛接，這應(yīng)是歐陽(yáng)義芳等人得不到高鋁鎢比合金的主要原因。本發(fā)明采用振動(dòng)式機(jī)械合金化裝置，通過(guò)鋁的分階段加入方式防止鋁鍛接，通過(guò)球的撞擊、摩擦等方式，將球的動(dòng)能提供給反應(yīng)體系，同時(shí)保證兩金屬有良好地接觸，使良好延展性的鋁金屬表面原子通過(guò)表面擴(kuò)散進(jìn)入金屬鎢的晶格，最后得到最高原子比為6∶1的合金。振動(dòng)式機(jī)械合金化裝置不僅合成能量大、效率高，而且其能量提供方式以機(jī)械碰撞的宏觀動(dòng)能為主體，更有利于合金的形成，所以其合成時(shí)間短、合金區(qū)域更寬。
本發(fā)明選擇粒度小于200目，純度大于99.8％的金屬鎢粉，粒度小于200目，純度大于99.5％的鋁粉，按合金組分W1-xAlx，x＝0.01-0.86稱(chēng)量，將二金屬粉加入高能球磨罐中，球料比為30.1-50∶1，氬氣保護(hù)下密封，合成時(shí)間4-140小時(shí)。當(dāng)x＝0.55-0.86時(shí)，將鋁粉分?jǐn)?shù)次在合成過(guò)程中逐漸加入，獲得鎢鋁合金。
產(chǎn)物經(jīng)X射線粉末衍射證實(shí)其鋁完全進(jìn)入鎢晶格，W1-xAlx合金在x＝0.01-0.86內(nèi)均為金屬鎢結(jié)構(gòu)。電子探針?lè)治霰砻鹘M元分布均勻，團(tuán)聚顆粒為1微米左右。由于合金的形成是鋁進(jìn)入金屬鎢的晶格，所以本發(fā)明將合金稱(chēng)為鎢鋁合金。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在保證這兩個(gè)高熔點(diǎn)差和密度差的金屬具有良好的固相反應(yīng)接觸面的同時(shí)，局部地、瞬間地、間隙式地提供鍵合能量，使金屬鎢表面合金化，再通過(guò)反應(yīng)物的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)提供新接觸面和晶粒內(nèi)部的固相擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合金的均勻化。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作方便、室溫合成，適用于無(wú)法用熔煉法制備的高熔點(diǎn)差和密度差金屬間的合金的制備。
本發(fā)明提供的實(shí)施例如下實(shí)施例1將金屬鎢粉粒度小于200目，純度99.8％，鋁粉粒度200目，純度99.5％，按合金組分W0.99Al0.01稱(chēng)量100克，將二金屬粉加入高能球磨罐中，放入鋼球3000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)頻率為1800次/分，合成時(shí)間4小時(shí)，得到合金W0.99Al0.01。
實(shí)施例2將金屬鎢粉粒度小于200目，純度99.8％，鋁粉粒度200目，純度99.8％，按合金組分W0.5Al0.5稱(chēng)量100克，將二金屬粉加入高能球磨罐中，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)頻率為1800次/分，合成時(shí)間8小時(shí)，得到合金W0.5Al0.5。
實(shí)施例3將實(shí)施例2中制備的W0.5Al0.5100克，再加入W0.45Al0.55劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)頻率為1800次/分，合成時(shí)間12小時(shí)，得到合金W0.45Al0.55。
實(shí)施例4將實(shí)施例2中制備的W0.5Al0.5100克，再加入W0.33Al0.67劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)頻率為1800次/分，合成時(shí)間12小時(shí)，得到合金W0.33Al0.67。
實(shí)施例5稱(chēng)實(shí)施例3中制備的W0.33Al0.67100克，再按W0.25Al0.75稱(chēng)量補(bǔ)足劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)頻率為1800次/分，合成時(shí)間20小時(shí)，得到合金W0.25Al0.75。
實(shí)施例6稱(chēng)實(shí)施例4中制備的W0.25Al0.75100克，再按W0.2Al0.8稱(chēng)量補(bǔ)足劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，振動(dòng)振動(dòng)式機(jī)械合金化合成罐中，振動(dòng)頻率為1800次/分，30小時(shí)，得到的產(chǎn)物為W0.2Al0.8。
實(shí)施例7稱(chēng)實(shí)施例5中制備的W0.2Al0.8100克，再按W0.17Al0.83稱(chēng)量補(bǔ)足劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，放入振動(dòng)式機(jī)械合金化合成罐中，振動(dòng)頻率為1800次/分，35小時(shí)，得到的產(chǎn)物為W0.17Al0.83。
實(shí)施例8稱(chēng)實(shí)施例6中制備的W0.17Al0.83100克，再按W0.14Al0.86稱(chēng)量補(bǔ)足劑量所需的鋁粉，放入鋼球5000克，氬氣保護(hù)密封，放入振動(dòng)式機(jī)械合金化合成罐中，振動(dòng)頻率為1800次/分，35小時(shí)，得到的產(chǎn)物為W0.14Al0.86。
權(quán)利要求
1.一種鎢鋁合金粉末的制備方法，其特征在于選擇粒度小于200目，純度大于99.8％的金屬鎢粉，粒度小于200目，純度大于99.5％的鋁粉，按合金組分W1-xAlx，x＝0.01-0.86稱(chēng)量，將二金屬粉加入高能球磨罐中，球料比為30∶1-50∶1，氬氣保護(hù)下密封，合成時(shí)間4-140小時(shí)；當(dāng)x＝0.55-0.86時(shí)，將鋁粉分?jǐn)?shù)次在合成過(guò)程中逐漸加入，獲得鎢鋁合金。
2.如權(quán)利要求1所述的鎢鋁合金粉末的制備方法，其特征在于所述鎢鋁合金的組成為W1-xAlx，x＝0.01-0.86。
全文摘要
本發(fā)明屬于鎢鋁合金粉末的制備方法。該方法以金屬鎢粉和鋁粉為原料,在保證這兩個(gè)高熔點(diǎn)差和密度差的金屬具有良好的固相反應(yīng)接觸面的同時(shí),局部地、瞬間地、間隙式地提供鍵合能量,使金屬鎢表面合金化,再通過(guò)反應(yīng)物的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)提供新接觸面和晶粒內(nèi)部的固相擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合金的均勻化,在常溫下合成鎢鋁合金。合金組分W
文檔編號(hào)B22F9/04GK1328890SQ0112954
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2001年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月26日
發(fā)明者馬賢鋒, 閻學(xué)偉, 趙偉, 武士學(xué) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所