专利名称：一种活化烧结制备钼铜合金的方法
技术领域：
本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种活化烧结制备钼铜合金的方法。
背景技术：
钼铜合金，是由互不固溶的金属Mo和Cu组成的伪合金。它综合了 Mo和Cu各自 的性能，具有耐高温、抗烧蚀、高导热导电率和较低的热膨胀系数等优点。广泛应用于电触 头、电极材料、电子封装及热沉材料和火箭喷射、飞机喉衬等军工部件中。特别是与功能和 性质相似的钨铜合金相比，其耐热性能虽不及W-Cu好，但其优点是重量轻，加工较容易，它 的膨胀系数，导热导电系数以及一些主要的机械性能都与W-Cu相当。因此相比之下Mo-Cu 合金更具有优势，用作基片、连接件和热耗散元件等电子封装材料和热沉材料具有更广泛 的用途。由于Mo和Cu熔点相差极大，用常规的烧结方法很难获得致密的钼铜烧结体，熔渗 法是目前工业生产钼铜合金中应用最为广泛的方法。具体方法是先制备一定密度、强度的 多孔钼基体骨架，再把铜液渗入到钼骨架中。在铜液润湿多孔基体时，在毛细管力作用下， 铜液沿颗粒间隙流动填空多孔钼骨架空隙，从而获得综合性能优良的材料。用熔渗法制备 钼铜合金的优点是致密度相对较高，不仅烧结性能好，其热导和电导性能也很理想，缺点 是熔渗法不可避免存在残余空隙，并且需要进行机加工以去除多余的熔渗金属铜，增加了 机加工费用和降低了成品率。由于Mo和Cu之间互不相溶且润湿性差，在常规的液相烧结致密化过程中，无法发 生溶解沉淀造成的颗粒形状圆化等物质迁移机制，仅仅依靠液相作用下的颗粒重排来实现 致密化，因此，常规的液相烧结法难以获得理想致密度的钼铜合金，而活化液相烧结是在钼 铜合金的制备过程中，加入微量的活化元素来提高烧结效果，从而获得高致密度的钼铜合 金。大量的研究证明，在钼铜合金中加入Ni、Co、Fe等微量金属元素能够明显的促进烧结致 密化。这是因为这些金属元素能够溶于钼、铜中的一种或两种，从而在烧结过程中，形成中 间相，形成大量高扩散性界面或者改善相之间的润湿特性，促进致密化过程的进行。但是， 活化剂的加入相当于引进了杂质元素，会显著降低钼铜合金的导电导热性能。机械合金化(Mechanical Alloying，简称ΜΑ)是一种常温下进行的非平衡固态反 应技术，通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金 化的复杂物理化学过程。MA属强制反应从外界加入高能量的应变、缺陷以及纳米级的微结 构，使得合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应，可以合成常规法难以合成的 新合金，许多固态下溶解度较小，甚至在液态下几乎不互溶的体系，通过MA法可形成固溶 体，获得成分超均勻分布、极为细小的钼铜复合粉体。并由于MA过程中产生的大量缺陷降 低了活化能，并且晶粒尺寸的减小有效的提高了扩散率，所以用这种方法制备的钼铜粉体 烧结性能明显提高。但现有的钼铜合金方法存在的技术问题是烧结时间长、烧结温度高，粉末批量制 备受到限制，粉末体严重挤压变形，造成内应力大和片层状粉末形貌不利于成形，而且长时
3间球磨引入氧含量和其他球磨夹杂物，从而降低合金性能。
发明内容
为了解决现有Mo-Cu合金方法存在的上述技术问题，本发明提供一种活化烧结制 备钼铜合金的方法。本发明所提供的制备方法烧结温度低、烧结时间短、节能环保、所得产 物致密度高、晶粒尺寸较细小均勻，韧窝比较多，杂质少，并且具有良好导电导热性能。本发明通过以下技术方案实现，包括以下步骤1)制备钼铜复合粉末；以机械合 金化的方式，将粉末按质量比82% Mo-18% Cu混合放入不锈钢罐，装入不锈钢球，不锈钢球 和钼铜料质量比为10 1，在行星式球磨机上球磨，球磨机转速为300r/min，加入按料质量 比1 %的庚烷防止粉末团聚，球磨时间为60h，得到平均粒度为1. 20-1. 30 μ m钼铜复合粉 末；2)活化烧结钼铜合金；在钼铜复合粉末中添加活化元素Ni、Co或Fe的任一种，烧结制 备钼铜合金，烧结工艺为从室温开始升温至1150°C 1300°C，在该温度下保温2小时后随 炉冷却。上述的活化烧结制备钼铜合金的方法中，所述步骤2)中在钼铜复合粉体中添 加活化元素Ni的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度为 1250°C，H2气氛，保温2小时。上述的活化烧结制备钼铜合金的方法中，所述步骤2)中在钼铜复合粉体中添 加活化元素Co的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度为 1250°C，H2气氛，保温2小时。上述的活化烧结制备钼铜合金的方法中，所述步骤2)中在钼铜复合粉体中添 加活化元素Fe的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度为 1250°C，H2气氛，保温2小时。本发明的优点在于1)通过机械合金化，可以获得成分均勻分布、粉末细小的钼 铜复合粉体，且能合成常规法难以合成的新合金，许多固态下溶解度较小，甚至在液态下几 乎不互溶的体系，通过MA法可形成固溶体，有助于后续烧结致密化。2)与常规模压烧结和熔渗法相比较，活化烧结可显著减少烧结致密化时间和明显 降低烧结温度。3)活化烧结制备的烧结样品致密度最高可达99. 3%，晶粒尺寸约为2. 0 μ m，微观 组织均勻，钼颗粒被铜网结构均勻包围，空隙少。
图1、实施例1制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为1. 8μπι，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少。图2、实施例2制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为1. 9 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少。图3、实施例3制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 0 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图4、实施例4制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 2 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少。
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图5、实施例5制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为1. 9 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，有少许韧窝。图6、实施例6制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 0 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，有较多韧窝。图7、实施例7制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 1 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图8、实施例8制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 2 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图9、实施例9制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为1. 8 μ m，钼 颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图10、实施例10制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为1. 9μπι， 钼颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图11、实施例11制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 0μ m， 钼颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。图12、实施例12制备钼铜合金的断口形貌，由图可知，钼晶粒平均尺寸为2. 1 μ m， 钼颗粒被铜网状结构均勻包围，空隙很少，晶粒有些许长大。
具体实施例方式实施例11)以机械合金化的方式，将粉末按质量比82% Mo-18% Cu混合放入不锈 钢罐，装入不锈钢球，不锈钢球和钼铜料质量比为10 1，在行星式球磨机上球磨，球磨机 转速为300r/min，加入料质量比1 %庚烷防止粉末团聚，球磨时间为60h，可以得到平均粒 度为1. 20-1. 30 μ m钼铜复合粉末。2)在Mo-18Cu复合粉末中添加质量百分比为1. Owt%的活化元素Ni，烧结成钼铜 合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下保温2小时后随炉冷却，得到致密度 为98. 4%，钼晶粒平均尺寸为1. 8μπι的钼铜合金。实施例21)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCU复合粉末中添加质量百分比为 1.5wt%的活化元素Ni，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为98. 7%，钼晶粒平均尺寸为1. 9 μ m的钼铜合金。实施例31)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 2. 的活化元素Ni，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为99. 3%，钼晶粒平均尺寸为2. 0μ m的钼铜合金。实施例41)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 2. 5wt%的活化元素Ni，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为99. 1%，钼晶粒平均尺寸为2. 2μπι的钼铜合金。实施例51)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 1.0wt%的活化元素Co，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为97. 8%，钼晶粒平均尺寸为1. 9μ m的钼铜合金。实施例61)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比1.5wt%的活化元素Co，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为98. 2%，钼晶粒平均尺寸为2. 0 μ m的钼铜合金。实施例71)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 2. 的活化元素Co，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为99. 2%，钼晶粒平均尺寸为2. 1 μ m的钼铜合金。实施例81)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 2. 5wt %的活化元素Co，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为98. 4%，钼晶粒平均尺寸为2. 2μ m的钼铜合金。实施例91)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比 1.0wt%的活化元素Fe，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为97. 5%，钼晶粒平均尺寸为1. 8 μ m的钼铜合金。实施例101)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-18Cu复合粉末中添加质量百分比
1.5wt %的活化元素Fe，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为98. 2%，钼晶粒平均尺寸为1. 9 μ m的钼铜合金。实施例111)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-ISCu复合粉末中添加质量百分比
2.的活化元素Fe，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为99. 1%，钼晶粒平均尺寸为2. O μ m的钼铜合金。实施例121)同实施例1中的步骤1) ；2)在Mo-18Cu复合粉末中添加质量百分比 2. 5wt%的活化元素Fe，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250°C，在该温度下 保温2小时后随炉冷却，得到致密度为98. 6%，钼晶粒平均尺寸为2. 1 μ m的钼铜合金。由表1中可以看出，在1250°C活化烧结2小时可获得几乎全致密的钼铜合金。表1 实施例1-12中制备的钼铜合金的致密度、抗弯强度、硬度、电阻率
实施例123456789101112致密度979799999798999897989998/%.4.7.3.1.8.2.2.4.5.2.1.6抗弯强901094918592969172838881度/Mpa5455550008409硬度 /HRA73787473 .568 .771 .57572 .568 .472 .67871 .2电阻率/8.1218281015203818263960IO 8 Ω m2.8.1.5.5.7.6.5.5.9.权利要求
一种活化烧结制备钼铜合金的方法，包括以下步骤1)制备钼铜复合粉末；以机械合金化的方式，将粉末按质量比82％Mo 18％Cu混合放入不锈钢罐，装入不锈钢球，不锈钢球和钼铜料质量比为10∶1，在行星式球磨机上球磨，球磨机转速为300r/min，加入按料质量比1％的庚烷防止粉末团聚，球磨时间为60h，得到平均粒度为1.20 1.30μm钼铜复合粉末；2)活化烧结钼铜合金；在钼铜复合粉末中添加活化元素Ni、Co或Fe的任一种，烧结制备钼铜合金，烧结工艺为从室温开始升温至1150℃～1300℃，在该温度下保温2小时后随炉冷却。
2.如权利要求1所述的活化烧结制备钼铜合金的方法，所述步骤2)中在钼铜复合粉体 中添加活化元素Ni的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度 为1250°C，保温2小时。
3.如权利要求1所述的活化烧结制备钼铜合金的方法，所述步骤2)中在钼铜复合粉体 中添加活化元素Co的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度 为1250°C，保温2小时。
4.如权利要求1所述的活化烧结制备钼铜合金的方法，所述步骤2)中在钼铜复合粉体 中添加活化元素Fe的质量百分比分别为1.0wt%、1.5wt%、2. 0衬％或2. 5wt%，烧结温度 为1250°C，保温2小时。
全文摘要
本发明公开了一种活化烧结制备钼铜合金的方法。本发明通过如下步骤制备钼铜合金1)以机械合金化的方式，将粉末按质量比82％Mo-18％Cu混合放入不锈钢罐，装入不锈钢球，球料比为10∶1，在行星式球磨机上球磨，球磨机转速为300r/min，加入适量庚烷防止粉末团聚，球磨时间为60h，可以得到平均粒度约为1.25μm钼铜复合粉末；2)在Mo-18Cu复合粉末中添加质量百分比分别为1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％和2.5wt％的活化元素Ni、Co和Fe，烧结成钼铜合金，烧结工艺为从室温升温至1250℃，在该温度下保温2小时随炉冷却。本发明所提供的制备方法烧结温度低、烧结时间短、节能环保、所得产物致密度高、晶粒尺寸较细小均匀，韧窝比较多，杂质少，抗弯强度高、硬度大、电阻率低等优点。
文档编号C22C1/04GK101942592SQ20101024404
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者康启平, 蔡春波, 郭世柏 申请人:湖南科技大学