[发明专利]一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法

说明书

本发明涉及一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法，包括下列步骤：(1)配制金属基体粉末；(2)第一阶段球磨：对金属基体粉末进行球磨预处理，变形为片状：在氩气保护下先对步骤(1)配制的金属基体粉末进行球磨预处理变形，球磨参数：球料比5:1‑15:1，转速300～500转/分，球磨时间4‑8小时；(3)第二阶段球磨：将增强体加入经过球磨第一阶段球磨处理的片状金属基体中，在氩气保护下对混合粉末粉末进行球磨处理，球磨参数：球料比5:1‑15:1，转速300～500转/分，球磨时间4‑8小时。(4)烧结成型。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金新方法。

背景技术

机械球磨是一种常用的复合粉末制备方法，该方法操作简单、对设备要求低，同时也可以实现复合粉末的大量制备。在使用球磨法制备复合粉末的过程中，有多种因素影响复合材料的结构和性能，如球磨时间、球磨转速、球磨温度、球料比等。对于球磨法制备纳米增强相增强金属基复合材料，人们已经进行了较为系统的研究，但主要集中于球磨时间的研究，如球磨时间过短不能有效分散增强相，球磨时间过长则会破坏增强相结构，导致复合材料性能下降。此外，人们还开发了冷冻球磨和变速球磨等工艺，均制备出性能优异的较低增强相含量的复合材料，说明对机械球磨的参数进行调控和优化对获得高性能的纳米增强相/金属基复合材料具有重要意义。

尽管现有球磨工艺可以对较低含量的增强相进行均匀分散，但由于金属基体颗粒初始比表面积较小，现有球磨工艺均难以在变形过程中均匀负载较大含量增强体(如图1所示)，进而限制了复合材料性能的进一步提升。而较大的比表面积可以对增强相进行大含量的均匀负载和分散。因此先对金属基体进行球磨变形大幅度增大比表面积后再与增强体进行混合可以更好地提高增强体的均匀分散性和分散量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用分段式球磨工艺提高增强体均匀分散性和分散量的粉末冶金新方法，能够制备出具有大添加量且均匀分散的金属基复合材料。该方法能够有效提高增强体在金属基体中的均匀分散性和分散量。本发明通过以下技术方案加以实施：

一种提高增强体分散性和分散量的粉末冶金方法，包括下列步骤：

(1)配制金属基体粉末

按照过程控制剂：金属基体粉末质量比1:(95-99)的比例配制预球磨金属基体粉末；

(2)第一阶段球磨：对金属基体粉末进行球磨预处理，变形为片状；

在氩气保护下先对步骤(1)配制的金属基体粉末进行球磨预处理变形，球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时。

(3)第二阶段球磨：将增强体加入经过球磨第一阶段球磨处理的片状金属基体中，在氩气保护下对混合粉末粉末进行球磨处理，球磨参数：球料比5:1-15:1，转速300～500转/分，球磨时间4-8小时。

(4)烧结成型

球磨后的混合粉末进行烧结，烧结温度根据增强体和金属基体的种类调整。

优选地，所述的增强体为BN纳米片或铜负载石墨烯。所述的增强体的加入比例为过程控制剂的3-8倍。烧结方法采用无压烧结、真空热压烧结、热等静压烧结或放电等离子烧结。

分段球磨分散机理：金属基体原料为球形颗粒，其比表面积小，因此在球磨混合过程中无法为增强体提供更多的负载位置，随着增强体含量的增加，会在基体表面发生堆叠，导致团聚；而经过预球磨变形后将金属基体粉末由球形颗粒变形为片状以后，其比表面积大幅增加，为增强体提供了更大的接触面积和负载位置，从而可以更有效的提高增强体的均匀分散性和分散量。

附图说明

图1普通球磨法导致复合材料产生缺陷(a)和增强体团聚(b)，负载量3.5wt％