CN101942592A

CN101942592A - 一种活化烧结制备钼铜合金的方法

Info

Publication number: CN101942592A
Application number: CN 201010244042
Authority: CN
Inventors: 郭世柏; 康启平; 蔡春波
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology; Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2011-01-12

Abstract

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。

Description

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MA)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，获得成分超均匀分布、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、晶粒尺寸较细小均匀，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1.20-1.30μm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。

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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，H₂气氛，保温2小时。

本发明的优点在于：1)通过机械合金化，可以获得成分均匀分布、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2.0μm，微观组织均匀，钼颗粒被铜网结构均匀包围，空隙少。

附图说明

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1.8μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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1.9μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.0μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.2μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，空隙很少。

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1.9μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.0μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.1μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.2μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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1.8μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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1.9μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.0μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，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2.1μm，钼颗粒被铜网状结构均匀包围，空隙很少，晶粒有些许长大。

具体实施方式

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1.20-1.30μm钼铜复合粉末。

2)在Mo-18Cu复合粉末中添加质量百分比为1.0wt％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℃，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1.8μm的钼铜合金。

实施例21)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℃，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1.9μm的钼铜合金。

实施例31)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2.0wt％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℃，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2.0μm的钼铜合金。

实施例41)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Ni，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小时后随炉冷却，得到致密度为99.1％，钼晶粒平均尺寸为2.2μm的钼铜合金。

实施例51)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1.0wt％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℃，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1.9μm的钼铜合金。

实施例61)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Co，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小时后随炉冷却，得到致密度为98.2％，钼晶粒平均尺寸为2.0μm的钼铜合金。

实施例71)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2.0wt％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℃，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2.1μm的钼铜合金。

实施例81)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Co，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小时后随炉冷却，得到致密度为98.4％，钼晶粒平均尺寸为2.2μm的钼铜合金。

实施例91)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1.0wt％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℃，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1.8μm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℃，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1.9μm的钼铜合金。

实施例111)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2.0wt％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℃，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2.0μm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℃，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2.1μm的钼铜合金。

由表1中可以看出，在1250℃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

Claims

1.一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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，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％、2.0wt％或2.5wt％，烧结温度为1250℃，保温2小时。