CN112170858A - 一种Mo-Ru钎料粉末制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Mo‑Ru钎料粉末制备方法,该方法对纯钌粉和钼酸铵进行焙解还原的方法,制备出Mo‑Ru钎料粉末,所述Mo‑Ru钎料粉末成分均匀、粒径小(粒度范围10~100微米,90%钎料粉末颗粒≤40微米)、松装密度高、熔化特性好、工艺特性佳且性价比高,适用于工业量产。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的制备方法,特别涉及一种Mo-Ru钎料粉末制备方法。
背景技术
钼钌合金钎料熔点一般高达1900℃以上,对钨、钼、铼等高熔点合金母材具有较小的高温渗透扩散,润湿性和铺展性较好,钎焊过程中可以封闭空隙、充实焊缝,实现粘接牢固。在电真空器件制造领域使用广泛的一种高温Mo-Ru钎料,成分位于共晶点Mo-43.27Ru,熔点为1920~1980℃,因钎料处于共晶点成分,在对应固定钎焊温度下钎料粉末全部熔化为液相,通过共晶反应熔化,进而完成对母材的焊接。
该成分Mo-Ru合金熔点较高,现用的主要制备方法有:机械混合法,即采用纯Mo粉和纯Ru粉按共晶成分机械混合后研磨;破碎-研磨法,直接使用Mo-Ru合金锭机械破碎-研磨以制备高温钎料粉末。近年来,有发明公开了一种采用化学共沉淀法制备Mo-Ru钎料粉末的方法,即将三氯化钌及钼酸铵分别配制成溶液,两种溶液进行混合后低温干燥,然后加热去除氯化铵,再通过氢气进行还原处理、研磨、过筛后制备出所需成分和粒度的Mo-Ru钎料粉末。采用上述方法制备的Mo-Ru钎料粉末有以下缺点:机械混合法混合不充分,致制备的Mo-Ru钎料粉末成分不均匀,熔化特性差,影响钎焊效果。破碎-研磨法制备的Mo-Ru粉末粒度大,对于精密构件的涂覆存在较大困难,工艺性欠佳。化学共沉淀法制备的Mo-Ru粉末尽管成分均匀、粒度小,但原材料三氯化钌价格昂贵、性价比低,不适用于工业量产。
发明内容
本发明的目的是提供一种Mo-Ru钎料粉末制备方法,采用本发明所述方法制备的Mo-Ru钎料,粉末成分均匀、粒径小(粒度范围10~100微米,90%钎料粉末颗粒≤40微米)、松装密度高、熔化特性好、工艺特性佳且性价比高,适用于工业量产。
本发明的技术方案是:
Mo-Ru钎料粉末制备方法,有以下步骤:
1)初混
按照需要制备的Mo-43.27Ru钎料的成分,称取纯钌粉和钼酸铵置于球磨罐中,加入纯钌粉和钼酸铵总重量的60%磨球,混料时间为12h;
2)焙烧
混料后焙烧,焙烧温度为350℃,时间为2h,使钼酸铵完全脱氨和脱水,得到钌和三氧化钼粉末;
3)复混
步骤2)得到的粉末置于球磨罐中,磨球加入量为粉末总量的60%,加入酒精介质,混料时间12h,烘干,过200目筛,得到钌和三氧化钼细粉末;
4)第一次还原
步骤3)所得粉末在氢气:氩气体积比为3:2气氛中分两段还原,
第一段,500~600℃还原1~2h;
第二段,900~1100℃还原2~3h,
还原后,研磨,过300目筛,得到还原后的粉末;
5)酸洗
步骤4)所得粉末置于盐酸+氢氟酸溶液中,溶解,过滤,得到Mo-Ru沉淀,去离子水清洗沉淀至清洗液为中性,烘干沉淀,得到Mo-Ru粉末;
6)第二次还原
步骤5)所得粉末放置于钼舟中,在氢气:氩气体积比为3:2气氛中还原,还原温度为1100℃,还原时间2~3h,研磨,过400目筛,得到Mo-Ru钎料粉末。
步骤1)、3)所述磨罐为不锈钢球磨罐,磨球为不锈钢球磨球。
步骤2)所述钼酸铵脱氨和脱水的化学反应:5(NH4)4Mo4O13→20MoO3+10NH3+5H2O。
步骤4)所述还原化学反应为:MoO3+H2=MoO2+H2O(500~600℃);MoO2+2H2=Mo+2H2O(900~1100℃)。
步骤5)所述盐酸+氢氟酸溶液的配置方法是:取盐酸(wt%=36.0%~38.0%)1000ml和氢氟酸(wt%≥40%)8ml溶于1000ml去离子水中。
本发明所述方法中的第一次还原采用两段还原,将MoO3在500~600℃还原为MoO2,MoO2在900~1100℃被还原为Mo,可以使MoO3还原彻底。
在酸洗过程中,Mo-Ru粉末接触到空气后容易被氧化,需要1100℃再次进行第二次还原。
本发明所述方法,可以解决现用技术中Mo-Ru钎料粉末成分不均匀、工艺性能差、成本昂贵等不足。采用本发明所述方法制备的Mo-Ru钎料粉末80%颗粒为Mo-Ru化合物,少量为纯Mo、Ru颗粒,使得钎料粉末成分均匀性高,有利于钼钌两种元素在钎焊温度下熔化发生共晶反应,提高焊接特性。90%钎料粉末颗粒≤40微米,有利于Mo-Ru高温钎料粉末在电真空器件的精密构件上进行涂覆后钎焊,提高了钎料的使用工艺性能。
本发明通过纯钌粉和钼酸铵进行焙解还原方法制备的Mo-Ru钎料,粉末成分均匀、粒径小(粒度范围10~100微米)、松装密度高、熔化特性好、工艺特性佳且性价比高,适用于工业量产。
本发明的有益效果:
(1)本发明通过酒精介质,使焙烧后的三氧化钼和钌粉在液态中混合,还原后合金的接触更加充分,钼元素紧密得包围在钌元素周围,有利于后续烧结合金化。
(2)本发明还原后得到的Mo-Ru钎料粉末颗粒致密、空隙较少,有利于在精密元器件上进行涂覆,粉末松装、振实密度高,有利于粉末进行后续成型加工。
(3)本发明制备的Mo-Ru钎料粉末比采用机械混合法和破碎-研磨法制备的Mo-Ru钎料粉末,成分更均匀,粒度更小,熔化特性更佳,更适合钎焊时在精密构件上涂覆;制备本发明所述Mo-Ru粉末采用的原材料比化学共沉淀法采用的原材料,价格低2倍左右,因此本发明所述方法的性价比高,更适合工业量产。
具体实施方式
Mo-Ru钎料粉末制备方法,有以下步骤:
第1步初混
按照需要制备的Mo-43.27Ru钎料的成分,称取纯钌粉和钼酸铵置于不锈钢球磨罐中,加入纯钌粉和钼酸铵总重量的60%不锈钢磨球,混料时间为12h;
第2步焙烧
混料后焙烧,焙烧温度为350℃,时间为2h,使钼酸铵完全脱氨和脱水,得到钌和三氧化钼粉末;
上述脱氨和脱水化学反应:5(NH4)4Mo4O13→20MoO3+10NH3+5H2O。
第3步复混
步骤2)得到的粉末置于不锈钢球磨罐中,不锈钢磨球加入量为粉末总量的60%,加入酒精介质,混料时间12h,烘干酒精,过200目筛,得到钌和三氧化钼细粉末;
第4步还原
步骤3)所得粉末置于钼舟,在氢气:氩气体积比为3:2气氛中分两段还原,
第一段,500~600℃还原1~2h;
第二段,900~1100℃还原2~3h,
还原后,研磨,过300目筛,得到还原后的粉末;
所述还原化学反应为:MoO3+H2=MoO2+H2O(500~600℃);MoO2+2H2=Mo+2H2O(900~1100℃)。
第5步酸洗
步骤4)所得粉末置于盐酸+氢氟酸溶液中,溶解,滤纸过滤,得到Mo-Ru沉淀,去离子水清洗沉淀至清洗液为中性,烘干沉淀,得到Mo-Ru粉末;所述盐酸+氢氟酸溶液的配置方法是:取盐酸(wt%=36.0%~38.0%)1000ml和氢氟酸(wt%≥40%)8ml溶于1000ml去离子水中。
第6步还原,
步骤5)所得粉末放置于钼舟中,在氢气:氩气体积比为3:2气氛中还原,还原温度为1100℃,还原时间2~3h,研磨,过400目筛,得到Mo-Ru钎料粉末。
实施例1制备57%Mo-43%Ru钎料粉末
钎料成分按照所上述成分,根据钌和钼酸铵的分子式中两元素的原子量,计算出各自所需质量。按照上述的Mo-Ru钎料粉末制备方法,制成钎料粉末。
上述方法制备的钎料粉末,通过激光粒度仪进行粒度测量,80%粉末粒度≤40微米,最大粒度不超过80微米,其中80%颗粒粉末是由钼钌化合物构成。
上述制备的钎料粉末采用化学分析法检测其化学成分,DSC差示扫描量热仪检测其熔点,检测结果为:56.5%Mo-43.5%Ru,钎料的熔点为:1950~1970℃。
实施例2制备55%Mo-45%Ru钎料粉末
料成分按照所上述成分,根据钌和钼酸铵的分子式中两元素的原子量,计算出各自所需质量。按照上述的Mo-Ru钎料粉末制备方法,制成钎料粉末。
上述方法制备的钎料粉末,通过激光粒度仪进行粒度测量,70%粉末粒度≤40微米,最大粒度不超过100微米,其中70%颗粒粉末是由钼钌化合物构成。
上述制备的钎料粉末采用学分析法检测其化学成分,DSC差示扫描量热仪检测其熔点,检测结果为:55.5%Mo-44.5%Ru,钎料的熔点为:1940~1974℃。
Claims (5)
1.一种Mo-Ru钎料粉末制备方法,其特征在于,有以下步骤:
1)初混
按照需要制备的Mo-43.27Ru钎料的成分,称取纯钌粉和钼酸铵置于球磨罐中,加入纯钌粉和钼酸铵总重量的60%磨球,混料时间为12h;
2)焙烧
混料后焙烧,焙烧温度为350℃,时间为2h,使钼酸铵完全脱氨和脱水,得到钌和三氧化钼粉末;
3)复混
步骤2)得到的粉末置于球磨罐中,磨球加入量为粉末总量的60%,加入酒精介质,混料时间12h,烘干,过200目筛,得到钌和三氧化钼细粉末;
4)第一次还原
步骤3)所得粉末在氢气:氩气体积比为3:2气氛中分两段还原,
第一段,500~600℃还原1~2h;
第二段,900~1100℃还原2~3h,
还原后,研磨,过300目筛,得到还原后的粉末;
5)酸洗
步骤4)所得粉末置于盐酸+氢氟酸溶液中,溶解,过滤,得到Mo-Ru沉淀,去离子水清洗沉淀至清洗液为中性,烘干沉淀,得到Mo-Ru粉末;
6)第二次还原
步骤5)所得粉末放置于钼舟中,在氢气:氩气体积比为3:2气氛中还原,还原温度为1100℃,还原时间2~3h,研磨,过400目筛,得到Mo-Ru钎料粉末。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)、3)所述球磨罐为不锈钢球磨罐,磨球为不锈钢球磨球。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤2)所述钼酸铵脱氨和脱水的化学反应:5(NH4)4Mo4O13→20MoO3+10NH3+5H2O。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤4)所述还原化学反应为:MoO3+H2=MoO2+H2O(500~600℃);MoO2+2H2=Mo+2H2O(900~1100℃)。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤5)所述盐酸+氢氟酸溶液的配置方法是:取盐酸(wt%=36.0%~38.0%)1000ml和氢氟酸(wt%≥40%)8ml溶于1000ml去离子水中。
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