一種銅鐵難混溶合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅鐵難混溶合金的制備方法。本發(fā)明采用選用氧化銅、鋁、鐵、銅的粉狀反應(yīng)物為起始原料，采用燃燒合成熔化技術(shù)制備合金。該方法所需設(shè)備簡單、能耗低、周期短、成本低、制備的合金無宏觀偏析并具有良好的力學(xué)性能。
【專利說明】一種銅鐵難混溶合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明敘述了一種銅鐵難混溶合金的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]難混溶Cu-Fe、Fe-Mg, Cu_W、Cu-Co, Cu-Nb, Cu-Cr, Cu-Ta, Cu-V, Ag-Cu, Ag-Fe,Ag-Ni, T1-Mg, Al-Bi等二元合金在一定成分范圍內(nèi)兩組元的形成焓為正值，不能形成穩(wěn)定的金屬間化合物。作為一類亞穩(wěn)態(tài)合金，它們具有一系列新的和優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。近年來，Cu-Fe合金體系尤其引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。Cu-Fe合金是一種優(yōu)良的觸頭、觸橋和真空器件材料；并且耐磨性和導(dǎo)熱性優(yōu)異，在磁性材料、焊條、電極材料等方面有廣泛的應(yīng)用前景(Ma E, Alloys created between immiscible elements, Progress in MaterialsScience, 2005, 50, 413)。然而,Cu-Fe合金在液相線下幾乎為全成分亞穩(wěn)態(tài)不混溶區(qū)域，例如Cu5(lFe5CI(原子比,下同)合金形成金屬間化合物的形成i:含約為正的10.8 kJ/mol(YavariAR, Desre PJ, Benameur T, Mechanically driven alloying of immiscible elements,Physical Review Letters, 1992, 68, 147)。因此,在凝固過程中極易形成宏觀偏析組織，不能獲得無偏析的純粹兩相合金或者單相合金，使其應(yīng)用受到了很大的限制。為了獲得無偏析的難混溶Cu-Fe合金，許多研究人員對其制備和凝固過程開展了大量研究。美國路易斯安那州立大學(xué)的He等通過機(jī)械球磨結(jié)合熱壓燒結(jié)的方法制備了富Cu和富Fe兩相組成的納米復(fù)合Cu-Fe合金,但并未報(bào)道其是否存在偏析(He L, Ma E, Processing andmicrohardness of bulk Cu-Fe nanocomposites, NanoStructured Materials, 1996, 7,327)。美國霍普金斯大學(xué)Ma在2005年總結(jié)了難混溶Cu-Fe合金的制備方法，包括熱蒸鍍法、濺射法、機(jī)械球磨法等，但這些方法普遍都以獲得單相過飽和固溶體為目標(biāo)以避免成分偏析。一方面這些方法難以獲得全成分范圍內(nèi)的單相成分；另一方面，單相成分Cu-Fe合金的性能有其局限性。因此，獲得無偏析的純粹兩相合金更有應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種銅鐵難混溶合金的制備方法。
[0004]本發(fā)明采用選用氧化銅、鋁、鐵、銅的粉狀反應(yīng)物為起始原料，采用燃燒合成熔化技術(shù)制備合金。
[0005]一種銅鐵難混溶合金的制備方法，其特征在于該方法按質(zhì)量比29.6:10: 4~30:1~30分別稱取氧化銅粉、鋁粉、鐵粉、銅粉，混合后機(jī)械球磨干混6~12小時(shí)；以40~60MPa的壓力將混合好的反應(yīng)物料在鋼模具中壓實(shí)，然后將壓胚置于反應(yīng)容器中，在反應(yīng)物料上部放引燃劑壓塊，通入氬氣吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣，將反應(yīng)物料加熱到180°C~210°C后，繼續(xù)通入氬氣吹洗反應(yīng)容器以排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，然后再通入4~8MPa的氬氣，將反應(yīng)物料繼續(xù)加熱到220°C~290°C，在此溫度范圍通過引燃劑自發(fā)反應(yīng)放出的大量熱來引發(fā)反應(yīng)物料的反應(yīng)，反應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)完成；反應(yīng)產(chǎn)物隨反應(yīng)容器冷卻至室溫后，從容器中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物表面雜質(zhì)去除得到產(chǎn)物銅鐵難混溶合金；所述的引燃劑是由高錳酸鹽、鋁粉以及硫粉組成的混合物，其中高錳酸鹽:鋁粉:硫粉的質(zhì)量比為
1.0 ~2.0: 1.5 ~2.5: I ~2.0。
[0006]本發(fā)明引燃劑壓塊占反應(yīng)物總質(zhì)量的1%~3%。
[0007]本發(fā)明采用燃燒合成熔化技術(shù)制備難混溶銅鐵合金，這種方法工藝簡便、所需設(shè)備簡單、成本低廉、制備的材料沒有宏觀偏析并且具有良好的力學(xué)性能。
[0008]本發(fā)明采用燃燒合成熔化技術(shù)制備銅鐵難混溶合金，這種方法可以一步合成產(chǎn)物并實(shí)現(xiàn)致密化，是一種工藝簡單、所需設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短的無宏觀偏析和具有良好的力學(xué)性能的制備方法。
[0009]采用排水法進(jìn)行密度測試，材料相對密度大于99%。經(jīng)打磨拋光后用掃描電子顯微鏡觀察分析材料的微觀組織結(jié)構(gòu)。硬度測定條件為，載荷300 g，加載持續(xù)時(shí)間10 S。壓縮強(qiáng)度試樣尺寸為Φ3ι?πιΧ4.5mm,壓頭下移速度為0.06mm/min。
[0010]本發(fā)明的特點(diǎn)之一:材料致密度高、無宏觀偏析、組織結(jié)構(gòu)均勻，如附圖1所示。
[0011]本發(fā)明的特點(diǎn)之二:材料力學(xué)性能優(yōu)異。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn)之三:工藝簡便、所需設(shè)備簡單、成本低。
[0013]表1本發(fā)明制備銅鐵材料的力學(xué)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種銅鐵難混溶合金的制備方法，其特征在于該方法按質(zhì)量比29.6:10: 4~30:1~30分別稱取氧化銅粉、鋁粉、鐵粉、銅粉，混合后機(jī)械球磨干混6~12小時(shí)；以40~60MPa的壓力將混合好的反應(yīng)物料在鋼模具中壓實(shí)，然后將壓胚置于反應(yīng)容器中，在反應(yīng)物料上部放引燃劑壓塊，通入氬氣吹洗反應(yīng)容器以排除其中的空氣，將反應(yīng)物料加熱到180°C~210°C后，繼續(xù)通入氬氣吹洗反應(yīng)容器以排除從反應(yīng)物料表面脫附的氣體，然后再通入4~8MPa的氬氣，將反應(yīng)物料繼續(xù)加熱到220°C~290°C，在此溫度范圍通過引燃劑自發(fā)反應(yīng)放出的大量熱來引發(fā)反應(yīng)物料的反應(yīng)，反應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)完成；反應(yīng)產(chǎn)物隨反應(yīng)容器冷卻至室溫后，從容器中取出產(chǎn)物，將產(chǎn)物表面雜質(zhì)去除得到產(chǎn)物銅鐵難混溶合金；所述的引燃劑是由高錳酸鹽、鋁粉以及硫粉組成的混合物，其中高錳酸鹽:鋁粉:硫粉的質(zhì)量比為1.0 ~2.0: 1.5 ~2.5: I ~2.0。
2.如權(quán)利要求1所 述的方法，其特征在于引燃劑壓塊占反應(yīng)物總質(zhì)量的1%~3%。
【文檔編號(hào)】C22C1/04GK103540779SQ201210240150
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月12日
【發(fā)明者】符立才, 劉維民, 楊軍, 馬吉強(qiáng), 畢秦嶺 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所