纳米W-Cu复合粉体制备的研究进展

W-Cu复合材料结合了W、Cu金属各自优良性能,具有良好的高温强度、延展性、抗电弧烧结性、耐高温氧化和低膨胀系数等特点,广泛应用于机械加工、国防工业、航空航天、电子信息、军事等领域。以超细纳米W-Cu复合粉体为原材料是制备出性能优越的W-Cu复合材料的主要途径之一,受到国内外学者的广泛关注。主要总结了W-Cu超细纳米复合粉体的制备方法,如机械合金化法、化学共沉淀法、水热合成-共还原法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法、冷冻-干燥法、燃烧法等,并通过分析现阶段制备W-Cu纳米复合粉体存在的问题,提出了未来该领域的研究方向。

机械热化学法制备纳米W-Cu复合粉末及其烧结性能研究

WO3和CuO原料粉末经气流粉碎后,在H2气氛中进行共还原,制得了Cu含量为20%（wt%）的纳米W-Cu复合粉末;通过X射线衍射,透射电镜和扫描电镜等方法研究分析所制备W-Cu粉末的烧结行为和烧结体性能。结果表明：气流粉碎可以明显地降低WO3和CuO的粒度;通过对气流粉碎氧化物粉末进行共还原,可获得粒度为50-100nm的W-Cu复合粉末。该粉末烧结活性较高,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结后相对密度可达98%以上,且烧结体晶粒细小均匀。其抗弯强度和维氏硬度分别超过1000MPa和300MPa,电导率高于35%IACS。

纳米W-Cu复合粉末的制备及其性能表征

采用蒸氨均相共沉淀法,即加热含有Cu2+和WO42-的氨络合物溶液,使氨蒸发,获得沉淀物,然后对沉淀物进行煅烧、还原,最终制得了含Cu量为20%的W-Cu复合粉.对沉淀物和W-Cu复合粉的组成和粒度等进行了表征.同时对于不同温度下烧结上述W-Cu复合粉压坯所得烧结体的微结构和物理、力学性能等进行了测试分析.试验结果表明,蒸氨均相共沉淀法制备的W-Cu复合粉体具有纳米粒度和均匀的化学组成,其烧结活性高,在较低温度下烧结即可达很高的致密化程度;所得烧结体具有良好的物理、力学性能.

纳米W-Cu合金热压收缩动力学曲线特征

采用纳米W-Cu合金粉进行热压烧结,研究热压压力、热压气氛、钨粉粒度对热压烧结收缩动力学曲线的影响,观察和测定合金中钨晶粒的长大,测定部分力学性能,实验结果表明,采用纳米W-Cu合金粉在H_2中热压烧结的方法可以在较高压力、很低的烧结温度下制成钨晶粒的超细晶粒W-Cu合金,其相对密度可达98.8％,高温500℃的力学性能远远超过常规W-Cu合金。

Cu含量对纳米晶W-Cu复合粉末烧结行为的影响

研究了Cu含量对机械合金化纳米晶W_xCu(x=15,20,25)复合粉末烧结行为的影响 ,并考察了一种新型晶粒长大抑制剂对抑制W晶粒长大的作用 ,探讨了其作用机理。结果表明 ,Cu含量增加有利于烧结致密化 ,并减弱聚晶长大的趋势。纳米晶W_Cu粉末在1200～1250℃烧结30min后 ,致密度为97 %～98%,对应的晶粒度约为300～500nm ,其中1200℃烧结30min对应的晶粒尺寸约为300～350nm ,明显低于国外1μm的晶粒度水平 ,新型晶粒长大抑制剂有望对W晶粒长大有明显的抑制效果。

纳米复合W-Cu FGM的致密性及界面结合特征

以溶胶-喷雾干燥-热还原制备的纳米晶W-Cu复合粉末为原料,通过球磨改性、叠层压制和一步液相烧结分别制备3种两层梯度复合细晶W-Cu材料(W-10Cu/W-30Cu,W-20Cu/W-30Cu和W-30Cu/W-50Cu),对其致密度、组织成分特征及界面结合性能进行研究与分析。结果表明:3种梯度材料各均质层都达到高致密(相对密度>98%);梯度材料具有明显的梯度组织,界面结合完好,Cu相呈连续网状结构,包裹在均匀分布的细小W晶粒周围;成分呈阶梯式变化,各层成分因Cu相的迁移和流失与初始设计值有一定的偏差;材料力学性能呈现梯度性,界面显微硬度处在两层显微硬度之间,结合强度高于各自富Cu层的拉伸强度,表明纳米复合W-Cu功能梯度材料各成分层之间有着优良的结合性。

高能球磨时间对W-Cu纳米晶复合粉体组织和性能的影响

采用机械合金化法制备W-20%Cu(质量分数)纳米晶复合粉体。通过XRD,SEM等方法对球磨后的复合粉体进行表征,研究球磨时间对复合粉体的物相成分、晶粒尺寸、微观应变以及表面形貌的影响,并探讨机械合金化过程中过饱和固溶体的形成机制。结果表明:随着球磨时间的延长,W的晶粒尺寸及晶格常数不断减小,微观应变逐渐增大;球磨40 h后W的平均晶粒尺寸为22 nm左右;机械合金化工艺可显著提高Cu在W中的固溶度;复合粉体的最终形态为细小均匀的颗粒状。

微量Ni对W-Cu纳米复合材料制备及热性能影响研究

采用化学共沉淀法和氢气还原工艺制备了钨铜纳米复合粉体,通过放电等离子烧结技术在不同温度下实现了钨铜合金的快速烧结,研究了微量活性剂Ni的添加对钨铜复合粉体形貌、烧结行为以及合金性能的影响。结果表明:微量Ni(0.5%)的添加使复合粉体粒径长大更充分且颗粒分布更加均匀;当烧结参数为温度970℃、压力120 MPa、保温时长10 min的最优值时,W-20%Cu-0.5%Ni粉体经SPS烧结后,合金中W颗粒平均晶粒为362.9 nm,相对密度为97.7%,孔隙率为2.10%,显微硬度为474.74HV,以上性能均优于相同SPS工艺制备的W-20%Cu合金。

水热共还原法制备W包Cu纳米粉体的工艺研究及表征

以钨酸钠（Na2WO4·2H2O）和硝酸铜（Cu（NO3）2·3H2O）为原料,采用水热反应结合连续煅烧还原工艺制备W/Cu纳米复合粉体,利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、能谱分析仪（EDS）等检测手段,分别对制备过程中各步骤的产物及最终复合粉的组成、形貌及微观结构进行表征,初步分析粉体合成的反应过程及合成机制。研究结果表明：在水热过程中,钨酸钠和硝酸铜发生共沉淀反应,生成类球形的Cu WO4·2H2O和Cu2WO4（OH）2复合络合物,该络合物粉末具有良好的分散性且无硬团聚,颗粒粒度均匀,平均粒径为10~15 nm。750℃煅烧后,水热产物脱水、分解,转变为由Cu WO4-x,Cu O和WO3组成的混合氧化物粉体。经800℃氢气还原,氧化物完全转化成W-Cu复合粉末,该W-Cu复合粉末呈一种特别的W包覆Cu的近球形结构,平均粒径为10~60 nm,且Cu的存在对氧化钨的还原起到了催化作用,致使钨相提早出现。

水热还原法制备W-Cu复合粉体的工艺研究及表征

利用XRD、SEM、TEM等检测手段,对制备新型W-Cu合金过程中的产物显微组织进行研究和标定。结果表明:水热过程中,Na_2WO_4·2H_2O和Cu(NO_3)_2·3H_2O发生反应,水热反应产物主要由球形Cu WO_4·2H_2O和Cu_2WO_4(OH)_2的复合络合物组成,该络合物粉末分散性好,粒度均匀,平均粒径10~15 nm;煅烧后,水热产物转变为由CuWO_(4-x)、CuO和WO_3组成的混合氧化物粉体;经H2还原,氧化物粉末完全转化成W-Cu复合粉末,呈一种特别的W包覆Cu的近球形结构,平均粒径为20~60 nm,且Cu的存在对WO3的还原起催化作用。