一种含氮化铝复合金属粉末的制备方法.pdf

一种含氮化铝复合金属粉末的制备方法，该方法以金属粉包括铜粉、钛粉、铝粉，或金属包括铜、钛、铝和铝的合金粉末为原料，以氨水或液氮为反应剂，加入球磨机中进行机械合金化处理，并控制好机械合金化的时间、转速、球料比等技术条件，使得合金粉末中铝发生全部或部分氮化，最终获得含氮化铝复合金属粉末。制备了这种含氮化铝复合金属粉末后，就可通过压制、烧结、加工等工艺来制备含氮化铝增强金属的金属基复合材料，可以应用到需要散热快的电器设备中。

1、  一种含氮化铝复合金属粉末的制备方法，其特征是，该法的配方是原料+反应物，所述原料是金属粉和铝粉；或金属与铝的合金粉末，其中铝元素占合金量的0.6-40％，余量为金属；粉末粒度小于45微米，所述反应物是氨水或液氮，氨水浓度为25-35重量％，其加入量以原料中每生成1克氮化铝需加入2-5ml的氨水或1-3ml液氮来确定。

2、  跟据权利要求1所述的含氮化铝复合金属粉末的制备方法，其特征是金属粉是铜粉、钛粉或铝粉。

3、  跟据权利要求2所述的含氮化铝复合金属粉末的制备方法，其特征是，所述金属与铝的合金是铜、钛或铝与铝的合金。

4、  据据权利要求3所述的含氮化铝复合金属粉末的制备方法，其特征是，氨水浓度为25-35重量％。

5、  一种含氮化铝复合金属粉末的制备方法，将权利要求1-4中任一项所述的配方原料加入球磨机中进行机械合金化处理，其特征是，机械合金化时间为6-30小时，机械合金化转速为150-300转/分钟，合金化用球为氧化铝陶瓷球或不锈钢球，球料比为1∶5或2∶3或3∶2。

6、  跟据权利要求5所述的含氮化铝复合金属粉末的制备方法，其特征是，采用高能球磨罐进行机械合金化处理。

一种含氮化铝复合金属粉末的制备方法
(一)技术领域：金属基复合材料科学领域
(二)背景技术：金属基复合材料强化的一个主要手段是引入第二强化相(陶瓷相)形成复合材料，以满足不同使用环境条件下的性能要求。氮化铝陶瓷材料热导率高(与铝相近)、无毒、材料来源广泛，以及介电常数和机械性能与氧化铝接近等优点，广泛应用于高导热基板材料。将氮化铝加入金属中能够制备高导热率、高强度和硬度地金属基复合材料，可以应用到需要散热快的电器设备中。关于含氮化铝复合金属粉末的制备方法没见报道。而公知的第二相增强金属基复合材料的制备方法有以下几种：
1.粉末冶金法：公知的粉末冶金法制备金属基复合材料是将金属粉和增强相粉末充分混合，混合粉末再经过压制成形、烧结、复压复烧、挤压拉拔或轧制工艺制备金属基复合材料；
2.复合铸造法：是指将合金元素或通过第二强化相与金属一起熔化或先熔化金属，再将第二相加入到熔融的金属液中，然后剧烈搅拌熔体至半凝固态时注入铸模，最后通过挤压拉拔或轧制工艺制备制成金属基复合材料；
3.内氧化法：该方法是以两种金属制备的合金粉末，放置在一定氧分压的气氛条件下加热，使得其中一种金属进行氧化来生成第二相颗粒，然后进行压制、烧结、加工等手段来制备第二相颗粒增强金属基复合材料。
4.反应合成法：该方法是以两种(或两种以上)金属制备的合金粉末和基体金属氧化物粉末为原料，经过压制成型后，在控制制备工艺条件下，生成金属氧化物颗粒增强基体材料的一种制备方法。
公知的第二相颗粒增强金属基复合材料的制备技术中，粉末冶金法工艺比较复杂，粉末界面易污染、界面结合差；复合铸造法容易在搅拌的过程中吸气，造成产品中气孔多，性能下降；内氧化法难以控制氧化气氛，在对第二相金属进行氧化的同时，造成对对基体金属的氧化，使得所获得的复合材料达不到预期性能；反应合成法对基体金属氧化物的性能有很高的要求，一般基体金属氧化物很难达到要求，限制了该方法在颗粒增强金属基复合材料中的广泛应用。
(三)发明内容
本发明的目的不仅是针对公知技术存在的不足而研制成功的一种新方法，而且是制备含氮化铝复合金属粉末而采用的一种制备技术；该方法以金属粉(包括铜粉、钛粉、铝粉)，或金属(包括铜、钛、铝)和铝的合金粉末为原料，以氨水或液氮为反应剂，并控制好机械合金化的时间与转速，使得合金粉末中铝发生全部或部分氮化，最终获得含氮化铝复合金属粉末。制备了这种含氮化铝复合金属粉末后，就可通过压制、烧结、加工等工艺来制备用氮化铝增强金属的金属基复合金材料了。本发明是通过下面的技术方案实现的。
先采用公知的制粉技术制备金属粉末和铝粉(或者直接制备金属与铝的合金粉)，然后与氨水(或液氮)一起做为原料，控制机械合金化的时间与转速进行机械合金化处理，最终获得含氮化铝的复合金属粉末。
一、物料成分、粒度及其所占重量百分比：
1)原料：金属粉包括铜粉、钛粉、铝粉和铝粉；或金属包括铜、钛、铝与铝的合金粉末，其中铝元素占合金总重量的0.6-40％，余量为金属粉末，原料可为100％铝粉末；粒度小于45微米；
2)反应物：氨水或液氮，加入量以原料中每生成1克氮化铝需加入2--5毫升的氨水或1--3毫升的液氮比例确定，氨水浓度25-35重量％.
二、物料配方：原料+反应物
三、机械合金化技术条件：配好的物料入球磨机进行机械合金化处理
1)机械合金化时间：6-30小时；
2)机械合金化转速：150-300转/分钟；
3)机械合金化用球：氧化铝陶瓷球或不锈钢球；
4)球料比：1∶5或2∶3或3∶2。
与共知技术相比所具有的优点及积极效果：
通过高能机械合金化处理，提高了粉末中铝的表面活性，并使得氨水中的氮与其发生反应生成所需要的氮化铝。由于反应是在高能机械合金化过程中进行，铝表面活性强，易形成需要的氮化铝，且生成的氮化铝在机械合金化过程中被镶嵌进入到表面活性较高的金属粉末中，形成金属与氮化铝的复合金属粉末，这种较高活性的金属粉末与新生成的氮化铝在高能机械合金化的作用下，表面新鲜，易形成结合较牢固的金属与氮化铝复合粉末。所获得的含氮化铝复合金属粉末再通过压制烧结后，可获得较高综合性能的金属氮化铝复合材料。
另外，这种制备方法，氮化铝的含量在机械合金化的过程中完成，易于调整，可制备满足不同性能要求的金属氮化铝复合材料。
(四)具体实施方案：
实施例一
按0.7重量％的铝粉和99.3重量％的铜粉，以及2ml/g氨水为物料；并以球料比为2∶3、转速为150转/min，时间为8小时的条件下进行机械合金化处理，氨水浓度为35重量％。
实施例二
按20重量％的铝粉与80重量％的钛粉或100重量％的铝粉，以及3ml/g液氮为原料；并以球料比为1∶5、转速为280转/min，时间为30小时的条件下进行机械合金化处理。
实施例三
按100重量％的铜铝合金粉(其中，铝占合金重量的40％)或钛铝合金粉(其中，铝占合金重量的40％)，以及3ml/g氨水为原料；并以球料比为3∶2、转速为200转/min，时间为20小时的条件进行机械合金化处理，氨水浓度为25重量％。