本發明涉及一種材料技術領域的金屬基復合材料的制備方法，具體地說，涉及的是一種制備顆粒彌散強化金屬基復合材料的方法。

背景技術：
近十多年來，納米技術的興起與快速發展為顆粒彌散強化金屬基復合材料的研究注入了新的活力。如應用納米技術使復合材料晶粒細化后，將會導致材料的電導率、熱導率、強度、增強率、硬度、高溫穩定性、耐磨性、抗電弧燒蝕能力等許多性質發生明顯變化，并隨之引起材料微觀組織的進一步均勻化及綜合性能的改善。國內外復合材料研究人員已經發現了納米復合材料的使用優點，并積極研制開發新方法和新工藝，以提高其各項性能。目前，納米技術已在顆粒彌散強化金屬基復合材料方面獲得了一定的應用。經檢索，國內外關于納米技術在顆粒彌散強化金屬基復合材料應用方面的研究報道，如：1)中國發明專利：一種納米TiB2顆粒增強金屬基復合材料及其制備方法，申請號：2012104133357，公開號：CN102925737A.2)中國發明專利：碳包覆鎳納米顆粒增強銀基復合材料的制備方法，申請號：200810153154.9，公開號：CN101403105A.3)中國發明專利：一種納米氧化物改性銅基電接觸材料的制備方法，申請號：201210442488.4，公開號：CN102912208A.4)中國發明專利：納米顆粒增強金屬基復合材料制備工藝及設備，申請號：201010126913X，公開號：CN101829777A.目前，顆粒彌散強化金屬基復合材料納米粉體的制備方法主要是高能球磨法，該方法是采用高能球磨實現金屬基體和增強相顆粒納米化以及混合過程中實現金屬基體與增強相間的高能處理改性。但納米粒子粒徑小，表面能高，具有自發團聚的趨勢，因此，在高能球磨過程一旦停止，便會出現納米粒子的團聚現象，會造成混合不均勻，進而導致增強相在基體材料中的分布不均，使顆粒彌散強化金屬基復合材料的性能劣化。且高能球磨不能實現復合材料的連續化生產。

技術實現要素：
本發明針對上述現有技術存在的不足和缺陷，提供一種制備顆粒彌散強化金屬基復合材料的方法。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：將已有增強相納米粉體制成增強相的納米膠體懸浮溶液，然后與基體金屬鹽溶液及其還原劑通過微反應器進行還原反應，實現基體金屬在增強相顆粒表面的沉積包覆，未能沉積在增強相表面的基體金屬顆粒與包覆復合顆粒實現均勻混合，避免納米顆粒的團聚，實現增強相包覆體與基體的均勻混合，提高顆粒彌散強化金屬基復合材料的性能，且可實現連續化、自動化生產。該方法采用微反應器技術，可實現對合成過程的精確控制，同時可消除過程的放大效應，可以直接用于工業生產。本發明所述的制備顆粒彌散強化金屬基復合材料的方法，包括以下步驟：第一步，將增強相粉體制成納米膠體懸浮溶液。較好的，增強相可以為任意C、Me、MeO、MeC、MeN、MeB材料，納米膠體懸浮溶液的制備方法可以是超聲分散過程中加分散劑，也可以是機械分散過程中加入分散劑，還可以是化學合成(所選用原料要避免反應后溶液中存在難去除的雜質離子)過程中加分散劑。更好的，所加分散劑為不會引入雜質離子的有機高分子分散劑，如可以采用聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙二醇PEG1500，PEG20000、油酸、聚乙烯醇PVA、聚丙烯酸PAA、辛基酚聚氧乙烯醚OPE、檸檬酸、高分子多元醇EO、四氫呋喃THF、聚乙二醇單甲醚MPEG等。第二步，第一步獲得的增強相顆粒的納米膠體懸浮溶液與基體金屬的鹽溶液及其還原劑共同進入微反應器進行反應，使基體金屬被還原沉積包覆在增強相顆粒表面，未能沉積在增強相表面的基體金屬顆粒與包覆復合顆粒實現均勻混合。較好的，基體為可以采用濕法還原制備的金屬Me材料，制備原料和過程參數根據具體基體金屬材料和增強相與基體金屬的質量比而定，所選用原料要避免反應后溶液中存在難去除的雜質離子。較好的，在第一步添加分散劑的基礎上，本步驟反應中可以進一步添加分散劑，從而能夠取得更好的混合效果。第三步，向第二步獲得的溶液中加入非離子有機高分子絮凝劑進行顆粒沉降；其中非離子有機高分子絮凝劑可以采用聚丙烯酰胺(PAM)等，當然也可以是其他的絮凝劑，只要所選用絮凝劑能在燒結后分解無殘留即可。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到增強相顆粒在基體中均勻分布的顆粒彌散強化金屬基復合材料。本發明上述方法制備的顆粒彌散強化金屬基復合材料，基體金屬均勻地包覆在增強相顆粒表面，增強相顆粒均勻彌散在基體中，增強相材料為一種材料或多種材料混合物。同時本發明上述方法中可通過微反應器并聯實現規?；a。本發明所采用顆粒彌散強化金屬基復合材料的制備方法與以往傳統的方法有顯著不同，本發明采用的方法是：首先將已有增強相納米粉體制成增強相的納米膠體懸浮溶液；然后采用微反應器將該增強相的懸浮液與基體金屬的鹽溶液及其還原劑按一定比例(還原劑根據金屬鹽的類型選擇，一般還原劑與金屬鹽的摩爾比大于正常完成氧化還原反應的的配比，確定了還原劑與金屬鹽摩爾比之后，再根據最終復合材料中增強相與基體金屬的質量比確定增強相的懸浮液與基體金屬的鹽溶液的配比)進行還原反應，從而使基體金屬沉積包覆在增強相顆粒的表面，而未能沉積在增強相表面的基體金屬顆粒與包覆復合顆粒均勻混合(為防止顆粒在溶液中團聚，可以在制備增強相納米膠體懸浮溶液時加入分散劑，或者同時在基體金屬包覆在增強相顆粒表面時加入分散劑)，并向充分反應和混合后的溶液中加入絮凝劑使顆粒沉降，再依次進行過濾、烘干、壓坯、燒結、擠壓。與現有技術相比，本發明具有的有益效果：該方法獲得的顆粒彌散強化金屬基復合材料，顆粒極細，使得復合材料的強度和硬度等性能提高，且增強相在基體中的分布更均勻，進一步改善材料的綜合性能。該方法采用微反應器技術，可實現對包覆過程的精確控制，同時可消除過程的放大效應，可以直接用于工業生產。該方法工藝簡單，流程短，成本低，且可實現連續化、自動化生產。具體實施方式以下對本發明的技術方案作進一步的說明，以下的說明僅為理解本發明技術方案之用，不用于限定本發明的范圍，本發明的保護范圍以權利要求書為準。以下通過具體應用的實施例來對本發明詳細的技術操作進行說明。在以下實施例中，烘干溫度可以選擇200～400℃，烘干時間3～5小時；壓坯的壓強可以選擇100～300MPa，壓坯時間為5～20min；燒結溫度可以選擇500～700℃，燒結時間為2～5h；擠壓操作中擠壓比可以選擇100～200，擠壓速度為5～15cm/min。當然，本發明其他實施例中也可以不局限于上述這些參數。實施例一以制備AgC5顆粒彌散強化金屬基復合材料為例第一步，將已有石墨納米粉體通過在超聲分散過程中加入分散劑制備石墨的納米膠體懸浮溶液，所加分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、辛基酚聚氧乙烯醚(OPE)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、檸檬酸中的一種或兩種。第二步，將第一步獲得的增強相石墨的納米膠體懸浮溶液與AgNO3、抗壞血酸溶液共同進入微反應器進行反應，使Ag+被還原沉積包覆在增強相石墨顆粒的表面。其中：石墨膠體懸浮溶液和AgNO3、抗壞血酸溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和AgC5復合材料質量比95∶5計算而得，以AgC5為例，計算過程如下：Ag和C的質量比為95∶5，AgNO3溶液濃度為0.5mmol/L，抗壞血酸溶液濃度為1.5mmol/L，石墨膠體懸浮溶液濃度0.3mmol/L，在假設VAgNO3∶V抗壞血酸＝1∶1的條件下，則相同時間內，Ag膠體的獲得最大質量為0.5*108tVAgNO3，石墨膠體的質量為0.3*12tVC，為達到成分質量比，則0.5*108tVAgNO3∶0.3*12tVC＝95∶5，因此VAgNO3∶VC≈1.27，由于AgNO3溶液與抗壞血酸溶液不一定完全反應生成Ag，因此VAgNO3∶VC＞1.27。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為1～5mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為200℃，時間3小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為100MPa，壓坯時間為5min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為500℃，燒結時間為2h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到石墨顆粒在Ag基體中均勻分布的AgC5復合材料。其中，擠壓比為100，擠壓速度為5cm/min。本實施例最終獲得石墨顆粒在Ag基體中均勻分布的AgC5復合材料，測得該AgC5材料的硬度為HV43～45，相比傳統固態混粉工藝提高了15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。實施例二以制備AgNi20顆粒彌散強化金屬基復合材料為例第一步，采用微反應器制備增強相Ni的納米膠體懸浮溶液。Ni納米膠體懸浮溶液的制備如下：將Ni(NO3)2、乙醛以摩爾濃度比1∶4在交替彎曲微通道微反應器中進行反應，同時加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙二醇(PEG1500，PEG20000)或油酸等，總流速為2～5mL/min；第二步，第一步獲得的Ni納米膠體懸浮溶液與AgNO3、抗壞血酸溶液共同進入微反應器進行反應，使Ag+被還原沉積包覆在增強相Ni顆粒的表面，同時加入分散劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯醇(PVA)或聚丙烯酸(PAA)等。其中：各溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和AgNi20復合材料質量比80∶20計算而得。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為2～6mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為250℃，時間3.5小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為150MPa，壓坯時間為7min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為550℃，燒結時間為2.7h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到Ni顆粒在Ag基體中均勻分布的AgNi20復合材料。其中，擠壓比為125，擠壓速度為7cm/min。本實施例最終獲得Ni顆粒在Ag基體中均勻分布的AgNi20復合材料，測得該AgNi20材料的抗拉強度為280～320Mpa，硬度為HV85～100，相比傳統固態混粉工藝分別提高了10％和15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。實施例三以制備Ag(SnO2)12顆粒彌散強化金屬基復合材料為例第一步，將已有SnO2納米粉體通過在超聲分散過程中加入分散劑制備SnO2的納米膠體懸浮溶液，所加分散劑為聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)中的一種或兩種。第二步，第一步獲得的SnO2納米膠體懸浮溶液與AgNO3、抗壞血酸溶液共同進入微反應器進行反應，使Ag+被還原沉積包覆在增強相SnO2顆粒的表面。其中：各溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和Ag(SnO2)12復合材料質量比88∶12計算而得。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為3～7mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為300℃，時間4小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為200MPa，壓坯時間為10min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為600℃，燒結時間為3.5h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到SnO2顆粒在Ag基體中均勻分布的Ag(SnO2)12復合材料。其中，擠壓比為150，擠壓速度為10cm/min。本實施例最終獲得SnO2顆粒在Ag基體中均勻分布的Ag(SnO2)12復合材料，測得該Ag(SnO2)12材料的抗拉強度為240～280Mpa，硬度為HV75～80，相比傳統固態混粉工藝分別提高了10％和15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。實施例四以制備AgWC12C3顆粒彌散強化金屬基復合材料為例第一步，將已有WC和C納米粉體通過在超聲分散過程中加入分散劑分別制備WC和C的納米膠體懸浮溶液，并將二者充分混合，所加分散劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、檸檬酸、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)中的一種或兩種或三種。第二步，第一步獲得的WC和C納米膠體懸浮溶液與AgNO3、抗壞血酸溶液共同進入微反應器進行反應，使Ag+被還原沉積包覆在增強相WC和C顆粒的表面。其中：各溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和AgWC12C3復合材料質量比85∶12∶3計算而得。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為4～8mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為350℃，時間為4.5小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為250MPa，壓坯時間為15min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為650℃，燒結時間為4.2h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到C和WC顆粒在Ag基體中均勻分布的AgWC12C3復合材料。其中，擠壓比為175，擠壓速度為12cm/min。本實施例最終獲得C和WC顆粒在Ag基體中均勻分布的AgWC12C3復合材料，測得該AgWC12C3材料的硬度為HV30～35，相比傳統固態混粉工藝提高了15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。實施例五以制備Cu(TiN)4顆粒彌散強化金屬基復合材料為例第一步，將已有TiN納米粉體通過在機械分散過程中加入分散劑制備TiN的納米膠體懸浮溶液，所加分散劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或檸檬酸等。第二步，第一步獲得的TiN納米膠體懸浮溶液與Cu(NO3)2、N2H4·H2O溶液共同進入微反應器進行反應，使Cu2+被還原沉積包覆在增強相TiN顆粒的表面，同時加入分散劑四氫呋喃(THF)或聚乙二醇單甲醚(MPEG)或烯吡咯烷酮(PVP)。其中：各溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和Cu(TiN)4復合材料質量比96∶4計算而得。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為3～7mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為400℃，時間為5小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為300MPa，壓坯時間為20min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為700℃，燒結時間為5h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到TiN顆粒在Cu基體中均勻分布的Cu(TiN)4復合材料。其中，擠壓比為200，擠壓速度為15cm/min。本實施例最終獲得TiN顆粒在Cu基體中均勻分布的Cu(TiN)4復合材料，測得該Cu(TiN)4材料的抗拉強度為500～550MPa，硬度為HV260～280，相比傳統固態混粉工藝分別提高了10％和15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。實施例六以制備Cu(TiB2)30顆粒彌散強化復合材料為例第一步，將已有TiB2納米粉體通過在機械分散過程中加入分散劑制備TiB2的納米膠體懸浮溶液，所加分散劑為四氫呋喃(THF)、聚乙二醇單甲醚(MPEG)、高分子多元醇(EO)、檸檬酸中的一種或兩種。第二步，第一步獲得的TiB2納米膠體懸浮溶液與Cu(NO3)2、N2H4·H2O溶液共同進入微反應器進行反應，使Cu2+被還原沉積包覆在增強相TiB2顆粒的表面。其中：各溶液進入微反應器的流速比由各溶液摩爾濃度和Cu(TiB2)30復合材料質量比70∶30計算而得。采用交替彎曲微通道反應器，總流速為2～6mL/min。第三步，向第二步獲得的溶液中加入絮凝劑聚丙烯酰胺(PAM)進行顆粒沉降。第四步，將第三步沉降獲得的絮凝物進行過濾。第五步，將第四步獲得的濾渣進行烘干。其中溫度為300℃，時間為5小時。第六步，將第五步獲得的粉體進行壓坯。其中壓強為300MPa，壓坯時間為15min。第七步，將壓坯獲得的坯體進行燒結。其中：燒結溫度為700℃，燒結時間為4.5h。第八步，將燒結獲得的坯體進行擠壓，得到TiB2顆粒在Cu基體中均勻分布的Cu(TiB2)30復合材料。其中，擠壓比為180，擠壓速度為14cm/min。本實施例最終獲得TiB2顆粒在Cu基體中均勻分布的Cu(TiB2)30復合材料，測得該Cu(TiB2)30材料的抗拉強度為600～659Mpa，硬度為HV200～218，相比傳統固態混粉工藝分別提高了10％和15％以上，材料的綜合性能也得到進一步改善。以上所述僅為本發明的部分較佳實施例而已，并非對本發明的技術范圍做任何限制。凡在本發明的精神和原則之內做的任何修改，等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。