一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法，将镶嵌体放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油并干燥，将镶嵌体按照一定大小和体积占比与不同目数的铜基体粉末根据艺术制造的需要进行整体排布，镶嵌体的色泽要与铜基体粉末色泽不同，并进行烧结，烧结完成后在一定温度下进行扩散退火，最终获得多彩复合材料坯料，并进行后续的加工形成多彩复合材料成品。本发明与熔炼铸造法相比成品率高，净终成型，与常规粉末冶金生产方法相比色泽、形状和图案美观多彩。本发明制备工艺适合产业化生产，可适用于艺术、纪念印章、装饰等领域。

权利要求

1.一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤（1）预处理：a、将镶嵌体进行除油、烘干处理，所述镶嵌体色泽为玫瑰金色、银白色、金黄色、红色中的一种或两种以上，玫瑰金色的镶嵌体材料为玫瑰金色铜合金，银白色的镶嵌体材料为银白色铜合金，金黄色的镶嵌体材料为金黄色铜合金，红色的镶嵌体材料为紫铜；所述镶嵌体体积占整个复合材料体积比为10% 30%；b、采用铜及铜合金作为基体粉~体，所述基体粉体目数为100目 500目；

~

3

步骤（2）装料：将镶嵌体、基体粉体装入模具中，其中，单个镶嵌体的体积为30mm~3

150mm，每层基体粉体铺设厚度为20mm 50mm，镶嵌体的分布根据艺术制造的需要排布；

~

步骤（3）烧结：将步骤（2）装好料的模具进行烧结、脱模得到复合材料坯料；所述烧结为SPS烧结和热等静压烧结中的一种；所述的SPS烧结，其烧结工艺为升温速率50℃/min 100~℃/min，烧结温度600℃ 700℃，烧结压力30MPa 40MPa，保温时间5min 20min；

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所述的热等静压烧结，模具在真空环境下除气和密封，其烧结工艺为烧结温度600℃~

800℃，烧结压力60MPa 100MPa，保温时间1h 2h；

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步骤（4）退火：将步骤（3）得到的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，其中，退火温度为750℃～900℃，保温时间为2～6h，获得艺术用粉末冶金复合材料坯料；

步骤（5）加工成形：将步骤（4）获得的坯料，雕刻或压印成艺术用粉末冶金复合材料成品。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述玫瑰金色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥80、红绿值a：6～8、蓝黄值b：12～14；所述银白色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥75、红绿值a：‑2～2、蓝黄值b：3～8；所述金黄色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥85、红绿值a：2～

6、蓝黄值b：20～25；所述红色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥80、红绿值a：12～15、蓝黄值b：

16～20。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镶嵌体的形状为圆球形、圆柱形、方块形、异型块料中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体粉体的色泽为玫瑰金色、银白色、金黄色和红色中的一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，玫瑰金色的基体粉体为玫瑰金色铜合金，银白色的基体粉体为银白色铜合金，金黄色的基体粉体为金黄色铜合金，红色的基体粉体为紫铜。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体粉体与镶嵌体的色泽不同。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）将镶嵌体放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于60℃ 150℃烘箱内烘干，处理时间为5min 15min。

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说明书

一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及粉末冶金复合材料的制备方法，具体涉及一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法，主要应用于艺术、纪念印章、装饰等领域。

背景技术

[0002] 根据合金元素和种类的不同，金属会呈现出银白色、红色、金黄色、玫瑰金色等各种金属色泽。近年来，随着人们对金属工艺美术制品的需求越来越高，人们希望所开发的合金材料本身具有各种美观的色泽，并借助多种色泽的材料来制备出各式各样的金属艺术制品。因此，开发出兼具多彩色泽和图案的铜合金复合材料势在必行。

[0003] CN110814321A公布了一种艺术用多彩复合材料的制备方法，主要采用熔炼铸造的方式来制备多彩复合材料，但该方法采用的铸造工艺窗口较窄，铸造难度较大，成品率低。

[0004] 粉末冶金通常是将金属粉末或者是金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，通过成型和烧结，从而获得金属材料、复合材料以及各种类型制品的技术。目前的粉末冶金方法还未有关于通过块状金属与金属粉末作为混合原料，并设定好不同色泽和图案，从而获得多彩生动的粉末冶金复合材料制备方法。

发明内容

[0005] 针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法，以满足艺术、纪念印章、装饰等领域的需求。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的。

[0007] 一种艺术用粉末冶金复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

[0008] 步骤(1)预处理：a、将镶嵌体进行除油、烘干处理，所述镶嵌体色泽为玫瑰金色、银白色、金黄色、红色中的一种或两种以上，所述镶嵌体体积占整个复合材料体积比为10％～30％；b、采用铜及铜合金作为基体粉体，所述基体粉体目数为100目～500目；

[0009] 步骤(2)装料：将镶嵌体、基体粉体装入模具中，其中，单个镶嵌体的体积为30mm33
～150mm，每层基体粉体铺设厚度为20mm～50mm，镶嵌体的分布根据艺术制造的需要排布；

[0010] 步骤(3)烧结：将步骤(2)装好料的模具进行烧结、脱模得到复合材料坯料；

[0011] 步骤(4)退火：将步骤(3)得到的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，其中，退火温度为750℃～900℃，保温时间为2～6h，获得艺术用粉末冶金复合材料坯料；

[0012] 步骤(5)加工成形：将步骤(4)获得的坯料，雕刻或压印成艺术用粉末冶金复合材料成品。

[0013] 进一步地，所述玫瑰金色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥80、红绿值a：6～8、蓝黄值b：12～14；所述银白色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥75、红绿值a：‑2～2、蓝黄值b：3～8；所述金黄色的镶嵌体色泽，色泽要求亮度值L≥85、红绿值a：2～6、蓝黄值b：20～25；所述红色的镶嵌体，色泽要求亮度值L≥80、红绿值a：12～15、蓝黄值b：16～20。

[0014] 进一步地，所述玫瑰金色的镶嵌体材料为玫瑰金色铜合金，银白色的镶嵌体材料为银白色铜合金，金黄色的镶嵌体材料为金黄色铜合金，红色的镶嵌体材料为紫铜。

[0015] 进一步地，所述镶嵌体的形状为圆球形、圆柱形、方块形、异型块料中的一种或两种以上。

[0016] 进一步地，所述基体粉体的色泽为玫瑰金色、银白色、金黄色和红色中的一种。

[0017] 进一步地，玫瑰金色的基体粉体为玫瑰金色铜合金，银白色的基体粉体为银白色铜合金，金黄色的基体粉体为金黄色铜合金，红色的基体粉体为紫铜。

[0018] 进一步地，所述基体粉体与镶嵌体的色泽不同。

[0019] 进一步地，所述步骤(1)将镶嵌体放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于60℃～150℃烘箱内烘干，处理时间为5min～15min。

[0020] 进一步地，所述步骤(3)烧结为SPS烧结(放电等离子烧结)和热等静压烧结中的一种。

[0021] 进一步地，所述的SPS烧结，其烧结工艺为升温速率50℃/min～100℃/min，烧结温度600℃～700℃，烧结压力30MPa～40MPa，保温时间5min～20min。

[0022] 进一步地，所述的热等静压烧结，模具在真空环境下除气和密封，其烧结工艺为烧结温度600℃～800℃，烧结压力60MPa～100MPa，保温时间1h～2h。

[0023] 本发明的有益技术效果：

[0024] 1)与熔炼铸造工艺相比，本发明的复合材料镶嵌体内部坍塌熔化的几率小，成品率高，净终成型，可以设置的颜色和图案变化更多，色彩更丰富。与常规粉末冶金生产方法相比色泽、形状和图案美观多彩。本发明制备工艺适合产业化生产，可适用于艺术、纪念印章、装饰等领域。

[0025] 2)与普通粉末冶金工艺相比，本发明的复合材料可以使铜粉与镶嵌块进行很好的复合，不仅可以根据需要制备不同色泽、不同形状和不同图案的多彩复合材料，同时基体粉末与镶嵌块还具有较好的冶金结合，不会因后续的冷变形而开裂。

[0026] 3)本发明复合材料的镶嵌块和基体粉末的色泽、复合工艺的匹配关系是现有文献或专利报道的复合材料所没有的。

附图说明

[0027] 图1为一种多彩粉末冶金复合材料坯料示意图。

[0028] 图中：1.方形镶嵌体‑红色，2.圆形镶嵌体‑玫瑰金色，3.粉体基体‑银白色。

[0029] 图2为粉末冶金复合材料发生冶金结合的显微组织图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0031] 实施例1

[0032] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于100℃烘箱内烘干，处理时间为10min，所述镶嵌体合金色泽为红色，其色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：14、蓝黄值b：18，形状为圆球形，材质为紫铜。选择铜及其合金基体粉体的目数为500目，基体色泽为银白色，材质为铜锌镍系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为
20％。

[0033] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉(即基体粉体)装料：根据最终复合材料的尺寸大3
小在相应的模具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为50mm ，每层铜粉铺粉厚度为30mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0034] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具放入SPS烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为升温速率50℃/min，烧结温度650℃，烧结压力35MPa，保温时间10min，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0035] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为850℃，保温时间为4h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0036] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，压印成多彩复合材料成品。

[0037] 实施例2

[0038] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于60℃烘箱内烘干，处理时间为15min，所述镶嵌体合金色泽为红色和金黄色，红色色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：12、蓝黄值b：16，金黄色色泽要求为亮度值L≥85、红绿值a：4、蓝黄值b：24，形状分别为圆球形、方块形，材质为紫铜和铜铝镍系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为300目，基体色泽为银白色，材质为铜锰锌系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为30％。

[0039] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为150mm ，每层铜粉铺粉厚度为50mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0040] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具放入SPS烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为升温速率100℃/min，烧结温度700℃，烧结压力40MPa，保温时间20min，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0041] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为800℃，保温时间为6h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0042] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，雕刻成多彩复合材料成品。

[0043] 实施例3

[0044] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于150℃烘箱内烘干，处理时间为5min，所述镶嵌体合金色泽为玫瑰金色，玫瑰金色色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：7、蓝黄值b：13，形状为圆柱形，材质为铜镍铝系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为100目，基体色泽为金黄色，材质为铜锌铝系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为10％。

[0045] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为30mm ，每层铜粉铺粉厚度为20mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0046] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具放入SPS烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为升温速率80℃/min，烧结温度600℃，烧结压力40MPa，保温时间5min，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0047] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为900℃，保温时间为2h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0048] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，雕刻成多彩复合材料成品。

[0049] 实施例4

[0050] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于150℃烘箱内烘干，处理时间为10min，所述镶嵌体合金色泽为银白色，银白色色泽要求为亮度值L≥75、红绿值a：2、蓝黄值b：3，形状为圆柱形，材质为铜镍系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为200目，基体色泽为玫瑰金色，材质为铜镍铝锌系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为15％。

[0051] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为100mm ，每层铜粉铺粉厚度为40mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0052] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具放入SPS烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为升温速率50℃/min，烧结温度700℃，烧结压力30MPa，保温时间15min，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0053] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为900℃，保温时间为4h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0054] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，雕刻成多彩复合材料成品。

[0055] 实施例5

[0056] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于100℃烘箱内烘干，处理时间为10min，所述镶嵌体合金色泽为玫瑰金色和金黄色，玫瑰金色色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：6、蓝黄值b：14，金黄色色泽要求为亮度值L≥85、红绿值a：2、蓝黄值b：25，形状分别为圆柱形、异型块料，材质为铜镍铝系合金和铜铝锰系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为500目，基体色泽为银白色，材质为铜锌镍锡系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为30％。

[0057] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为50mm ，每层铜粉铺粉厚度为30mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0058] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具在真空环境下除气和密封，放入热等静压烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为烧结温度700℃，烧结压力80MPa，保温时间1.5h，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0059] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为850℃，保温时间为2h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0060] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，压印成多彩复合材料成品。

[0061] 实施例6

[0062] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于150℃烘箱内烘干，处理时间为5min，所述镶嵌体合金色泽为银白色，银白色色泽要求为亮度值L≥75、红绿值a：‑2、蓝黄值b：8，形状为方块形，材质为铜锌镍系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为200目，基体色泽为红色，材质为紫铜；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为15％。

[0063] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为30mm ，每层铜粉铺粉厚度为20mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0064] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具在真空环境下除气和密封，放入热等静压烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为烧结温度800℃，烧结压力60MPa，保温时间2h，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0065] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为750℃，保温时间为4h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0066] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，压印成多彩复合材料成品。

[0067] 实施例7

[0068] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于80℃烘箱内烘干，处理时间为10min，所述镶嵌体合金色泽为红色和玫瑰金色，红色色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：15、蓝黄值b：20，玫瑰金色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：8、蓝黄值b：12，形状分别为圆柱形、圆球形，材质为紫铜和铜镍铝系合金；选择铜及其合金基体粉体的目数为100目，基体色泽为银白色，材质为铜镍系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为30％。

[0069] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为150mm ，每层铜粉铺粉厚度为50mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0070] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具在真空环境下除气和密封，放入热等静压烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为烧结温度600℃，烧结压力100MPa，保温时间1h，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0071] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为900℃，保温时间为2h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0072] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，压印成多彩复合材料成品。

[0073] 实施例8

[0074] 步骤(1)，将镶嵌体材料放在酒精溶液中用超声波清洗机进行除油，然后置于150℃烘箱内烘干，处理时间为5min，所述镶嵌体合金色泽为金黄色和红色，金黄色泽要求为亮度值L≥85、红绿值a：6、蓝黄值b：20，红色色泽要求为亮度值L≥80、红绿值a：13、蓝黄值b：18，形状分别为圆球形、方块形，材质为铜锌铝系合金和紫铜；选择铜及其合金基体粉体的目数为300目，基体色泽为银白色，材质为铜锌镍系合金；镶嵌体体积占整个复合材料体积比为20％。

[0075] 步骤(2)，复合材料镶嵌体和铜粉装料：根据最终复合材料的尺寸大小在相应的模3
具里进行装料，单个镶嵌体的体积大小为80mm ，每层铜粉铺粉厚度为40mm，镶嵌体的整体形状分布可根据艺术制造的需要排布。

[0076] 步骤(3)，复合材料烧结：将步骤(2)装好料的模具在真空环境下除气和密封，放入热等静压烧结炉内，以惰性气体保护进行烧结，其烧结工艺为烧结温度700℃，烧结压力80MPa，保温时间2h，将烧结完成后致密的复合材料坯料进行脱模。

[0077] 步骤(4)，复合材料坯料退火：将步骤(3)烧结完成的复合材料坯料在氩气气氛下进行扩散退火，退火温度为800℃，保温时间为2h，最终获得艺术用粉末冶金多彩复合材料坯料。

[0078] 步骤(5)，加工成形：将步骤(4)获得的多彩复合材料坯料，根据艺术制造的需要，压印成多彩复合材料成品。

[0079] 上述方法制备的粉末冶金多彩复合材料，镶嵌体为复合材，铜粉末为基体，镶嵌体的尺寸大小、形状、色泽以及整体图案排布多样，镶嵌体的色泽与基体不同，从而使复合材料呈现出色彩多样、图案美观的特点，充分满足艺术制造的需求。

[0080] 以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。