钨铜合金生产工艺比较





传统的钨铜合金的制备一般采用铜渗和液相烧结方法,但是由于钨铜互不相溶其烧结性能较差,难以实现完全的烧结致密化,难以形成均匀化的微观结构,难以灵活地调整钨铜复合材料的成分。尽管采用超细铜弥散分布的粉末,能较大地改善钨铜合金的烧结性能,获得较理想的材料;添加Ni、Co、Fe、Pd等元素,活化烧结也能取得较好的效果(该法对电导、热导均有负面影响)。但探索新的制备技术以获得组织和微结构更加合理,性能更为优异的新型钨铜合金仍是钨铜合金开发研究中一个十分重要的课题。钨的熔点很高,因此制备钨铜合金只能采用粉末冶金方法制备,大致如下:
1、熔浸法
熔浸法是先制备一定密度、强度的多孔基体骨架,再渗以熔点较低的金属,填充骨架的方法。其机理主要是在金属液润湿多孔基体时,在毛细管力作硕士学位论文第一章文献评述用下,金属液沿颗粒间隙流动填充多孔骨架孔隙,获得综合性能优良的材料,其优点是致密度高,烧结性能好,热导和电导性能好;缺点是熔浸后需要进行机加工去除多余的金属铜,增加了机加工费用,降低了成品率。但熔浸法仍是目前制备钨铜合金中应用最为广泛的方法〔9一’。]。由于钨的熔点高,在一般高温 (<1700℃)下烧结收缩小,难以致密化,又因钨粉本身硬度高,成形性差,靠模压难以达到高钨含量所需要的骨架密度,因此用熔浸法制备钨铜合金的关键技术就是获得致密的钨骨架。随着粉末增塑近净成形技术的发展和零部件形状复杂程度的提高,钨骨架的制备己由单一传统粉末冶金模压成形向挤压成形和注射成形方向发展,主要有:高温烧结、挤压成形和注射成形。
2、高温液相烧结法
由于W、Cu的熔点相差很大,可以采用高温液相烧结法制备钨铜合金,通过在铜熔点以上的高温液相烧结使其致密化。其优点是生产工序简单易控,缺点是烧结温度高、烧结时间长、烧结性能差,烧结密度低(只为理论密度的90%-95%),不能满足使用要求。为了提高其密度,在液相烧结之后需增加后处理工序:复压、热压、热锻等。但这样增加了工艺的复杂性,使其应用受到限制。A.K.Bhalla等人采用爆炸压实法制备的钨铜合金有较好高温液相烧结效果。采用以上几种方法所制备的材料性能比较见表1-1。
全系列钨基触头
表1-1不同制备方法制备的W-30Cu的烧结性能

制备方法

相对密度/%

硬度(HV)

电导率IACS%

断裂强度(MPa)

液相烧结

95

190-215

45

715

复压

94-95

185-220

45

1080

热锻

98-99

200-225

44

爆炸压实

98-99

210-250

45

1340

3、活化液相烧结法
由于高温液相烧结法不能获得接近理论密度的钨铜合金,采用烧结后处理则增加工艺复杂程度和生产成本。而通过加入活化元素来提高烧结活性的活化硕士学位论文第一章文献评述液相烧结法不仅降低了烧结温度,缩短了烧结时间,而且使得烧结密度大大提高。J.L.Jolinson和R.M.German等人研究了过渡族元素Pd、Ni、Co、Fe的活化效果。研究结果表明CO、Fe的活化效果最好,能明显提高钨铜合金的致密度,当CO含量为0.35%时,在1300℃烧结lh后的烧结性能很好;Ni、Pd的活化效果不明显,比其在纯w粉中的效果差,究其原因是因为Ni、Pd与Cu可以形成无限固溶体,起不到活化效果,而CO、Fe和Cu只形成有限固溶体,在烧结过程中形成的第二相在晶界中析出,形成金属间化合物,促使钨的致密化。活化液相烧结可以获得较高的相对密度、硬度、断裂强度等,但是活化剂的加入影响高导电相Cu的导电和导热性能,显著降低了该复合材料的导电、导热性,这对导电、导热性能要求高的微电子材料来说是不利的,因此制备的材料只适用于制备导电、导热性要求不高的场合。
4、纤维替代粒子法
用具有一定方向性的纤维替代难熔金属粉末颗粒(如钨粉)所制做的复合材料不仅导电、导热性能高,且能控制难熔金属在高温下的氧化飞溅,具有较高的耐蚀性。
5、电弧熔炼法
电弧熔炼法是先用传统粉末冶金法(混粉一压制一烧结)将所要求的合金做成电极,再在自耗电弧炉内进行熔化,从而制得晶粒细小、密度偏析小、致密度高以及抗蚀性好的钨铜合金。
6、固定结构法
对于钨铜合金,在探索其不同生产工艺的同时,也从改变结构设计进行研究,试图向形成固定结构的技术方向发展。即根据不同的服役条件,设计成专用的元器件,从而保证质量和使用要求。如当前使用的中空型电触头,由于触头体存在一空心区,触头在接触电弧时,散热快、烧损小、寿命较长。
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