钨铜复合材料具有高的导电导热性能、良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和较高的强度等优点被广泛地应用于高压开关触头材料特别是真空开关电触头材料。然而当制备的钨铜复合材料普遍存在材料密度、强度偏低电导率不高等问题阻碍了钨铜复合材料在电器开关中的应用。为了解决这些问题本研究通过以超细钨粉和不同粒径配比的钨粉为原料设计骨架烧结和熔渗工艺制备了高性能的一复合材料。

 

本论文阐述了超细钨粉的制备工艺复合材料的制备工艺及其性能。为了进一步提高材料的密度论文还研究了钨粉的不同粒径配比对材料性能的影响。试验结果如下：

 

超细复合钨铜合金的制备工艺

 

1、偏钨酸按：经***雾干燥后粉末颗粒具有球壳状结构将此粉末在450℃锻烧后再在750℃进行一步氢还原获得了粒径为04平均晶粒大小仅为33的超细钨粉。

 

2、以超细钨粉为原料制备了相对密度为8026的钨骨架。将骨架在1300℃熔渗120制备了密度为留相对密度为16793(相对密度为9714)硬度为31HRC导电率为397IACS的W-10CU复合材料。

 

3、骨架的收缩率随烧结温度的升高而增加高温烧结骨架使其产生一定的收缩从而使孔隙度满足10W渗铜的要求。材料密度随熔渗时间的增加而增加。硬度和电导率随熔渗时间的增加先升高后降低。制备W-10CU复合材料的合理工艺为:熔渗温度1300℃熔渗时间120

 

4、两种粒径配比钨粉制备的W-10CU复合材料随着粒径比的增加材料的密度、硬度和电导率也随之提高。三种粒径配比钨粉制备的材料密度、硬度值随着粒径比的增加反而降低电导率随着粒径比的增加而增大。四种粒径配比钨粉制备的W-10CU复合材料的性能变化规律与三种粒径配比制备的材料性能变化规律一致按粒径3:1比为配比的粉末压坯在1350℃烧结保温时间90后钨骨架相对密度达到805。骨架在1300℃熔渗120后W-10CU复合材料的相对密度达到989洛氏硬度达到289HRC电导率为415IACS。

 

复合钨铜合金的熔渗法

 

1、熔渗法制备钨铜复合材料分为高温烧结钨骨架后渗铜和低温烧结部分混合粉后渗铜两种方法。其工艺流程是将钨粉或掺入部分铜粉的混合粉压制成坯块然后在坯块上放置所需的铜当升温铜溶化后即渗入到压坯中的空隙中形成钨铜材料。

 

2、熔渗机理是在压坯毛细管力作用下液体铜相沿着颗粒间隙流动填充多孔W骨架孔隙获得综合性能高的复合材料。烧结和熔渗可以分开进行也可合为一个工序但是预先烧结骨架再熔渗的方式可获得较高强度的骨架使该材料更耐电弧烧损。

 

3、熔渗的特点决定了制备钨铜复合材料除了烧结之外钨粉的压制是一个非常关键的工序。钨骨架的压制直接确定了钨铜复合材料中两种金属的含量而且对后面的熔渗工序也有很大影响进而影响合金的综合性能

 

4、对于某一特定组分一般指铜的含量的钨铜复合材料在压制之要首先计算压坯的孔隙度也就是熔渗时铜填充的体积。孔隙的控制由压坯的高度来实现一般在模具上外加一个限高块来实现压坯高度的一致。这样在熔渗的过程中不会因为孔隙度的差异而导致两种组分的含量不一致也会避免某些压坯因压制压力过大而形成闭孔隙阻止铜的渗入

 

5、赫达的复合材料采用熔渗法制造即往多孔钨坯体中渗入熔融的金属纯铜其产品的导热性能优良W-15CU的热导率达到了176WMK)

 

用熔浸法制备高钨W-CU复合材料的优点是致密度高、热导和电导性能好缺点是熔浸后需要进行机加工以去除多余的金属铜增加了机加工费用、降低了成品率。但相对于可使材料获得的优异性能来说此法仍具有很大优势。因此熔浸法是目制备高钨W-CU复合材料中应用最为广泛的方法。

 

复铜钨铜材料压制一高温烧结法

 

混合粉末高温烧结法是一种传统的粉末冶金方法。它是将钨粉和铜粉按照一定得比例混合后进行成形、烧结。为了获得高致密度的钨铜材料主要采用液相烧结的工艺。众所周知液相铜对钨表面的润湿性不好采用“压制烧结”工艺制备W-CU合金时烧结致密化过程不会发生理论中的溶解析出机制而主要是由颗粒的重排实现致密化。此工艺的特点是生产工序简单但是烧结时间长、温度高、能耗大而且性能较差一般只能达到理论密度的一为了进一步提高密度不得不采用繁琐的后续加工处理如复压复烧、热锻等。

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