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电工用钨铜复合材料的强度及性能是多少?

来源:广东赫达金属材料有限公司   发布时间:2021-07-06   点击量:350

摘要

       钨铜复合材料是由互不相溶的钨和铜形成的“假合金”,其具有钨的耐高温、高密度及低线膨胀系数和铜的高热导率及高导电系数,且高温下钨铜复合材料可通过铜的液化与蒸发带走大量热量,冷却钨骨架,因此钨铜复合材料广泛应用于电触头材料。介绍了液相烧结法、溶渗法、机械合金化法及真空热压法等电工钨铜复合材料的制备技术,阐述了粉末粒度、烧结温度及掺杂对电工钨铜复合材料性能的影响。

       触头材料的密度、熔点、电导率及烧蚀性能等决定其电寿命,随经济建设不断推进,现代化大功率电器随之增多,在大功率电器系统中存在成百上千的电触头,一旦其中一个触头失效,会导致整个电力系统“瘫痪”,造成巨大的经济损失,触头的失效形式主要是动弧触头触指异常张开及静弧触头烧蚀变细。我国能源资源与负荷存在严重分布不均现象,能源资源紧缺已成为限制经济发展的重要因素,为缓解能源紧缺矛盾,跨地区、远距离输电必将成为主流趋势,电触头是远距离输电工程中的重要消耗零部件,因此制备出高密度、高熔点、高抗烧蚀性能及高导电率的电工钨铜复合材料具有重要的工程应用价值

       

电工钨铜复合材料的制备方法

        液相烧结法液:相烧结法是将所需成分配比铜粉和钨粉混合并在液相温度下进行烧结,其工序简单且易操作,但烧结温度往往很高,且由液相烧结法制备的钨铜复合材料致密度不高,只能达到理论密度的90%~95%,若要提高致密度,还需对钨铜复合材料进行热锻、热压等复杂工序。活化液相烧结法是在液相烧结法的基础上加入Ni、Pb、Co等元素,可提高钨的溶解度,使其相对密度提高,烧结致密温度降低,从而降低产品成本,但加入活化元素对钨铜复合材料导电性能产生影响。

采用活化液相烧结法制备电极用高性能钨铜复合材料,分别添加Ni和Co活化元素,骨架烧结温度均为1250℃,研究表明,加入Ni和Co能提高钨铜复合材料性能,当活化元素添加量(质量分数,下同)为0.3%时,钨铜复合材料的密度由14.9g/cm3涨至约17.0g/cm3,但由于加入Ni或Co,钨铜复合材料的电导率下降约17%IACS,因此,活化液相烧结法一般用于制备对电导率要求不高的钨铜复合材料。

       熔渗法:是目前制备钨铜复合材料最广泛的方法,其主要分为预烧骨架和渗铜两部分,核心是制备出一定孔隙率的钨骨架,孔隙率一般通过控制压坯密度实现[13-16]。由熔渗法制备的钨铜复合材料烧结性能较好,但渗铜后材料表面需车削处理,提高了产品成本,用熔渗法制备了W-10Cu复合材料,通过双向压制制备孔隙率为19.74%的钨骨架,后在1300℃熔渗120min,结果表明,W-10Cu复合材料的组织分布均匀,相对密度为97.14%,电导率为39.9%IACS,符合国标要求

       

       机械合金化法:是将粉末通过研磨粉碎至纳米级,再进行压制、烧结,最终获得高致密度的钨铜复合材料。其特点是工艺简单易操作,但在研磨过程中可能引入其他杂质。该方法制备的钨铜复合材料性能远高于传统方法。首先制备平均粒度为15nm超细钨铜复合粉体,后进行W-15Cu复合材料致密烧结,当烧结温度为1050℃时,材料致密度迅速上升,当烧结温度为1220℃时,材料相对密度为98.45%,其烧结致密温度远低于传统烧结温度(1500~1700℃),研究表明,利用机械合金化法制备的钨铜复合材料具有优异的力学性能和耐电弧烧蚀性能,符合国家标准中对电触头产品材料的要求。

       真空热压法:是将粉末同时进行压制和烧结,所需压力和温度一般低于正常值且材料的致密度及组织均匀性较优异,但热压法每次只能生产一件产品,很难满足大批量生产需求[28-30]。赵瑞龙等[31]通过热压法制备了W-50Cu复合材料,热压温度为950℃,压力为30MPa,研究表明,W-50Cu复合材料的组织均匀,铜相均匀分布在钨相周围,未出现偏聚现象,相对密度可达99.6%,电导率可达到68.9%IACS

电工钨铜复合材料性能的和强度是多少?

       粉末粒度是影响电工钨铜复合材料的重要因素,粒度与粉末的自由能和比表面积息息相关,即粉末粒度越小,其自由能和比表面积越大,对于同一种电工钨铜复合材料,用不同粒度粉末,其导电性能、密度和硬度存在差异。为研究粉末粒度对钨铜复合材料性能的影响

       分别选用粉末粒度为2.65、4.32、8.26?m的钨粉制备W-20Cu复合材料,其烧结温度(1300℃)、压力(196kN)及熔渗温度(1300℃)均相同,研究表明,随粉末粒度从2.65?m增至8.26?m,材料的硬度和密度逐渐降低,即粉末粒度越大,材料的硬度和密度越低;随粉末粒度增大,材料的电导率上升,主要由于随粉末粒度提升,钨颗粒间的连接性降低,材料内的闭孔数量随之减少。

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