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电极用钨铜合金的性能与用途

来源:   发布时间:2020-04-02   点击量:122

      钨铜合金作为电极材料要求具有良好的致密性、耐磨耐腐蚀性和良好的导电性。本文探讨了细颗粒钨粉制备高性能钨铜电极的工艺技术路线,包括研究粉末粒度、高性能钨骨架的制备、合理的熔渗工艺、添加金属元素对性能的影响等四个部分。通过金相显微技术、扫描电镜分析等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析,制备出了性能较高的钨铜复合材料。

      

什么是钨铜复合材料?

      首先,阐述了三种不同粒度的钨粉粉末(2.65μm、4.32μm、8.26μm)对钨铜合金性能的影响。实验表明,粉末粒度越细,其密度、硬度越高,但是导电性能较差,组织的不均匀度也随之增加。其中,对于W-30Cu(W70钨铜),密度和硬度以钨2.65μm粉粒时最高,分别为14.7g/cm3和HB222,但此时电导率较低,为22.6%IACS。

      其次,对粒直径为2.65μm的钨粉进行了钨骨架制备的研究,考察了压力、烧结温度对骨架性能的影响,得出了制备钨骨架的最佳工艺条件:采用2.65μm的钨粉在410MPA压力下压制钨骨架,氢气氛下在1300℃温度下进行烧结。

      然后,对粒径为2.65μm的钨粉制备的钨骨架进行了熔渗工艺的研究,分别考察了不同工艺因素温度、时间、气氛以及后处理对钨铜合金性能的影响。通过实验,得到熔渗的最佳工艺条件氢气氛下在1350℃熔渗钨骨架,熔渗时间为80MIN。熔渗后的样品在800℃下进行退火处理。

      添加活化元素通常有利于合金的烧结及性能的提高。基于此,本论文讨论了添加微量的CO粉及Ni粉对钨铜合金制备及其性能的影响。结果表明,添加微量的、能显著提高钨铜合金的密度、硬度,但大大降低了合金的电导率,因此,添加Co、Ni不利于高性能钨铜电极的制备。

       

钨铜合金的性能及应用

      钨铜复合材料是由钨与铜所组成的既不互溶又不形成金属间化合物的两相单体均匀混合的组织,一般称为钨铜假合金。正是由于这些特点,使得钨铜复合材料成为既具有钨的耐高温、高强度、高密度等特性,又具有铜的高导电导热性、好的塑性等综合性能的材料。钨与铜单质金属的性能见表1-1,而且,这种综合性能还可以通过改变其组成成分的比例而加以调整。因而钨铜合金被广泛应用。钨铜合金的性能见表1-2。

钨铜复合材料应用十分广泛,其中主要集中在以下几个方面:

1、电触头材料

     电触头材料亦称触点或接点,是高、低压电器的关键元件,担负着接通和分断电流的作用,直接影响着开关、电器的可靠性和使用寿命。钨铜合金触头在燃弧过程中,表层低熔点的铜首先熔化,由于毛细管作用被吸附在钨骨架毛细管孔中,在电弧高温作用下蒸发并带走大量热量,使钨骨架冷却,从而使触头具有良好的开断性能。钨骨架由于熔点很高,在电弧中的烧蚀极小,即使局部温度过高也不会发生熔焊,从而保证了开关性能的稳定性、可靠性和长寿命。而且钨含量越高,抗烧损的性能越好,但电导率低,具体的使用要进行具体的选择。目前,电触头用钨铜材料除了常规的高压电器开关外,其主要的发展是:一是超高压用的钨铜电触头,即由50万伏为主向100万伏甚至200万伏以上发展,二是中等电压用的真空钨铜材料。

2、电极材料

     钨铜合金可作为电阻焊电极、电火花加工电极、等离子电极等电极材料。作为电火花加工电极,目前己成为钨铜复合材料的主要应用之一。在电火花加
工的过程中,电极材料的作用是输送加工脉冲,并以自身最小的损耗去蚀除工件。钨铜材料具有加工速度快、加工质量高、电极材料损耗小等优点,因此,

对于高转速工模具及难加工材料的精加工等有明显优势。

3、高温材料

     钨铜材料在高温3100℃或者更高使用时,其两相组织中所含有的铜将发生汽化而吸收大量的热量,从而显著降低钨铜器件表面的温度,保证了钨铜材料在高温下的应用。因此,钨铜材料的一个重要的用途是作为火箭、导弹等高温高速气流烧蚀、冲刷的高温器件,如燃气舵、喷管、喉衬、鼻锥等。另外:还可以用作坦克穿甲弹的药型罩、增程炮的尾喷管、电磁炮的轨道材料。

4、电子封装及热沉材料

     近年来,随着微电子信息技术的发展,对电子封装材料的要求越来越高。由于钨铜合金的热膨胀系数同硅片、BeO、GaAs等材料的热膨胀系数非常接近,热传导系数高,并且可通过调整钨铜含量调整上述两个系数,所以钨铜合金成为在特殊领域电子元件的理想封装材料,作为基片、连接件和散热组件广泛应用于计算机中央处理系统、大规模集成电路和大功率微波器件中。

5、其他材料

     根据钨铜复合材料等各项特性,各种新的可能应用还在不断的研究和开发如它可以作为重载荷滑动摩擦轴套的加强筋用作高速旋转和运动的固体密封件各种仪器仪表中要求无磁、低膨胀、高弹性模量、防辐射屏蔽等特殊要求的零部件正在发展中的实验聚合反应堆正在研究当中的可以承受和传递大热流的装置材料。另外,在激光器、通讯设备、办公设备以及体育和运动器件如作为高尔夫球的配重块也都可以找到钨铜复合材料的应用。

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