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钨铜合金的新的制备工艺有那些?

来源:广东赫达金属材料有限公司   发布时间:2021-03-30   点击量:62

        钨铜合金是由钨和铜两相单体均匀混合而成的组织,既不互溶又不形成金属间化合物,是一种典型的假合金。其结合了两种组分金属各自的优异性能,如钨的耐高温、高强度、高密度特性和铜的高导电导热性、高塑性等。不仅如此,钨铜合金的性能还可以通过改变其组成成分的比例而加以调节。钨铜合金所具备的优异性能以及其可调控的特点,使得其在电气、电子、核能以及军事等领域都有着十分广阔的应用前景

钨铜复合材料的制备方法

       钨和铜两种金属材料的物理性能差异很大,互不相容,无法形成固溶体,并且熔点相差巨大,因此要制备出致密均匀、高性能的钨铜复合材料还有许多问题亟待解决,国内外研究人员为其开发制备都做出了巨大努力。目前,钨铜合金的制备方法分为传统制备方法和现代制备方法两大类。其中,传统的制备方法主要有高温液相烧结法、熔渗法、热压烧结以及活化烧结法等。随着新技术新工艺的开发和研究,一些新的现代制备方法也相继出现,如放电等离子体烧结、3D打印、机械合金化等。

       

钨铜合金制备工艺-----高温液相烧结

      高温液相烧结是一种常见的钨铜复合材料制备方法,利用物理方法将钨粉和铜粉混合,压制成型,在高温下进行烧结,通常温度高于1400℃,从而获得钨铜复合材料。高温下,铜熔融成液体,可以填充压制成型的空隙,也可以促进钨材料粉末的移动重排,该方法制备的复合材料密度可以达到理论密度的90%~95%。高温液相烧结工艺简单,可用于大批量生产,但生产成本较高,且致密度差,性能质量不高,难以满足使用要求,应用不多。通常可以结合工艺、设备来增加性能,如复压、热锻等

钨铜合金制备工艺-----熔渗法

        熔渗法是一种应用十分广泛,日益成熟的方法,它是利用钨和铜材料熔点差异的特点和预制备的多孔钨骨架材料,在低于钨的熔点、高于铜的熔点的温度条件下进行烧结。利用毛细管力作用,将熔融态的铜填充到钨材料间隙中,从而制备出高致密的钨铜复合材料。通过熔渗法可以获得致密度高、性能优异的钨铜复合材料。通过设计钨骨架中钨的粒度、颗粒掺杂、烧结温度和添加剂等,可以改善材料性能,甚至得到含量差异的梯度材料,以用于各种用途,但该方法制备工艺较复杂,成本高

钨铜合金制备工艺-----热压烧结

       热压烧结是一种常用的增强烧结性能的方法,它是利用设备烧结材料的同时,对材料施加一定力的作用,从而提高烧结致密性,广泛应用于各种材料的烧结制备。热压烧结可以提高钨铜复合材料烧结性能,通过设计烧结过程中温度、压力、保压时间,可以得到致密度极高复合材料。相比传统制备的商业钨铜复合材料,通过热压烧结法制备了镍涂覆的钨纤维增强的钨铜复合材料,其拉伸强度提高了15.8%,耐电击穿强度提高了65.3%。但该方法设备和磨具复杂,需要气氛保护,综合成本高,不利于大批量生产

钨铜合金制备工艺-----活化烧结

       活化法是利用机械合金化、电镀、溶胶凝胶、热化学等方法,对钨铜复合材料的原料粉末进行改性,得到超细纳米粉,从而提高烧结体性能的方法。此外,还可以利用在钨铜中添加活化剂,如镍、钴、银等,提高材料综合性能,但活化剂的加入对热导和电导性有较大损害

钨铜合金制备工艺-----放电等离子体烧结

        放电等离子体烧结是一种先进的高速烧结技术,融合了压力烧结、低压直流脉冲辅助烧结等多种烧结技术,继承了多种烧结方法的优点;与热压烧结类似,放电等离子体烧结在烧结过程中同时进行加压和升温,两者产生协同效应,实现合金的致密化。不仅压力效应和热效应可以促进烧结过程,另外,直流脉冲电流作用下产生的颗粒间放电能激发等离子体,产生的等离子体可以净化金属颗粒表面,提高烧结活性,加速烧结过程中原子间的扩散;另外,颗粒间放电使粉体颗粒产生自发热,实现高速升温,并且还会产生另外一些譬如促进晶粒体扩散、晶界扩散的现象,加速了烧结致密化过程,因此可以在比较低的温度和比较短的时间得到高质量的烧结体。相比其他烧结方式,放电等离子体烧结具有升温速度快,降温速度快,烧结温度低,操作方便等特点

        

钨铜合金制备工艺中的性能改进

        随着研发的深入,要得到性能更高,致密度更大的钨铜复合材料,主要是要克服钨和铜的互不溶性,结合钨铜复合材料产品的特性对其进行致密性压力加工,以满足使用要求,提高致密性和综合性能。

钨铜超细原粉制备工艺

        随着纳米材料的研究深入,材料粒度越小,表面活性越大,粉体烧结性能也就越好。鉴于钨铜复合材料的假合金特性,将原料粉末超细化、纳米化,是获得致密度更高、性能更高的重要途径。目前,超细钨铜复合原粉的制备方法主要包括机械合金化、溶胶凝胶法、喷雾干燥法、氧化物共还原法、机械-热化学合成法以及沉淀法等。机械合金化将钨和铜原料粉末放入高性能球磨机中进行球磨,通过时间、转速等控制,从而获得细化的原料粉;溶胶-凝胶法制备的钨铜复合粉末粒度均匀、纯度高、表面活性较大,易于制备成型;喷雾干燥法只能获得钨和铜氧化物粉末,利用还原法获得超细钨铜复合粉末;钨和铜氧化物比单质金属易于混合分布,将充分弥散分布的钨和铜的氧化物进行还原,从而获得超细均匀的钨铜复合粉;机械-热化学合成法是利用钨和铜氧化物粉末进行机械合金化球磨制备粉末,再利用还原法得到复合粉体;沉淀法是利用液相先析出沉淀,再经煅烧、还原等工艺条件,最终得到钨铜复合粉体。在实际生产和应用中,往往会结合多种方式,获得超细钨铜复合原粉,以满足使用和生产的需要

钨铜复合材料的压力致密工艺

        为进一步提高钨铜复合材料成形产品的致密性,改善和提高其使用性能,根据产品品种、外形等特性,对其进行压力致密性加工,目前主要的压力加工方法有:热等静压、静液挤压、热锻等方法。可以消除钨铜复合材料中的空隙、缩孔等缺陷,此过程充分利用铜的延展性,提高材料的性能,但该方法设备成本高、效率低;静液挤压是利用流体介质将力传到材料上,更加有利于变形的均匀性,该方法可以大大提高钨铜复合材料的致密度、强度、导电性等;热锻、热轧等常用变形工艺也对钨铜复合材料的性能有所改善。

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