CN100588728C - 一种用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用WCr合金粉末制备CuWCr复合材料的方法，将钨粉、铬粉在球磨机中球磨，使其完全合金化，经压制，高温烧结，最后熔渗铜制成坯料。本发明方法特点是用WCr合金粉末制备的复合材料的显微组织是以CrW固溶体为骨架，以CrCu合金为基体。获得的CuWCr复合材料组织均匀，性能优良，制造工艺易于控制，得到的CuWCr复合材料具有很高的耐电压强度，低的截流值，长的燃弧时间及良好的电弧稳定性。

Description

一种用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种制造CuWCr复合材料的方法，尤其涉及一种用WCr合金粉末来制造CuWCr复合材料的方法。
背景技术
目前制备CuWCr复合材料的方法有粉末冶金法和烧结熔渗法，这两种方法都是用W粉和Cr粉直接制备CuWCr复合材料。粉末冶金法的缺点一是铬粉还原温度低，还原不充分，导致材料含氧量高；再则粉末冶金法制造钨铬-铜复合材料的密度低，材料中孔隙多，影响材料的硬度及导电率。烧结熔渗法制备的CuWCr复合材料的显微组织中有独立的铬相或钨相存在，降低了材料的耐电压强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法，该方法制备得到的CuWCr复合材料的组织均匀、性能优良。
本发明所采用的技术方案为，用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法，该方法按以下步骤进行，
a.按所需材料的配比将钨、铬粉末在球磨机中球磨，使其完全合金化，形成钨铬合金粉末；
b.将上步得到的钨铬合金粉末经过模压或冷等静压制成坯料，坯料的孔隙率按所需材料中铜的成份要求来控制；
c.将上步压制好的坯料置入烧结炉内，在还原性气氛下或真空度大于10-2Pa的真空环境下升温至1100℃～1500℃，升温速度不大于25℃/分，烧结90分钟～180分钟，使其烧结成骨架；
d.将上步烧结还原后的坯料冷却后取出，按所需材料的含量比例添加铜块，将添加铜后的坯料放置在烧结炉中，在还原气氛或真空度大于10-2Pa真空环境下，升温到1280℃～1350℃时熔渗铜60～90分钟，冷却后出炉，即制备得到CuWCr复合材料。
与现有技术对比，本发明用WCr合金粉末制备CuWCr复合材料的方法，工艺易于控制，材料组织与性能稳定，制备的复合材料的显微组织是以CrW固溶体为骨架，以CrCu合金为基体，具有很高的耐电压强度，低的截流值，长的燃弧时间及良好的电弧稳定性。
附图说明
图1是本发明方法制备得到的CuWCr的组织形貌，其中，a是9wt％Cr材料，b是12.5wt％Cr材料，c是20wt％Cr材料，d是20wt％Cr(x600)材料；
图2是现有技术烧结熔渗法制备的CuWCr的组织形貌，其中，a是9wt％Cr材料，b是12.5wt％Cr材料，c是20wt％Cr材料，d是20wt％Cr(x600)材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明将钨粉及铬粉采用传统的粉末冶金的方法制造复合材料的方法，改为将钨粉和铬粉制成完全合金化的超细的合金粉末，再利用该合金粉末，制造以连续的CrW固溶体为骨架，以CrCu合金为基体的复合材料。具体按以下步骤进行，
首先，制备得到钨铬合金粉末，
本发明给出了以下一种钨铬合金粉末的制备方法，
将钨粉、铬粉按所需比例配制，放入球磨罐中，在球磨罐中，按钨粉、铬粉总质量的2～5％添加过程控制剂，按钨粉、铬粉总质量的50倍～100倍加入磨球，过程控制剂采用易挥发性有机溶剂中的一种或几种的组合，常选用无水乙醇或丙酮，磨球可以是不同大小及比例的硬质合金球、玛瑙球、不锈钢球中的一种或几种，球磨罐选用尼龙或不锈钢材质；在球磨罐中充入保护气体或抽真空，打开球磨罐的循环冷却水，开始球磨，球磨时间为60～100小时，直至形成完全固溶体，球磨结束，静置，待球料充分冷却后取出粉末，即成。
然后，将钨铬合金粉末压制成坯料，压制过程中按所需材料中铜的成份要求来控制坯料的孔隙率，并将坯料还原烧结成骨架；
最后，将上步烧结还原后的坯料冷却后取出，按所需材料的含量比例添加铜块，在还原气氛或真空环境下熔渗铜，冷却后出炉，即制备得到CuWCr复合材料。
实施例1
将钨粉50％、铬粉50％放入球磨机中，在球磨罐中按钨粉、铬粉总质量的2％添加无水乙醇、按钨粉、铬粉总质量的50倍添加硬质合金磨球；用氮气将球磨罐中的空气排除，并将球磨罐中密封，打开球磨罐的循环冷却水，球磨100小时；球磨结束，静置冷却后，取出粉料，得到完全合金化的钨铬合金粉末。
将钨铬合金粉末模压成坯料，按所需材料中铜的成份要求将坯料的孔隙率控制为10％，将压制好的坯料置入氢气烧结炉内，按15℃/分的速度升温至1100℃，烧结180分钟，使其烧结成骨架；
将烧结还原后的坯料冷却后取出，添加足量的铜块后放入真空炉中，抽真空至真空度大于10-2Pa，升温到1350℃时熔渗铜，保温60分钟，冷却后将熔渗铜后的坯料出炉，即制备得到CuW45Cr45复合材料。
实施例2
将钨粉33％、铬粉67％放入球磨机中，在球磨罐中按粉料总质量的4％添加分析纯丙酮、按粉料总质量的80倍添加不锈钢磨球，不同直径按1∶1配置；用氩气将球磨罐中的空气排除，并将球磨罐中密封；打开球磨罐的循环冷却水，球磨80小时；球磨结束，静置冷却后取出粉料，得到完全合金化的钨铬合金粉末。
将钨铬合金粉末进行冷等静压，制成坯料，按所需材料中铜的成份要求控制坯料的孔隙率为25％，将压制好的坯料真空烧结炉内，抽真空至真空度大于10-2Pa，以25℃/分的速度升温至1500℃，烧结90分钟，使其结成骨架；
将烧结还原后的坯料冷却后取出，添加足量的铜块后放入氢气保护炉中，抽真空至真空度大于10-2Pa，升温至1280℃，进行熔渗铜，保温90分钟，冷却后将坯料出炉，即制备得到CuW25Cr50复合材料。
实施例3
将钨粉25％、铬粉75％放入球磨机中，在球磨罐中按粉料总质量的5％添加无水乙醇、按粉料总质量的100倍添加玛瑙磨球；将球磨罐中缓慢抽真空至10-1Pa，打开球磨罐的冷却水，球磨60小时；球磨结束，静置冷却后取出粉料，得到完全合金化的钨铬合金粉末。
将钨铬合金粉料模压成坯料，按所需材料中铜的成份要求控制坯料的孔隙率为40％，将压制好的坯料置入氢气烧结炉内，20℃/分的速度升温至1450℃，烧结100分钟，使其结成骨架；
将烧结还原后的坯料冷却后取出，添加足量的铜块后放入真空炉中，抽真空至真空度至8.0×10-3Pa，升温至1300℃时熔渗铜，保温80分钟，冷却后将坯料出炉，即制备得到CuW15Cr45复合材料。
实施例4
将钨粉20％、铬粉80％放入球磨机中，在球磨罐中按粉料总质量的4％添加分析纯丙酮、按粉料总质量的80倍添加不锈钢磨球；用氩气将球磨罐中的空气排除，并将球磨罐中密封；打开球磨罐的循环冷却水，球磨80小时；球磨结束，静置冷却后取出粉料，得到完全合金化的钨铬合金粉末。
将钨铬合金粉末模压成孔隙率为20％的坯料，将压制好的坯料真空烧结炉内，抽真空至真空度大于7.5×10-3Pa，以23℃/分的速度升温至1250℃，烧结160分钟，使其结成骨架；
将烧结还原后的坯料冷却后取出，添加足量的铜块后放入氢气保护炉中，抽真空至真空度至9.8×10-3Pa，升温至1320℃熔渗铜，保温75分钟，冷却后将熔渗铜后的坯料出炉，即制备得到CuWCr复合材料。
本发明用WCr合金粉末制备的CuWCr复合材料的显微组织是以CrW固溶体为骨架，以CrCu合金为基体。
图1是本发明方法制备得到的CuWCr的组织形貌。其显微组织由两相组成，连续的白色相为CrW合金相，黑色为CrCu相，以连续的CrW固溶体为骨架，以CrCu合金为基体。
图2是现有技术烧结熔渗法制备的CuWCr的组织形貌。其显微组织由多相组成，连续的白色相为CrW合金相，黑色为CrCu相，其间分布着较多的独立存在的钨颗粒和铬颗粒。
从两图的对比中可以看出，两种方法制造的同一成分的复合材料组织存在很大的差异。本发明制造的CuWCr复合材料组织细小，分布均匀，骨架连续。

Claims (6)

1.一种用WCr合金粉末制造CuWCr复合材料的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行，
a.按所需材料的配比将钨、铬粉末在球磨机中球磨，使其完全合金化，形成钨铬合金粉末；
将钨粉、铬粉按所需比例配制，放入球磨罐中；
在球磨罐中，按钨粉、铬粉总质量的2～5％添加过程控制剂，按钨粉、铬粉总质量的50倍～100倍加入磨球，所述的过程控制剂为易挥发性有机溶剂；
在球磨罐中充入保护气体或抽真空，打开球磨罐的循环冷却水，开始球磨，球磨时间为60～100小时，直至形成完全固溶体，球磨结束，静置，待球料充分冷却后取出粉末，得到钨铬合金粉末；
b.将上步得到的钨铬合金粉末经过模压或冷等静压制成坯料，坯料的孔隙率按所需材料中铜的成份要求来控制；
c.将上步压制好的坯料置入烧结炉内，在还原性气氛下或真空度大于10-2pa的真空环境下升温至1100℃～1500℃，升温速度不大于25℃/分，烧结90分钟～180分钟，使其烧结成骨架；
d.将上步烧结还原后的坯料冷却后取出，按所需材料的含量比例添加铜块，将添加铜后的坯料放置在烧结炉中，在还原气氛或真空度大于10-2Pa真空环境下，升温到1280℃～1350℃时熔渗铜60～90分钟，冷却后出炉，即制备得到CuWCr复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的过程控制剂为无水乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的磨球采用不同大小的硬质合金球或不同大小的玛瑙球中的一种，或采用不同大小及不同比例的硬质合金球和玛瑙球。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的球磨罐是尼龙或不锈钢材质。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨罐中充入的保护气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，球磨过程中，球磨罐外壁始终采用循环水冷却。
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