CN103526060B - 一种铜钨合金的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜钨合金的快速制备方法，属于粉末冶金技术、冶金新技术以及微波烧结技术领域。将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比95～70wt%：5～30%进行球磨混料，然后进行坯块压制，制成钨骨架坯块，装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满铜粉，然后将坩埚置于微波频率为2400～2500MHz、功率3～5KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持15～20℃/min的加热速度将温度升至1100～1300℃进行烧结1～3小时，自然冷却即得到铜钨合金。本方法制备得到的铜钨合金组织均匀、结构致密，相对密度可达98.7%。

Description

一种铜钨合金的快速制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术、冶金新技术以及微波烧结技术领域，特别涉及一种铜钨合金的快速制备方法。
背景技术
铜钨合金即具有W的高熔点、高密度、抗电蚀性、抗熔焊性和较高的高温强度，又具有Cu的高电导及热导率、塑性及易加工性。由于Cu在电弧高温下蒸发时可吸收大量的电弧能量，降低电弧温度，改善使用条件和降低电蚀作用，因此被广泛地用作高压电器的电触头材料，也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。目前，一般采用熔渗法和活化液相烧结法制备W-Cu材料。但由于W与Cu两相不相溶，因此，传统熔渗W-Cu材料组织偏析、粗大且相对密度低，此外，活化液相烧结会引入异类杂质影响材料的性能。微波烧结技术是利用微波具有的特殊波段与材料耦合而产生热量，使材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法，其与常规烧结技术相比具有烧结温度低、烧结时间短、能源利用率和加热效率高等优点，并且制成的工件具有较高的密度、硬度和强韧性，综合性能优异。
申请号为2009103041144的“一种微波熔渗烧结制备W-CU合金的方法”，是将铜粉和钨粉球磨混合后压制成W骨架、电解铜粉制成熔渗Cu压坯，与辅助加热材料SiC片共同置于氧化铝纤维保温包套内，然后在微波条件和混合保护性气体气氛中烧结得到。上述发明是利用微波辅助加热SiC片及气氛保护的条件实现合金的烧结制备，与传统制备方法相比，微波可以快速加热SiC片，并将热量传递给合金压坯，在传热方面是一种间接的热传导方式，加热速率与能量转换效率跟微波直接加热相比要低。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种铜钨合金的快速制备方法，该方法利用微波直接加热金属铜粉至熔化，并在真空条件下实现对金属压坯的快速烧结，与传统加热方式相比，该方法是通过微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，使材料整体加热至熔化温度，具有加热速度快、能源转化率高等优点。
本发明结合微波熔炼金属粉末、微波烧结技术、粉末冶金技术和熔渗烧结方法制备铜钨合金，是一种快速制备铜钨合金的方法。具体步骤包括如下：
（1）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比95～70wt%：5～30%进行球磨混料；
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，制成钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为2～5mm的铜粉，然后置于微波频率为2400～2500MHz、功率3～5KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持15～20℃/min的加热速度将温度升至1100～1300℃烧结1～3小时，自然冷却即得到铜钨合金。
所述金属钨粉和铜粉的粒度均小于200目，纯度均大于99.8wt%。
所述球磨混料时按照球料比为1～50：1、转速为100～300r/min的条件下球磨10～40min。
所述压制坯块时的压力控制在25～45MPa，压力根据压坯中铜粉的含量进行控制，当混合铜粉含量低时，压制压力大，反之则小。
本发明的有益效果是：
（1）主要体现快速制备，因为是采用微波烧结，可以直接熔化金属铜粉，具有加热速度快，热效率高的特点，通过调节微波功率，可以在40~50min熔化金属铜粉；
（2）采用的莫来石坩埚为透波型陶瓷，可以实现微波直接加热金属铜粉的目的，而非加热碳化硅片等吸波材料后，再通过热传递方式间接加热；
（3）本发明所使用的熔渗铜为金属铜粉，而非金属铜坯块，铜粉即作为吸波载体，又作为熔渗物质，在合金的烧结过程也可以防止合金表面氧化，利用该方法除制备铜钨合金外，还可在其他渗铜工艺中应用；
（4）本发明为真空条件下烧结，非气氛保护，工艺流程简单，合金性能也较为优异。
附图说明
图1是本发明铜钨合金的快速制备方法工艺流程图；
图2是本发明添加8%铜粉后熔渗烧结的铜钨合金显微组织图；
图3是本发明添加20%铜粉后熔渗烧结的铜钨合金显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施方式一：本实施方式的铜钨合金的快速制备方法为：
（1）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比92wt%：8wt%进行球磨混料，球磨混
料时按照球料比为50：1、转速为100r/min的条件下球磨40min；金属钨粉和铜粉的粒度为10～20μm，纯度大于99.8wt%。
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，压力控制在30MPa，制成圆柱形钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为3mm的铜粉，然后置于微波频率为2400MHz、功率5KW、真空度0.08KPa的条件下，保持20℃/min的加热速度将温度升至1200℃烧结1.2小时，自然冷却即得到铜钨合金，将样品进行分析，铜钨合金布氏硬度为229，相对密度为95.4%。显微组织如附图2所示。
实施方式二：本实施方式的铜钨合金的快速制备方法为：
（2）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比80wt%：20%进行球磨混料，球磨混
料时按照球料比为30：1、转速为200r/min的条件下球磨20min；金属钨粉和铜粉的粒度均小于200目，纯度均大于99.8wt%。
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，压力控制在45MPa，制成钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为2mm的铜粉，然后置于微波频率为2500MHz、功率3KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持15℃/min的加热速度将温度升至1300℃烧结1小时，自然冷却即得到铜钨合金，将样品进行分析，铜钨合金布氏为221，相对密度为98.7%。显微组织如附图3所示。
实施方式三：本实施方式的铜钨合金的快速制备方法为：
（1）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比95wt%：5%进行球磨混料，球磨混
料时按照球料比为1：1、转速为300r/min的条件下球磨10min；金属钨粉和铜粉的粒度均小于200目，纯度均大于99.8wt%。
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，压力控制在25MPa，制成钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为5mm的铜粉，然后置于微波频率为2450MHz、功率3.5KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持18℃/min的加热速度将温度升至1100℃烧结3小时，自然冷却即得到铜钨合金。
实施方式四：本实施方式的铜钨合金的快速制备方法为：
（1）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比70wt%：30%进行球磨混料，球混
料时按照球料比为20：1、转速为200r/min的条件下球磨30min；金属钨粉和铜粉的粒度均小于200目，纯度均大于99.8wt%。
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，压力控制在25MPa，制成钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为2.5mm的铜粉，然后置于微波频率为2500MHz、功率3.8KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持17℃/min的加热速度将温度升至1250℃烧结3小时，自然冷却即得到铜钨合金。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种铜钨合金的快速制备方法，其特征在于具体步骤包括：
（1）将金属钨粉和铜粉分别按照质量百分比95～70wt%：5～30wt%进行球磨混料；
（2）将步骤（1）中球磨混合的钨粉和铜粉进行坯块压制，制成钨骨架坯块；
（3）将钨骨架坯块装入莫来石坩埚，并在钨骨架坯块周围布满厚度为2～5mm的铜粉，然后置于微波频率为2400～2500MHz、功率3～5KW、真空度小于0.1KPa的条件下，保持15～20℃/min的加热速度将温度升至1100～1300℃烧结1～3小时，自然冷却即得到铜钨合金；
所述金属钨粉和铜粉的粒度均小于200目，纯度均大于99.8wt%；
所述球磨混料时按照球料比为1～50：1、转速为100～300r/min的条件下球磨10～40min；
所述坯块压制时的压力控制在25～45MPa。
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