CN103589883A - 一种钨铜合金制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种钨铜合金制备方法，其特征在于步骤如下：按钨粉∶铜粉质量比为70~30∶30~70，取直径为0.8~1.5μm的钨粉和直径50μm的铜粉；转速150rpm下球磨混合粉末2.5小时；在压力为150~600MPa下，将混合粉末冷压成坯后封入钢套并焊合，包套厚度为5~10mm；以30℃/min的升温速度，在1100~1150℃下，保温30min，轧制成钨铜合金。本发明的方法是一种提高钨铜合金的致密度，电导率和硬度的钨铜合金的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及两相不互溶合金的制备方法，具体涉及W、Cu混合粉末采用液相铜热轧制工艺制备钨铜合金的方法。
背景技术
钨铜合金由于自身的诸多优良特性，目前已广泛应用于大容量真空断路器和微电子领域。钨铜在电工材料方面应用主要包括电触头材料和电极材料。高强度钨铜电极材料作为具有优良的导电性、强度和高温性能的新型功能材料，已经在电阻焊和电火花加工等领域获得广泛的应用。钨铜合金板材由于其膨胀系数小、导电导热性好等优点，已经作为一种新型的电子封装材料应用于功率电子器件。
钨与铜不互溶，因此只有通过粉末冶金的方法才能获得这两种金属的复合，但是制取完全致密的粉末材料有很大难度。传统采用熔渗法来制备，它是将钨粉或掺入部分铜粉的混合粉压制成坯块，制备成具有一定密度和强度的多孔钨骨架基体，然后在坯块上放置所需要的铜，当加热到铜熔化后，铜液相填充孔隙，从而获得综合性能较为优良的钨铜材料，但熔渗法的缺点是致密化速度慢，致密化程度低。常规的熔渗烧结和简单的液相烧结无法满足98%相对密度的要求，通过增加成形压力来提高生坯密度，可达到提高最终密度的目的。但其仅在一定压力范围内有效且作用有限。另一种方法就是增加烧结温度直到1400~1500℃，密度可以明显提高，但此时对烧结条件要求苛刻，并且高温下尺寸变形严重，液相铜过分溢出使成分发生偏析。另外，熔渗烧结时，液相铜仅靠钨骨架空隙的毛细管作用渗入，铜凝固相分布粗大且不均匀，而高温烧结会使钨颗粒聚集长大，形成粗大不均匀组织。
粉末包套热变形（挤压，轧制）方法可大幅提高钨铜合金的相对密度（＞98%），且有着细小的晶粒组织、高硬度和良好的导电性能。CN200710144332.7采用粉末包套，在800~1000℃热挤压，获得了具有良好性能的钨铜合金棒材。CN 200810209542.4采用粉末烧结坯，经850~950℃热挤压后，再退火得到了形变钨铜合金棒材。但是，热挤法存在一定的局限性：首先，受挤压工艺的限制，该法很难获得大尺寸的钨铜宽板和薄板；其次，在800~1000℃对钨铜合金进行热变形，由于此时加热温度位于铜熔点（1083℃）以下，铜相仍然处于固态，流动性和填充孔隙性能较差，容易出现偏聚和大孔，影响导电导热性能，同时，温度低导致变形抗力增大，对模具损害较严重，而采用烧结挤压工艺的钨铜合金，在烧结过程中，钨相长大也会大大降低材料的硬度值。
发明内容
本发明提出了一种提高钨铜合金的致密度，电导率和硬度的钨铜合金的制备方法。
本发明制备钨铜合金板材的制备方法步骤如下：按钨粉∶铜粉质量比为70~30∶30~70，取直径为0.8~1.5μm的钨粉和直径50μm的铜粉；转速150rpm下球磨混合粉末2.5小时；在压力为150~600MPa下，将混合粉末冷压成坯后封入钢套并焊合，包套厚度为5~10mm；以30℃/min的升温速度，在1100~1150℃下，保温30min，轧制成钨铜合金。
本发明将钨铜粉冷压坯包套后不经烧结，在铜熔点附近温度直接热变形，利用高温变形过程中铜相温度接近或超过自身熔点产生的瞬时液相化效果，大幅提高铜相的流动性和对孔隙的填充性能。本发明为高性能大尺寸钨铜板材的制备提供了一种低成本可规模化的生产工艺，在超过铜熔点的温度下轧制，通过轧制压力下液相铜的快速流动，充分填充孔隙，并形成完整的导电铜网络，可获得接近全致密且具有高硬度和良好导电导热性能的钨铜合金板材。
本发明的优点在于：
1.采用液相铜热轧制工艺解决了钨铜合金两相界面润湿性差，烧结致密难的问题，取代传统熔渗烧结和固相挤压工艺，在压力作用下强制液相铜流动填充钨相之间的孔隙，且形成完整连通的导电导热铜网络，材料致密度可达99.3%，电导率超过47%IACS。
2.由于无烧结过程，仅仅通过短时间的加热，有效抑制了钨相的长大，使材料的硬度得以提高，硬度可达215HV。
3.该发明为高性能钨铜合金的工业化生产提供可能。
具体实施方式
本发明给出的以下实施例，仅用于说明发明目的，不构成对本发明的任何限制。
实施例一
按钨粉∶铜粉质量比为30∶70，钨粉直径为1.2μm，铜粉直径50μm，球磨转速150rpm、球磨时间2.5h；在600MPa下将混合粉末模压成400mm×200mm×10mm的钨铜冷压板坯；用包套厚度5mm低碳钢套包钨铜冷压坯，以升温速率30℃/min加热到1100℃，并保温30min，在Φ400×400mm的轧机上多道次热轧制，得到钨铜板材。该钨铜板材致密度达到99.3%，电导率82%IACS，硬度值95HV。
实施例二
按钨粉∶铜粉质量比为40∶60，钨粉直径为1.2μm，铜粉直径50μm，球磨转速150rpm、球磨时间2.5h；在600MPa下将混合粉末模压成400mm×200mm×10mm的钨铜冷压板坯；用包套厚度5mm低碳钢套包钨铜冷压坯，以升温速率30℃/min加热到1100℃，并保温30min，在Φ400×400mm的轧机上多道次热轧制，得到钨铜板材。该钨铜板材致密度达到98.7%，电导率75%IACS，硬度值123HV。
实施例三
按钨粉∶铜粉质量比为50∶50，钨粉直径为0.8μm，铜粉直径50μm，球磨转速150rpm、球磨时间2.5h；在200MPa冷等静压下将混合粉末模压成400mm×200mm×10mm的钨铜冷压板坯；用包套厚度7mm低碳钢套包钨铜冷压坯，以升温速率30℃/min加热到1130℃，并保温30min，在Φ400×400mm的轧机上多道次热轧制，得到钨铜板材。该钨铜板材致密度达到98.5%，电导率62%IACS，硬度值160HV。
实施例四
按钨粉∶铜粉质量比为60∶40，钨粉直径为0.8μm，铜粉直径50μm，球磨转速150rpm、球磨时间2.5h；在200MPa冷等静压下将混合粉末模压成400mm×200mm×10mm的钨铜冷压板坯；用包套厚度10mm低碳钢套包钨铜冷压坯，以升温速率30℃/min加热到1130℃，并保温30min，在Φ400×400mm的轧机上多道次热轧制，得到钨铜板材。该钨铜板材致密度达到98.2%，电导率52%IACS，硬度值195HV。
实施例五
按钨粉∶铜粉质量比为70∶30，钨粉直径为0.8μm，铜粉直径50μm，球磨转速150rpm、球磨时间2.5h；在200MPa冷等静压下将混合粉末模压成400mm×200mm×10mm的钨铜冷压板坯；用包套厚度10mm低碳钢套包钨铜冷压坯，以升温速率30℃/min加热到1150℃，并保温30min，在Φ400×400mm的轧机上多道次热轧制，得到钨铜板材。该钨铜板材致密度达到99.0%，电导率47%IACS，硬度值215HV。
Claims (1)
1.一种钨铜合金制备方法，其特征在于步骤如下：按钨粉∶铜粉质量比为70~30∶30~70，取直径为0.8~1.5μm的钨粉和直径50μm的铜粉；转速150rpm下球磨混合粉末2.5小时；在压力为150~600MPa下，将混合粉末冷压成坯后封入钢套并焊合，包套厚度为5~10mm；以30℃/min的升温速度，在1100~1150℃下，保温30min，轧制成钨铜合金。
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