CN105798544B - 一种钨-铜复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钨‑铜复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明首先以具有多孔结构的钨板作为基材，采用渗铜的方法使铜渗入基材表层或内部；其次经过表面处理后在旋转装置中采用脉冲电源于钨铜板或钨铜‑钨‑钨铜板上电积覆铜；最后经过轧制整平和退火处理得到钨‑铜复合材料。本发明的钨‑铜复合材料为叠层复合金属板材。本发明在旋转装置中采用脉冲电源于钨铜板或钨铜‑钨‑钨铜板上电积覆铜，所覆铜层均匀性好，同板差在10％以内；金属铜与基材的结合效果好，铜层厚度可控，成材率高；本发明制备的钨‑铜复合材料可广泛应用于电子、电器、航天、机械等领域。

Description

一种钨-铜复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种钨-铜复合材料及其制备方法。
背景技术
由于钨-铜复合材料具有钨和铜各自的特性和优点，高熔点钨和高导热导电金属铜的优异特性，即高的高温强度、高的导电导热性、好的抗电蚀性、较高的硬度、低的热膨胀系数和具有一定的塑性等特性，可以通过改变组元比例调整其相应的机械和物理性能，因此该复合材料可广泛应用于电子、电器、航天、机械等领域。
目前制备叠层复合金属板材的方法多数采用轧制复合的方法，就是以金属板如二元金属或单元金属为芯材通过轧制复合的方法将金属如铜复合于芯材的两侧，通过大的压下量使各组元层结合的一种复合方法，因此存在着材料界面结合强度低、易分层、成材率低等缺点。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种钨-铜复合材料及其制备方法。本发明的钨-铜复合材料为叠层复合金属板材，本发明的方法具有金属铜与基材的结合效果好、铜层厚度可控、成材率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钨-铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对钨板进行渗铜，得到钨铜板或钨铜-钨-钨铜板；
(2)对钨铜板或钨铜-钨-钨铜板进行表面处理；
(3)在旋转装置中采用脉冲电源于钨铜板或钨铜-钨-钨铜板上电积覆铜；
(4)经过轧制整平和退火处理得到钨-铜复合材料。
其中，
步骤(1)中所述钨板为多孔结构，孔隙率为7～30％，厚度为0.1～100.0mm。
步骤(1)中所述渗铜的方法为在钨板两侧置放铜，于1100～1500℃的非氧化性气氛下使铜渗入钨板表层或内部，时间0.1～5h。
进一步地，所述铜为铜板、铜箔、铜丝或铜棒。
步骤(2)中所述的表面处理为精整、清洗和离子镀铜。
进一步地，所述清洗为在体积比5～50％的盐酸中浸泡3～180秒，然后用清水冲洗。
进一步地，所述离子镀铜的铜层厚度为0.01～50μm。
步骤(3)中所述旋转装置内的阴极相对于阳极进行自转和公转，转速为0～100rpm，正反转间隔为0～60秒。
步骤(4)中所述退火处理为在350～1000℃的非氧化性气氛下恒温0.2～3h。
本发明渗铜时铜的用量和外形尺寸、渗铜温度、时间以及钨板的孔隙率决定铜渗入到钨层内的成分含量及分布状态，即钨铜合金中铜的含量和渗入深度、分布范围。精整是将钨铜板或钨铜-钨-钨铜板表面不平整之处予以抛光打磨整平，去除其附着物使钨铜板或钨铜-钨-钨铜板厚度均匀，并使其表面整洁。轧制整平是在电积覆铜后的钨铜板或钨铜-钨-钨铜板复合材料上通过轧制进一步提高铜层的一致性，控制厚度，增加铜与基材的结合，提高铜的致密性、光洁度和平整度。
本发明还提供一种上述方法制备的钨-铜复合材料。
本发明的有益效果：
本发明在旋转装置中采用脉冲电源于钨铜板或钨铜-钨-钨铜板上电积覆铜，所覆铜层均匀性好，同板差在10％以内；金属铜与基材的结合效果好，铜层厚度均匀、可控，成材率高；本发明制备的钨-铜复合材料可广泛应用于电子、电器、航天、机械等领域。
附图说明
图1为实施例1制备的钨-铜复合材料的断面示意图；其中，1-铜层，2-钨铜合金层。
图2为实施例2制备的钨-铜复合材料的断面示意图；其中，1-铜层，2-钨铜合金层，3-钨层。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制。任何熟悉该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明所做的一些非本质的改进和调整，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1
首先选用2片孔隙率25％、外形尺寸60×200mm、厚2.4mm的钨板作为基材，将Φ3×200mm的铜棒分别置于钨板上下两侧并用Φ1mm的铜丝紧固后放入炉内，在1250℃的氢气气氛下恒温1.5h；其次，将渗铜的2片钨板抛光打磨后再浸入到40％(体积比)的盐酸中30秒，取出用清水冲洗干净、烘干，利用离子镀铜的方法镀一层厚0.1μm的铜层；然后在深度为350mm(液面距离底部)的旋转装置中用脉冲电源同时对2片不同位置的钨铜板进行电积覆铜，即在室温下的酸性硫酸铜溶液自循环中进行，CuSO4·H2O：195g/L、H2SO4：55g/L，自转和公转的转速10rpm，正反转间隔5秒，脉冲频率100HZ，脉冲电流20A，占空比40％，时间4h，经检测覆铜的铜层同板差在5％以内；最后利用双辊轧机在室温下以厚度要求为2.5mm进行轧制，并在600℃的氢气气氛下恒温1h进行退火处理。
上述制备的复合材料为铜-钨铜-铜，界面结合强度不低于200Mpa，其断面示意图如图1所示。
实施例2
首先选用2片孔隙率10％、外形尺寸60×200mm、厚4.8mm的钨板作为基材，取与钨板外形尺寸相同、厚0.2mm的铜箔分别置于钨板上下两侧，用小于Φ1mm的铜丝紧固后放入炉内，在1150℃的氢气气氛下恒温0.5h；其次，将渗铜的2片钨板抛光打磨后再浸入到20％(体积比)的盐酸中60秒，取出用清水冲洗干净、烘干，利用离子镀铜的方法镀一层厚3μm的铜层；然后在深度为350mm(液面距离底部)的旋转装置中用脉冲电源同时对2片不同位置的钨铜板进行电积覆铜，即在室温下的酸性硫酸铜溶液自循环中进行，CuSO4·H2O：190g/L、H2SO4：52g/L，自转和公转的转速20rpm，正反转间隔10秒，脉冲频率100HZ，脉冲电流16A，占空比60％，时间5h，经检测覆铜的铜层同板差在10％以内；最后利用双辊轧机在室温下以厚度要求为5.0mm进行轧制，并在900℃的氢气气氛下恒温0.5h进行退火处理。
上述制备的复合材料为铜-钨铜-钨-钨铜-铜，界面结合强度不低于200Mpa，其断面示意图如图2所示。

Claims (7)

1.一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对钨板进行渗铜，得到钨铜板或钨铜-钨-钨铜板，所述铜为铜板、铜箔、铜丝或铜棒；
(2)对钨铜板或钨铜-钨-钨铜板进行表面处理；
(3)在旋转装置中采用脉冲电源于钨铜板或钨铜-钨-钨铜板上电积覆铜，所覆铜层同板差在10％以内，所述旋转装置内的阴极相对于阳极进行自转和公转，转速为0～100rpm，正反转间隔为0～60秒；
(4)经过轧制整平和退火处理得到钨-铜复合材料；
所述步骤(2)中的表面处理为精整、清洗和离子镀铜。
2.根据权利要求1所述的一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述钨板为多孔结构，孔隙率为7～30％，厚度为0.1～100.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述渗铜的方法为在钨板两侧置放铜，于1100～1500℃的非氧化性气氛下使铜渗入钨板表层或内部，时间0.1～5h。
4.根据权利要求1所述的一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述清洗为在体积比5～50％的盐酸中浸泡3～180秒，然后用清水冲洗。
5.根据权利要求1所述的一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述离子镀铜的铜层厚度为0.01～50μm。
6.根据权利要求1所述的一种钨-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述退火处理为在350～1000℃的非氧化性气氛下恒温0.2～3h。
7.权利要求1-6任一所述方法制备的一种钨-铜复合材料。
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