W-30Cu合金的水热合成法制备及致密化工艺研究

发布时间：2019-05-10 19:43

【摘要】：钨铜合金兼具W和Cu两种金属的特性,具有密度高、抗拉强度高、良好的电性能和导热性能以及较强的吸收射线能力等,因而被广泛的应用于航空航天、军事工业、电器仪表工业等领域。然而,由于钨铜几乎不互溶,加之W的熔点(3410℃)与铜的熔点(1083℃)相差太大,传统粉末冶金制备工艺普遍存在致密化程度低、微观组织不均匀等一系列问题,极大地限制了W-Cu合金的应用范围。一些研究表明,对于以颗粒重排为烧结致密化主导机制的钨铜体系来说,粒度细小、成分均匀分布的粉末有助于提高烧结致密化速度和烧结密度,因此,近年来钨铜合金的制备转向了细颗粒钨铜复合粉末的制备工艺方面。结合实际条件,本文设计了以水热合成为基础,结合等离子烧结和包套热挤压工艺制备细晶钨铜复合材料的工艺过程,并对材料的电接触特性进行研究。主要研究成果如下:在p H=5.2的条件下,采用水热合成法制备出了由Cu WO4·2H2O和Cu2WO4(OH)2组成的水热共沉淀产物。粉末呈规则的类球形状,颗粒细小且均匀,粒度约为10 nm,有软团聚现象。经550℃煅烧2 h后获得了混合氧化物粉末,粉末主要成分为Cu WO4-x,形貌为规则的多边形,粒度约为50 nm。氧化产物于800℃氢气还原1 h完全转化为W-Cu复合粉末。粉末的粒度介于100-200 nm,微观结构为Cu壳包覆W核心的结构,而并非W和Cu颗粒简单的机械混合。粉末中同时存在粒度为20-30 nm的微粒,呈独特的W包覆Cu结构。结果表明,Cu相的存在对氧化钨的还原起到了催化作用,而且也起到了细化晶粒的作用。还原粉末不经压制,直接采用等离子快速烧结在1050℃即可获得组织均匀、细密的细晶W-Cu合金,特别是合金中W颗粒的粒度有了极大的细化。材料的致密度特别是硬度也有很大的提高,但材料的导电率普遍较低。通过真空烧结和包套热挤压技术可以制备出性能优良的超细晶W-Cu复合材料。1050℃真空烧结后的坯体相对密度较低只有91.5%,经包套热挤压后致密度提高到97.07%,硬度达到223 HB。热挤压过程中铜相熔融软化形成的毛细管力促进W颗粒重排和填充孔隙,使组织更加细密均匀,形成了典型的钨骨架和铜网络结构。同时,W相和Cu相分布均匀,钨颗粒细小(1-3μm)。后续热处理能消除残余应力,使组织和性能得到进一步改善。材料的致密度和电导率达到最大值,分别为98.82%和43.31%IACS,形成良好的综合性能指标匹配。热挤压制备的触头材料电接触性能良好。在电压36 V时,触点材料的转移方向发生了改变,由阴极失重转变为阳极失重。电流一定时,接触电阻比较稳定,表明材料耐烧蚀性能比较好;燃弧时间和燃弧能量值随电压的增大而增大,且电压越大波动越大。由触头侵蚀形貌分析可知,阳极表面出现大量凹坑、孔洞和熔池,阴极表面主要为凝固后的材料熔化区和熔滴。
[Abstract]:Tungsten-copper alloy has been widely used in aerospace and military industries because of its high density, high tensile strength, good electrical and thermal conductivity and strong ability to absorb rays because of its characteristics of both W and Cu metals. Electrical instrument industry and other fields. However, due to the almost immiscible tungsten and copper, and the difference between the melting point of W (3410 鈩，

本文编号：2473945