鎢銅合金及其制備方法技術

本發明專利技術屬于合金材料制備領域，具體涉及一種鎢銅合金及其制備方法。針對現有方法制備的鎢銅合金中鎢、銅兩相偏析，從而導致合金組織不均勻的問題，本發明專利技術提供一種鎢銅合金及其制備方法，先將鎢粉進行等離子球化處理后，采用銅粉作為誘導劑進行化學鍍銅，再經過壓制成型、預燒結、鎢銅熔滲步驟，制得組織均勻的鎢銅合金。本發明專利技術方法使得鎢粉從多邊形變為球形，分散性提高，保證了化學鍍銅工藝過程鎢銅的均勻分布；本發明專利技術制備的合金材料可以有效防止鎢銅兩相的成分偏析，較大程度改善合金材料的導熱性、導電性、抗電弧燒蝕能力、高溫性能、塑性及其加工工藝性等，廣泛應用于熱沉材料、封裝材料、破甲彈藥型罩材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于合金材料制備領域，具體涉及一種鎢銅合金及其制備方法。
技術介紹
鎢銅具有非常好的導熱性、導電性、抗電弧燒蝕能力、高溫性能、塑性及其加工工藝性被作為發汗材料、電接觸材料等，由于該合金與半導體硅材料具有非常相似的熱膨脹系數而成為廣泛應用的熱沉材料、封裝材料，因為高密度、高聲速和高塑性被應用為破甲彈藥型罩材料。鎢和銅的熔點、熱膨脹系數相差大，兩種金屬元素互不相溶，W和Cu組成的復合材料是一種典型的假合金。采用粉末冶金方法制備鎢銅合金在燒結時易于產生膨脹，難以燒結致密，最高密度一般僅為理論密度的92％～95％。與普通的粉末冶金方法相比，熔滲法制備鎢銅復合材料的相對密度高(密度達到理論密度98％以上)，力學性能好，成為鎢銅材料制備的主要技術方法之一。熔滲法是將W粉壓制成坯塊,在一定溫度下預燒制備成具有一定密度和強度的多孔W基體骨架,然后將熔點較低的金屬Cu熔化，滲入到W骨架中從而得到較致密的W-Cu合金的方法。采用傳統的熔滲方法制備的鎢銅合金因鎢基體骨架制備過程中粉末粒度不同引起材料的燒結活性不同，骨架中形成大量的閉合空隙，再加上兩相的不互溶性，熔滲過程中很容易造成鎢銅兩相的成分偏析，存在相對較大尺寸的銅富集區。這種組織不均勻性導致鎢銅合金作為熱沉材料、壓鑄模具材料時，由于鎢、銅兩相較大的熱膨脹系數差異導致熱應力變形開裂。藥型罩是靠高速金屬射流來實現侵徹毀傷目的的戰斗部類型，金屬射流成為炸藥能量的最終承載單元和毀傷功能的載體。而金屬射流是藥型罩材料在炸藥爆轟波作用下，超動態瞬間翻轉形成的。如果藥型罩材料組織不均勻，爆轟波作用下，藥型罩材料的變形行為不協調一致，造成藥型罩材料翻轉過程中不同部位發生碰撞，大大消耗炸藥的侵徹動能、減小射流的長度，從而降低侵徹威力。為了消除鎢滲銅工藝制備鎢銅材料的組織不均勻性，通常會在熔滲工藝需要的鎢預燒結骨架坯料制備過程中，通過元素粉末混合的方式加入少量的銅粉，作為誘導劑，但是，因為元素混合的方式也很難達到細觀層面的組織均勻性，因此如何通過改善誘導劑的添加方式是提高鎢銅合金組織均勻性的關鍵因素。鎢粉化學鍍銅工藝是提高鎢銅元素混合均勻性的重要技術途徑，可是由于目前制備鎢銅合金用的鎢粉全部采用氧化還原法生成，粉末粒度分布廣泛，粉末團聚現象非常嚴重，很難保證在化學鍍銅工藝保證鎢銅兩相的均勻分布。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題為：現有方法制備的鎢銅合金中鎢、銅兩相偏析，從而導致組織不均勻的問題。本專利技術解決技術問題的技術方案為：提供一種組織均勻的鎢銅合金及其制備方法，其制備的鎢銅合金材料組織均勻致密、性能顯著提高。本專利技術鎢銅合金的制備方法，包括以下步驟：a、鎢粉的等離子球化處理采用感應等離子體粉體球化裝置,對鎢粉進行等離子球化處理,得到球化鎢粉；b、球化鎢粉化學鍍銅將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調節pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進行化學鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′-聯吡啶和甲醇；c、壓制成型將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預壓成型，進行等靜壓復壓處理后,制得坯料；d、預燒結將步驟c所得的坯料進行預燒結，得到滲銅用鎢銅合金坯體；e、鎢銅熔滲按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的鎢粉為粒徑8～15μm的鎢粉。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理操作步驟為：將鎢粉送入感應等離子區，使鎢粉顆粒熔化，再冷卻收縮成球形。進一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理后，球形鎢粉的比例為85～90％。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的感應等離子體粉體球化裝置參數為：其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理后進行篩分，篩分采用超聲振動篩分機，篩網為635目篩。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鍍液組成為：每升鍍液中含有10～30g硫酸銅，20～40mL甲醛，8～30mg酒石酸鉀鈉，10～50g2,2′-聯吡啶，60～150mL甲醇，余量為水。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉與鍍液的重量比為：按化學鍍銅混合液中銅含量3～10wt％配比。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉在混合前先采用丙酮溶液配合超聲波清洗5～15min，再用稀氫氟酸進行表面粗化5min后，用膠體鈀敏化活化液對鎢粉進行敏化活化3min，真空烘干。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的攪拌速度以鎢粉懸浮在混合液中，與鍍液充分接觸為準。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟c中所述的成型壓力為160～250MPa，冷等靜壓復壓的壓力為200～350MPa。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預燒結采用氫氣保護的鉬絲燒結爐進行。進一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預燒結先升溫至750～900℃，保溫30～60min，再升溫至1300℃～1350℃，保溫60～180min，隨爐冷卻。進一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，所述的升溫速度為5～15℃/min。其中，上述組織均勻的鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的升溫速度為5～15℃/min。其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的熔滲保溫溫度1180℃～1250℃。本專利技術還提供了一種鎢銅合金，由上述方法制備而成。本專利技術的有益效果為：本專利技術通過等離子球化處理，使得鎢粉從多邊形變為球形，分散性大大改善，減少了鎢粉團聚現象的產生，從而保證了化學鍍銅工藝過程鎢銅的均勻分布，這樣化學鍍銅過程均勻分布的銅作為誘導劑，又可以保證鎢滲銅工藝中，銅在鎢當中的均勻分布，從而使得鎢銅合金材料的組織均勻性得到較大幅度的改善。本專利技術制備了一種組織均勻性更好的鎢銅合金，并且制備方法簡單，便于推廣實施。本專利技術制備的合金材料可以有效防止鎢銅兩相的成分偏析，較大程度改善合金材料的導熱性、導電性、抗電弧燒蝕能力、高溫性能、塑性及其加工工藝性等，廣泛應用于熱沉材料、封裝材料、破甲彈藥型罩材料。附圖說明圖1為實施例2中所用原料鎢粉SEM形貌；圖2為實施例2中等離子球化處理后鎢粉SEM形貌；圖3為實施例1中制備得到的鎢銅合金金相組織圖；圖4為對比例3中制備得到的鎢銅合金金相組織圖。具體實施方式本專利技術提供了一種鎢銅合金的制備方法，包括以下步驟：a、鎢粉的等離子球化處理采用感應等離子體粉體球化裝置,對鎢粉進行等離子球化處理,得到球化鎢粉；b、球化鎢粉化學鍍銅將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調節pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進行化學鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′-聯吡啶和甲醇；c、壓制成型將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預壓成型，進行等靜壓復壓處理后,制得坯料；d、預燒結將步驟c所得的坯料進行預燒結，得到滲銅用鎢銅合金坯體；e、鎢銅熔滲按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。其中，上述本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鎢銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：a、鎢粉的等離子球化處理采用感應等離子體粉體球化裝置,對鎢粉進行等離子球化處理,得到球化鎢粉；b、球化鎢粉化學鍍銅將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調節pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進行化學鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′?聯吡啶和甲醇；c、壓制成型將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預壓成型，進行等靜壓復壓處理后,制得坯料；d、預燒結將步驟c所得的坯料進行預燒結，得到滲銅用鎢銅合金坯體；e、鎢銅熔滲按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。

【技術特征摘要】
1.鎢銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：a、鎢粉的等離子球化處理采用感應等離子體粉體球化裝置,對鎢粉進行等離子球化處理,得到球化鎢粉；b、球化鎢粉化學鍍銅將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調節pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進行化學鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′-聯吡啶和甲醇；c、壓制成型將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預壓成型，進行等靜壓復壓處理后,制得坯料；d、預燒結將步驟c所得的坯料進行預燒結，得到滲銅用鎢銅合金坯體；e、鎢銅熔滲按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。2.根據權利要求1所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于：步驟a中所述的鎢粉為粒徑8～15μm的鎢粉。3.根據權利要求1或2所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于：步驟a中所述的球化處理操作步驟為：將鎢粉送入感應等離子區，使鎢粉顆粒熔化，再冷卻收縮成球形。4.根據權利要求1～3任一項所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于：步驟a中所述的球化處理...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周鋼，柴淼，
申請(專利權)人：四川恒琿新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：四川;51