[发明专利]球形钨粉制备钨铜合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及球形钨粉制备钨铜合金的方法。

背景技术

W-Cu合金是一种由体心立方结构的钨和面心立方结构的铜所组成的既不互相固溶又不形成金属间化合物的两相混合组织，通常被称为伪合金。因此，它既具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性，同时又具有铜的高塑性、良好的导电导热等特性。这种特有的综合性能使W-Cu合金在电接触材料和电极材料中得到广泛的应用。

在制备W-Cu合金时，通常所采用的钨粉平均粒度为2-8μm左右，铜粉粒度为几十微米，生产工艺为：混粉、成形、烧结、后续加工；或采用钨粉成形，将铜块与钨压坯叠放在高温1200～1300℃下烧结的熔浸工艺等。在这种传统技术中，由于W-Cu液相润湿角不为零且W-Cu又互不溶解，因此无论是液相烧结或是固相烧结均难以使烧结产品的相对密度大于98％。复压复烧或者后续热加工虽可提高产品密度，但成本增加，效率降低。原始钨颗粒在液相烧结过程中要长大5～10倍，致使烧结中钨晶粒进一步粗化。这种合金结构不能满足近年来作为高技术用途的W-Cu合金的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有致密度高、钨和铜相溶性好以及电导率高的球形钨粉制备钨铜合金的方法。

解决上述技术问题的技术方案如下：

球形钨粉制备钨铜合金的方法，包括以下步骤：

步骤1、按重量百分比取10％-20％铜粉末的和70％-80％的球形钨粉末进行混合，其中球形钨粉末的直径为2-8μm，铜粉末为电解铜粉平均粒径为45μm，以100～130r/min速率球磨混合粉末5-10h，球磨混合粉末时，钢球与混合料的比为5∶1；

步骤2、将混合粉末在200-900MPa压力条件下冷压制成坯料，使坯料的相对密度达到75％-85％；

步骤3、将坯料进行真空脱气，真空脱气的坯料放入密闭的石墨坩埚中，并在石墨坩埚中放入铜料，铜料摆放于坯料的上表面，铜料的质量为步骤1中合金铜质量的1.1-1.5倍；

步骤4、采用氧化铝对石墨坩埚进行填埋，以5-10℃/min的升温速度对石墨坩埚中的坯料和铜料进行升温，加热到900-1000℃时保温2小时，然后继续升温，在1200-1300℃下进行渗铜，保温1-3h制成钨铜合金。

采用了上述方案，本发明将钨铜混合粉制成坯料后，无需先烧结骨架，而是直接装在密闭的石墨坩埚，加热到900-1000℃时保温2小时，然后继续升温，在1200-1300℃下进行渗铜，并由于在制坯时，坯料中有电解铜粉且相对密度为75％-85％，在此温度下坯料中的电解铜粉也已液化，提高了铜相的流动性和对孔隙的填充性能，从而使制得的钨铜合金具有致密度高、钨和铜相溶性好以及电导率高的优点。

优选地，所述步骤4中，在升温温度接近铜熔点时，向石墨坩埚内通入保护气体。通过保护气体，不但减小了熔融状态下铜的氧化，而且在保护压强气体的作用下，帮助了铜相的流动，提升了铜相对孔隙的填充，因此，使制得的铜钨合金具有致密度高、钨和铜相溶性好以及电导率高的优点。

优选地，在向石墨坩埚内通入保护气体前，先对石墨坩埚内进行抽真空。在真空环境中通入保护气体后，石墨坩埚内完全是保护气体的氛围，坯料和铜料在此氛围中，完全不会受到氧化的作用，而且增加了石墨坩埚的气压作用力，使得铜更容易均匀熔渗到钨基体中。

具体实施方式

球形钨粉制备钨铜合金的方法，包括以下步骤：

步骤1、按重量百分比取10％-20％铜粉末的和70％-80％的球形钨粉末进行混合，其中球形钨粉末的直径为2-8μm，铜粉末为电解铜粉平均粒径为45μm，以100～130r/min速率球磨混合粉末5-10h，球磨混合粉末时，钢球与混合料的比为5∶1，钢球与混合料采用这样的比例，是为了使混合料的混合能够更加均匀。

步骤2、将混合粉末在200-900MPa压力条件下冷压制成坯料，使坯料的相对密度达到75％-85％。

步骤3、将坯料进行真空脱气，将真空脱气的坯料坯后放入密闭的石墨坩埚中，并在石墨坩埚中放入铜料，铜料摆放于坯料的上表面，铜料的质量为步骤1中合金铜质量的1.1-1.5倍。