溫壓成形和注射成形制備鎢銅復(fù)合材料研究.pdf

1、鎢銅粉末冶金復(fù)合材料是由互不相溶的W和Cu組成的假合金。它兼有W的高強度、高硬度、低熱膨脹系數(shù)和Cu的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和高塑性等，具有良好的綜合性能。目前，被廣泛地用作電觸頭材料、電子封裝材料、熱沉材料、電熱合金、高密度合金、大規(guī)模集成電路的引線框架，以及軍事等尖端科學(xué)領(lǐng)域。 W-Cu材料通常通過粉末冶金液相燒結(jié)和熔滲燒結(jié)方法生產(chǎn)，然而上述傳統(tǒng)工藝難以獲得高致密、微觀組織均勻、形狀復(fù)雜的W-Cu合金，不能滿足現(xiàn)代科技對高性能W-

2、Cu材料的要求。本論文根據(jù)粉末溫壓成形、注射成形工藝的突出的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，及其在制備高密度鐵基粉末冶金材料和復(fù)雜形狀零件方面的成功應(yīng)用，嘗試通過粉末溫壓成形來制備高密度W-Cu復(fù)合材料，通過粉末注射成形來制備復(fù)雜形狀的W-Cu復(fù)合材料，探索了制備高性能W-Cu復(fù)合材料的新途徑。 采用一種新型溫壓粘結(jié)劑對W-20wt％Cu粉末進行溫壓成形實驗，對W-Cu粉末的溫壓行為進行了系統(tǒng)的研究，其中包括溫壓溫度、壓制壓力、粘結(jié)劑含量，以及

3、粉末粒度等對壓坯密度的影響，并與冷壓成形壓坯進行對比。觀察了溫壓和冷壓壓坯及燒結(jié)體的顯微組織，并對燒結(jié)體的密度、電導(dǎo)率和硬度等物理、力學(xué)性能進行了測定。實驗結(jié)果表明：與冷壓成形相比，溫壓能夠明顯提高W-Cu粉末壓坯的密度和強度。在400MPa，170℃條件下溫壓壓坯的密度和強度分別可達10.68g/cm3和22.06MPa，比冷壓成形分別提高了0.55 g/cm3和12.45MPa。原料Cu粉粒度對溫壓壓坯的密度也有影響，在相同壓制壓力

4、下，采用D50為2.79μm細Cu粉的W-Cu壓坯的密度明顯高于使用D50為26.27μm粗Cu粉的壓坯密度。此外，本文還對燒結(jié)溫度、成形方式對W-Cu壓坯燒結(jié)行為和燒結(jié)體性能影響等進行了研究，對其燒結(jié)致密化機理進行了探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫壓W-Cu壓坯的徑向燒結(jié)收縮率低于冷壓壓坯，但燒結(jié)體的密度仍高于冷壓成形的燒結(jié)體。W-Cu壓坯在1050～1250℃下于H2氣氛中燒結(jié)，隨著燒結(jié)溫度的升高，溫壓和冷壓燒結(jié)體密度不斷增大。在1250℃于H2

5、中燒結(jié)2h后，溫壓成形燒結(jié)體的相對密度可達95.86％，燒結(jié)體組織均勻，具有良好的物理機械性能，其硬度和電導(dǎo)率分別為249HV和33.67％IACS，均高于冷壓壓坯燒結(jié)體的硬度(242HV)和電導(dǎo)率(33.67％IACS)。 本論文的另一研究內(nèi)容是采用高密度聚乙烯(HDPE)基粘結(jié)劑體系，通過注射成形制備出了球形W-20wt％Cu合金。實驗中，對注射成形參數(shù)對成形坯質(zhì)量的影響、溶劑脫脂的時間和溫度對注射坯脫脂率的影響進行了研究，

6、并對熱脫脂升溫速率進行了優(yōu)化。通過掃描電鏡觀察了不同脫脂時間后脫脂坯及W-Cu燒結(jié)體的顯微組織。結(jié)果表明：較佳的注射工藝參數(shù)為：注射溫度180℃，注射壓力110bar，注射速度30％(占標準注射速度)，模具溫度50℃。粘結(jié)劑的脫除采用溶劑+熱脫脂兩步脫脂法，在溶劑脫脂過程中，隨著脫脂溫度的升高和脫脂時間的延長，脫脂率不斷增大。在55℃下經(jīng)溶劑脫脂11h后，注射坯中62.26％粘結(jié)劑被脫除；再經(jīng)550℃熱脫脂1h后，注射坯中粘結(jié)劑完全脫除