顆粒尺寸對(duì)鎢銅合金組織性能及電弧燒蝕特性的影響.pdf

1、鎢銅合金因其良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐電弧侵蝕性及抗熔焊性被廣泛應(yīng)用于觸頭材料、電極材料、航空航天用耐燒蝕材料。眾所周知，粗晶材料有較好的高溫性能，但細(xì)晶的鎢銅合金具有分散電弧、耐電弧燒蝕性。針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的鎢銅合金，本文釆用不同粒度的鎢粉并結(jié)合熔滲工藝制備出不同顆粒（晶粒）尺寸的CuW70合金。運(yùn)用SEM、高溫蠕變實(shí)驗(yàn)、模擬高壓電弧燒蝕實(shí)驗(yàn)等探討了顆粒尺寸對(duì)鎢銅合金組織結(jié)構(gòu)與相關(guān)性能的影響，同時(shí)利用第一性原理分析計(jì)算了不同顆粒尺寸CuW7

2、0合金的場(chǎng)發(fā)射電子能力，探討了細(xì)晶鎢銅合金耐電弧燒蝕性的電擊穿機(jī)理。研究結(jié)果表明：
　?。?）室溫下，鎢銅合金硬度和抗壓強(qiáng)度隨顆粒尺寸的增大而減小，電導(dǎo)率則隨顆粒尺寸的增大而升高，當(dāng)顆粒尺寸由0.52μm變?yōu)?0.69μm時(shí)，相對(duì)密度、硬度、抗壓強(qiáng)度、電導(dǎo)率分別從99.2％、202HB、1232.17MPa、42.8%IACS變化為97.5%、179HB、1116.31MPa、44.6%IACS；而高溫下，粗晶粒的鎢銅合金表現(xiàn)出良

3、好的抗蠕變性能，隨顆粒尺寸的減小合金的蠕變壽命變短，顆粒尺寸由0.52μm變化到20.69μm時(shí)，合金蠕變壽命由26.3h提高到87.2h。
　　（2）室溫下，試樣的斷口形貌為典型的解理斷口形貌特征，斷口以W-Cu界面斷裂和W-W界面斷裂為主；高溫下，材料內(nèi)部加熱溫度過(guò)高，削弱了鎢相和粘結(jié)相銅的界面結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)，銅相斷裂時(shí)所需剪切應(yīng)力較鎢相低，故裂紋容易在兩相界面和銅相上產(chǎn)生，最終斷口以W-Cu界面斷裂和銅相延性斷裂為主。

4、>　?。?）同一擊穿電壓下，細(xì)晶鎢銅合金相對(duì)于粗晶的首擊穿燒蝕面積大，擊穿坑多而淺，100次電擊穿后，表面均有銅的飛濺沉積，出現(xiàn)大量的孔洞和裸露的鎢骨架，顆粒越粗該現(xiàn)象越明顯。細(xì)晶銅相分散，散熱快，燒蝕面積大，燒蝕比較緩和；而粗晶合金銅相相對(duì)集中，燒蝕在此區(qū)域集中進(jìn)行，最終導(dǎo)致銅相大量損失，燒蝕嚴(yán)重。
　?。?）細(xì)晶比粗晶更耐電弧燒蝕，其機(jī)理一是細(xì)晶鎢銅合金中銅相分布細(xì)小均勻，電弧不會(huì)在富銅區(qū)域聚集，而是均句分布在陰極材料表面；二

5、是細(xì)晶鎢銅合金中W骨架致密，微小的銅滴可嵌在鎢骨架中，使多次擊穿后合金表面仍保持光滑平整，微凸起引發(fā)的場(chǎng)致電子發(fā)射幾率減小，利于提高陰極材料的電擊穿性能；三是細(xì)晶晶界的功函數(shù)降低，從而降低陰極溫度和材料的蒸發(fā)，以此來(lái)減輕電弧燒蝕。
　　（5）隨外加電場(chǎng)增大，鎢銅合金費(fèi)米能級(jí)處態(tài)密度增大，外電場(chǎng)從0.087Ha變化到0.12Ha，態(tài)密度值從199.62Ha增加到244.01Ha。細(xì)顆粒鎢銅合金耐電壓強(qiáng)度高故外加電場(chǎng)強(qiáng)度大，態(tài)密度表示