細晶W-25Cu合金的致密化工藝及性能研究.pdf

1、W-Cu合金兼具W和Cu的優(yōu)良特性，具有強度高、硬度高、導熱導電性能好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)點，常作為電接觸材料、熱沉積材料、電火花加工材料和高溫結(jié)構(gòu)材料而被廣泛的應用于航空航天、軍事工業(yè)、電器儀表工業(yè)等領域。然而，由于W(3380℃)和Cu(1083℃)互不相溶且二者熔點相差較大，常用粉末冶金的方法來制備W-Cu合金。以超細及納米粉體為原料，采用細晶燒結(jié)技術(shù)可以制備出高致密W-Cu合金，因此近年來納米W-Cu粉體制備成為研究熱點。

2、　　本文采用水熱法-共還原法原位合成納米W-Cu復合粉末，采用粉末冷等靜壓成型-真空燒結(jié)-低溫包套熱擠壓聯(lián)合制備工藝，抑制了高溫液相燒結(jié)過程中出現(xiàn)的晶粒長大，制備出了高致密度細晶W-Cu合金。研究了新型細晶W-Cu合金物理、力學性能與電接觸行為，探討了微觀組織與性能變化對合金電接觸性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　以Na2WO4·2H2O和Cu(NO3)2·3H2O為原料，采用水熱-焙燒工藝制備前驅(qū)體粉末，研究了濃度和 pH值改變對

3、合金元素回收率的影響。結(jié)果表明，在溶液濃度為0.6 mol/L且pH值為5.5時，W和Cu的回收率可以達到99％以上。水熱產(chǎn)物以糯米狀的CuWO4·2H2O為主，粒度細小均勻，介于15～20 nm。水熱產(chǎn)物500℃焙燒2h后轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅蔚?CuWO4焙燒粉末，粉末粒徑細小均勻，介于為30～60nm。
　　焙燒產(chǎn)物在800℃氫氣氣氛下還原90min后得到納米W-Cu復合粉末。相比一段還原，兩段還原得到的W-Cu粉末粒度更小，分散性更

4、好，顆粒尺寸介于100～200nm。同時還發(fā)現(xiàn)，還原過程中先被還原出來的Cu相，在W相的還原過程中不僅起到催化作用，使得氧化鎢的還原溫度降低，而且在W相還原過程中可以起到異相形核和釘扎作用，細化晶粒。兩段還原W-Cu復合粉末形態(tài)更好。
　　納米W-Cu復合粉末燒結(jié)工藝研究表明，經(jīng)冷等靜壓和真空燒結(jié)后其相對致密度僅為88.56%，燒結(jié)體中存在較多空隙，W、Cu結(jié)合不致密。采用包套熱擠壓工藝可以提高其致密度和物理性能，擠壓溫度和擠壓比

5、影響最大。隨著擠壓溫度的升高，合金致密度先增大后減?。辉龃髷D壓比能夠提高 W-Cu合金的致密度和物理性能。擠壓比λ=11.11，1090℃熱擠壓條件下，合金綜合性能最優(yōu)。此時，合金晶粒細小，可以形成完整的Cu網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組織；其致密度達到99.45%，硬度達到273HB，電導率達到52.3%IACS，抗拉強度達到282MPa。同時發(fā)現(xiàn)，擠壓過程中，W顆粒沒有發(fā)生明顯的變形，主要是Cu相發(fā)生塑性變形。與橫截面組織相比，縱截面的組織更加均勻、致

6、密、細小。擠壓棒熱處理可使合金微觀組織位錯密度降低，加工硬化得到回復，致密度和導電率有所提高，硬度有所減小。
　　細晶W-Cu合金電接觸行為研究發(fā)現(xiàn)：當接觸電壓＞36V時，陰陽兩極間出現(xiàn)了材料轉(zhuǎn)移方向的變化，由陰極失重變?yōu)殛枠O失重。發(fā)生材料轉(zhuǎn)移時，主要是陽極表面的Cu相轉(zhuǎn)移到陰極表面，使得陽極表面出現(xiàn)凹坑，陰極表面形成凸起，并在觸頭表面形成W區(qū)、富Cu區(qū)等，同時生成孔洞、裂紋和珊瑚狀結(jié)構(gòu)等多種特征電弧侵蝕形貌。電弧侵蝕后，觸頭表面