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粉末冶金工艺

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应用领域

钨铜复合材料是?#21830;?#24515;立方的钨和面心立方的铜组成的一种既不相互溶解也不形成金属间化合物的复合材料,因此被称为两相结构的假合金。它具有良好的耐电弧烧蚀性、抗熔焊性、以及截止电流小、热电子发射能力低,高强度和高的导电导热性能等优点。而且,可以通过其组成比例的改变,控制和调整它各个相应的机械和物理的性能。此外,它还具有由于两者组合而产生的新的性能,如它在高温条件下,由于所含有的铜的蒸发吸热而产生的自冷却作用。因此,它可以广泛应用于以?#38109;?#22495;:1、机械和电力工业,超高压电触头材料和电极材料;2、电子工业,如基片、连接件和散热元件等电子封装材料;3、冶金工业,如精密轧机组椭圆孔型导卫等;4、军事和航空航天工业,如穿甲弹、电磁炮的导轨材料和火箭引擎?#31995;?#21943;嘴、鼻锥等。表1所示为钨铜复合材料的主要性能。

技术指标

1  铜钨电触头代表符号、化学成份和物理机械性能GB/T8320-2003

电触头产品名称

代表符号

化学成份(%

物理机械性能

杂质总和

密度

g/cm3

硬度

HB≥

电阻率

μΩ·cm

导电

%IACS

抗弯强度≥ MPa

 

 

 

 

铜钨(50

 CuW(50)

50±2.0

——

0.5

余量

11.85

115

3.2

54

——

铜钨(55

 CuW(55)

45±2.0

——

0.5

余量

12.30

125

3.5

49

——

铜钨(60

 CuW(60)

40±2.0

——

0.5

余量

12.75

140

3.7

47

——

铜钨(65

 CuW(65)

35±2.0

——

0.5

余量

13.30

155

3.9

44

——

铜钨(70

 CuW(70)

30±2.0

——

0.5

余量

13.80

175

4.1

42

790

铜钨(75

 CuW(75)

25±2.0

——

0.5

余量

14.50

195

4.5

38

885

铜钨(80

 CuW(80)

20±2.0

——

0.5

余量

15.15

220

5.0

34

980

铜钨(85

 CuW(85)

15±2.0

——

0.5

余量

15.90

240

5.7

30

1080

铜钨(90

 CuW(90)

10±2.0

——

0.5

余量

1675

260

6.5

27

1160

1. 导电%IACS是以国际标?#26082;?#38108;(即退火铜)的电阻率1.7241μΩ.cm100%导电度。

2. 铜钨整体电触头铜钨与T2Y导电端结合面抗拉强度不小于185Mpa

3. 铜钨整体电触头铜钨与QCr0.5导电端结合面抗拉强度不小于226Mpa

 

2 铜、钨主要物理性能

性能

T2-Y

QCr0.5

密度g/cm3

19.32

8.9

8.9

热膨胀系数/10-3/℃

4.5

16.6

17.64

热导率/w(mk)-1

174

403

324

热容/J(Kg℃)-1

136

385

385

弹性模量GPa

411

145

170

?#27492;?#23494;度

0.28

0.34

0.34

熔点℃

3387

1083

1075

抗拉强度MPa

-

209

343

硬度HB

350

75

110

屈服强度MPa

-

60

274

生产工艺

由于钨的熔点很高(3410oC),而且钨铜互不固溶,这使得钨铜材料的制备一直以来均采用粉末冶金方法。近年钨铜材料应?#26757;?#22260;的日益增大,对其性能的要求的不断提高,钨铜材料的制备技术得到了新的发展。钨铜复合材料的制备方法可大致分为4种:混合—压制?#25112;?#27861;、溶渗法、活化?#25112;?#27861;、纳米\超细混合粉?#25112;?#27861;。

目前制备钨铜材料的方法还是以熔渗法为主,?#26757;?#27861;的优点是材料成分比较均匀,致密度高,综合性能优良。熔渗法制备钨铜材料是先制备一定密度、强度的多孔钨骨架,再渗以熔点相对?#31995;?#30340;铜,利用毛细管作用使铜填充入钨骨架中从而形成致密的复合材料。熔渗法制备钨铜材料的关键之一是制备结构均匀、对铜润湿性能好、杂质含?#21487;佟?#20855;有一定量连通孔隙的钨骨架

 

DSC_0092.JPG

1 粉末冶金?#23548;瀋战?#24037;段

混粉:粉末是制取粉末冶金材料和制品的原料,粉末的纯度和性能对制品的成形、?#25112;?#21450;产品的最?#25307;?#33021;都有直接的影响,因此,混粉前应对粉末进行预处理。然后将钨粉、铜粉?#27492;?#38656;比例(重量)配制,同时添加少量有机混合剂,采用机械搅拌制成铜钨混合粉,通常活化?#25112;?#20063;添加微量Ni元素。

成形:成形是粉末冶金生产的重要工序之一。成形是将粉末密实成具有一定形状、尺寸、密度、强度的压坯。成形可分为钢模压制成形和特殊成形两大类。钢模压制成形是将混合粉装入钢制压模内,在模冲压力的作用下,对混合粉加压,随后卸压,再将压坯从阴模中脱出。对于高径比大于3倍的钨铜坯,通常采用冷、热等静压等特殊成形方式制造。

?#25112;幔荷战?#26159;粉末冶金生产中最重要的工序。对产品最?#25307;?#33021;起着决定性的作用。铜钨合金的?#25112;?#19968;般采用?#21512;嗌战幔?#37319;用1280~1500℃在 2小时以上真空或惰性气氛保护下?#25112;?#29076;渗。为保证其孔隙度<2%,通常熔渗的铜需过量。

原材料

表3 铜钨合金使用原材料指标(GB/T3458-2006、GB/T5426-2007)

序号

原材料

牌号

平均粒度

生产企业

1

钨粉

FW-2

6-8μm

自贡硬质合金有限责任公司

2

铜粉

FTD1

≤74μm

成都核?#23435;?#19971;新材料有限公司

3

铬铜

QCr0.5


河南江河机械有限责任公司

4

紫铜

T2


河南江河机械有限责任公司

 

 


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