W-30Cu合金的水熱合成法制備及致密化工藝研究.pdf

1、鎢銅合金兼具W和Cu兩種金屬的特性，具有密度高、抗拉強(qiáng)度高、良好的電性能和導(dǎo)熱性能以及較強(qiáng)的吸收射線能力等，因而被廣泛的應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、電器儀表工業(yè)等領(lǐng)域。然而，由于鎢銅幾乎不互溶，加之 W的熔點(diǎn)（3410℃）與銅的熔點(diǎn)（1083℃）相差太大，傳統(tǒng)粉末冶金制備工藝普遍存在致密化程度低、微觀組織不均勻等一系列問(wèn)題，極大地限制了W-Cu合金的應(yīng)用范圍。一些研究表明，對(duì)于以顆粒重排為燒結(jié)致密化主導(dǎo)機(jī)制的鎢銅體系來(lái)說(shuō)，粒度細(xì)小、成分均

2、勻分布的粉末有助于提高燒結(jié)致密化速度和燒結(jié)密度，因此，近年來(lái)鎢銅合金的制備轉(zhuǎn)向了細(xì)顆粒鎢銅復(fù)合粉末的制備工藝方面。本文結(jié)合實(shí)際條件，設(shè)計(jì)了以水熱合成為基礎(chǔ)，結(jié)合等離子燒結(jié)和包套熱擠壓工藝制備細(xì)晶鎢銅復(fù)合材料的工藝過(guò)程，并對(duì)材料的電接觸特性進(jìn)行研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在pH=5.2的條件下，采用水熱合成法制備出了由CuWO4·2H2O和Cu2WO4(OH)2組成的水熱共沉淀產(chǎn)物。粉末呈規(guī)則的類球形狀，顆粒細(xì)小且均勻，粒度約

3、為10nm，有軟團(tuán)聚現(xiàn)象。經(jīng)550℃煅燒2 h后獲得了混合氧化物粉末，粉末主要成分為CuWO4-x，形貌為規(guī)則的多邊形，粒度約為50 nm。氧化產(chǎn)物于800℃氫氣還原1h完全轉(zhuǎn)化為W-Cu復(fù)合粉末。粉末的粒度介于100-200 nm，微觀結(jié)構(gòu)為Cu殼包覆W核心的結(jié)構(gòu)，而并非W和Cu顆粒簡(jiǎn)單的機(jī)械混合。粉末中同時(shí)存在粒度為20-30 nm的微粒，呈獨(dú)特的W包覆Cu結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，Cu相的存在對(duì)氧化鎢的還原起到了催化作用，而且也起到了細(xì)化晶

4、粒的作用。⑵還原粉末不經(jīng)壓制，直接采用等離子快速燒結(jié)在1050℃即可獲得組織均勻、細(xì)密的細(xì)晶W-Cu合金，特別是合金中W顆粒的粒度有了極大的細(xì)化。材料的致密度特別是硬度也有很大的提高，但材料的導(dǎo)電率普遍較低。通過(guò)真空燒結(jié)和包套熱擠壓技術(shù)可以制備出性能優(yōu)良的超細(xì)晶W-Cu復(fù)合材料。1050℃真空燒結(jié)后的坯體相對(duì)密度較低只有91.5％，經(jīng)包套熱擠壓后致密度提高到97.07%，硬度達(dá)到223 HB。熱擠壓過(guò)程中銅相熔融軟化形成的毛細(xì)管力促進(jìn)W

5、顆粒重排和填充孔隙，使組織更加細(xì)密均勻，形成了典型的鎢骨架和銅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，W相和Cu相分布均勻，鎢顆粒細(xì)小(1-3μm)。后續(xù)熱處理能消除殘余應(yīng)力，使組織和性能得到進(jìn)一步改善。材料的致密度和電導(dǎo)率達(dá)到最大值，分別為98.82%和43.31%IACS，形成良好的綜合性能指標(biāo)匹配。⑶熱擠壓制備的觸頭材料電接觸性能良好。在電壓36 V時(shí)，觸點(diǎn)材料的轉(zhuǎn)移方向發(fā)生了改變，由陰極失重轉(zhuǎn)變?yōu)殛?yáng)極失重。電流一定時(shí)，接觸電阻比較穩(wěn)定，表明材料耐燒蝕性