[發明專利]一種微波熔滲制備W-Cu合金的方法

無效

• 申請號: 200910304114.4
• 申請日: 2009-07-08
• 公開（公告）號: CN101624662A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 易健宏;郭穎利;羅述東;周承商;彭元東;李麗婭
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏 勇

技術領域

本發明公開了一種制備W-Cu合金的方法。特別是指一種微波熔滲制備W-Cu合金的方法。

背景技術：

W-Cu合金是由高熔點、高硬度、低膨脹系數的鎢和高塑性、高導電、導熱能力的銅組合而成的假合金材料，它具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性、耐高溫抗氧化、強度高等優點；目前廣泛用作電觸頭材料、電子封裝材料、電阻焊、電火花加工材料、等離子噴涂電極材料、以及軍工材料等工業生產中。

熔滲法是工業生產上制備W-Cu合金常用的方法，傳統的工藝通常是在電阻爐內采取緩慢的升溫速度(約5-10℃/min)和中間溫度保溫等措施，以避免溫度梯度過大而引起合金變形、鼓泡等缺陷，制得的材料相對密度高，綜合性能良好，但唯一的缺點是生產工藝周期長且復雜，生產成本高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝簡單、操作方便、燒結周期短、能源消耗低、所制得的W-Cu合金性能優異的微波熔滲制備W-Cu合金的方法。

本發明一種微波熔滲制備W-Cu合金的方法，包括下述工藝步驟：

第一步：將純度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，和純度大于99.7％、平均粒度20~50微米的還原Cu粉按W-3Cu的質量百分比配料，球磨混合5～7h；

第二步：將混合干燥好的粉料中添加0.5～1.5％硬脂酸作成形劑，以提高其壓制性，按設計成分，取混合粉及純度＞99.7％，粒度60~90微米的電解銅粉于150~510MPa的壓力下分別壓制圓柱W骨架及熔滲Cu壓坯；

第三步：將壓制好的圓柱W骨架、熔滲Cu壓坯及輔助加熱材料SiC片置于氧化鋁纖維保溫包套內，然后，放入微波高溫爐爐腔內，并用真空泵將爐腔抽至真空度100Pa以內；

第四步：向微波爐爐腔內通入N₂、H₂混合保護氣體，調節微波高溫爐輸出功率，以25～35℃/min的升溫速度加熱至1300～1400℃，保溫15～25分鐘，關閉微波爐，冷卻后即獲得理想的合金。

本發明中，所述球磨混合采用行星式球磨機，球磨介質為無水乙醇，轉速為100～200rpm，球料比2∶1。

本發明中，所述的輔助加熱材料SiC片添加量為100～140g。

本發明中，所述N₂、H₂混合保護氣體中N₂、H₂氣體體積比為：N₂∶H₂＝(85～95)∶(5～15)。

本發明中，所述熔滲Cu壓坯放置在圓柱W骨架上方整體置于氧化鋁纖維保溫包套內。

本發明中，所述W-3Cu混合粉料中Cu粉為誘導劑。

本發明由于采用上述工藝方法，利用微波以電磁能量為動力、以微波為能量載體、內部生熱、體積加熱等特征，使燒結過程具有升溫速度快、燒結時間短、能源利用率高等特點。研究證明微波燒結能使燒結制品晶粒細小、組織均勻、性能提高；且生產周期短、節約能源；由于微波燒結是體積加熱，克服了傳統的燒結工藝采用電阻爐緩慢升溫和中間溫度保溫，以避免溫度梯度過大而引起合金變形、鼓泡等缺陷；同時，在微波燒結過程中添加適量的SiC做輔助加熱材料，既可以促進樣品的快速升溫，又可以使樣品溫度更均勻。與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1.本發明工藝簡單、能量消耗小、成本較低。采用微波熔滲法制備的合金僅需1小時左右即可完成整個燒結過程，爐冷1.5小時即可取出。

2.本發明在微波高溫爐中采用較快的升溫速度(30℃/min)加熱，燒結出的W-Cu合金樣品組織更均勻，同時微波燒結具有體積加熱、非熱效應等基本特征，因此，本發明制備的W-Cu合金相比常規熔滲法在電阻爐中燒結的合金晶粒更細小，顯微組織更均勻，性能均有所提高。

綜上所述，本發明工藝簡單、操作方便、燒結周期短、能源消耗低、所制得的W-Cu合金性能優異，可替代現有熔滲法制備W-Cu合金工藝。

具體實施方式：

實施例1：

第一步：將純度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，純度大于99.7％、平均粒度20~50微米的還原Cu粉按W-3Cu的質量百分比配料，采用行星式球磨機在無水乙醇介質中將粉混合7h，轉速為200rpm，球料比2∶1。

第二步：將混合干燥好的粉料中添加1.5％硬脂酸作成形劑，以提高其壓制性。按W-18Cu成分稱取混合粉10.2g及純度＞99.7％，粒度60~90微米的電解銅粉1.80g，在510MPa壓力下分別壓制直徑為φ18mm的圓柱W骨架及熔滲Cu壓坯。