[發明專利]一種低W-W連接度W-Cu-Ni合金材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310410517.3
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN103418786A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 劉金旭;張鴻雁;王迎春;李樹奎;郭文啟;趙紫盈
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于冶金技術領域，涉及難熔金屬的制備工藝，尤其是一種低W-W連接度的W-Cu-Ni合金的制備方法。

背景技術

鎢銅合金材料既具有鎢的高強度、高硬度、低膨脹系數等特點，同時又具有銅的高導電、導熱性能及良好的塑性，因此廣泛應用于航空航天、電火花加工和電子封裝材料等領域。隨著科學技術的發展，鎢銅合金作為戰斗部用材料也展現出良好的應用潛力，但是同時對鎢銅合金的力學性能提出了更高的要求，尤其是材料的拉伸力學性能。

對于鎢銅合金其破壞方式包括W-W界面開裂、W-Cu界面開裂、W顆粒解理斷裂以及粘結相的撕裂，其中由于鎢銅合金中W-W界面結合強度弱，W-Cu之間沒有冶金結合，結合強度也很弱，所以在拉伸加載條件下W-W界面和W-Cu界面容易開裂，導致鎢銅合金抗拉強度極差。因此，為了提高鎢銅合金的抗拉強度，首先要抑制W-W界面的形成，降低W-W連接度，同時要實現W-Cu之間的冶金結合，提高W-Cu界面結合強度。

目前，已經有方法來解決W-W連接度高的問題。如中國專利ZL201010607044.2提供了一種銅包鎢復合粉末的制備方法，利用此方法制備的銅包覆鎢粉末燒結制備的鎢合金避免了W-W的直接接觸，但是W-Cu界面的結合強度仍未得到改善。因此，如何在降低W-Cu合金中W-W連接度的同時改善W-Cu界面的結合強度，進一步提高材料的拉伸力學性能成為亟待解決的問題。

由于Ni與Cu完全互溶可以形成無限固溶體，與W可以部分互溶形成有限固溶體，因此可以通過W顆粒表層包覆Ni層再與銅粉混合，然后采用放電等離子燒結（SPS）的方法制備鎢銅鎳合金，提高鎢銅合金的抗拉強度。在這種制備方法中，Ni層與W相以及銅相之間形成固溶體，可以提高W-Cu界面之間的冶金結合力，進而提高W-Cu界面強度，同時鎳層還可以避免鎢顆粒之間的直接接觸，降低W-W連接度。此外，Ni與Cu形成固溶體，起到固溶強化的作用，提高了合金的強度。因此通過上述方法可以制備出具有良好W-Cu界面結合強度、低W-W連接度和良好拉伸力學性能的高致密度鎢銅系合金材料。

發明內容

本發明涉及的鎢基合金為W-Cu-Ni合金材料。

本發明改善了現有的鎢銅合金的拉伸性能，提供了一種結合化學鍍鎳及放電等離子燒結制備具有較高W-Cu界面結合強度、低W-W連接度、高致密度、較好拉伸性能的W-Cu-Ni合金材料的制備方法。

本發明采取的技術方案是：通過化學鍍鎳的方法在鎢顆粒表面包覆一層鎳，采用機械混合的方法將鎳包覆鎢粉與銅粉混合均勻，采用放電等離子燒結設備對混合均勻后粉末進行燒結，得到具有高致密度，低W-W連接度且晶粒細小的W-Cu-Ni合金。其中W-Cu-Ni合金中W-W連接度的計算公式為：

CSS=2NSS2NSS+NSL]]>

公式中，C_SS是W-W連接度，N_SS是W-W界面數，N_SL是W-Cu界面數。N_SS和N_SL的計算方法如下：在W-Cu-Ni合金的剖面形貌圖上畫網格，然后沿著水平線（豎直線）數該線穿過的W-W界面數和W-Cu界面數，直至把所有的水平線（豎直線）與W-W界面和W-Cu界面的交點數完，相應的交點數分別為N_SS和N_SL。

針對上述的化學鍍鎳過程，其工藝參數范圍如下：

六水合硫酸鎳濃度范圍為20～40g/L、次磷酸氫鈉濃度范圍為20～40g/L、氯化銨濃度范圍為30～40g/L、焦磷酸鈉濃度范圍為50～70g/L、檸檬酸鈉濃度范圍為5～10g/L、三乙醇胺濃度范圍為90～120g/L，鍍液溫度為35～40℃，pH值為8～10，化學鍍施鍍時間為20～40min。

針對上述的W-Cu-Ni合金材料的制備方法，包括如下步驟：