[發明專利]一種W-Cu復合材料表層梯度強化方法

在審

• 申請號: 201910086641.6
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109576638A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 張喬;陳寶江;梁淑華;宋曉艷;徐莉萍;來佳琪
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C23C8/64
• 分類號: C23C8/64;C22C27/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 胡燕恒

本發明公開了一種W?Cu復合材料表層梯度強化方法，具體為：首先對W?Cu復合材料與鑄鐵進行表面加工處理；然后將處理后的試樣置于熱壓爐中加熱加壓，進行擴散碳化處理，冷卻后即得到表層梯度強化的W?Cu復合材料。本發明通過將鑄鐵與W?Cu復合材料在于熱壓爐中，進行加壓表層滲碳擴散處理，在W?Cu復合材料表層W顆粒表面通過原位反應生長得到WC顆粒，在保證骨架自身燒結性以及W?Cu復合材料整體傳導性能的前提下，由于WC陶瓷相優異的高溫性能以及釘扎作用，提高了W?Cu復合材料表層的高溫強度和耐磨性。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種W-Cu復合材料表層梯度強化方法。

背景技術

鎢銅復合材料(W-Cu復合材料)是由高熔點、高硬度、低熱膨脹系數的鎢和優異導熱、導電性能的銅組合而成的一種功能材料，它綜合了鎢與銅兩相的優點，具有高密度、高強度、高硬度和良好的導電、導熱性能以及耐電弧燒蝕和抗熔焊性能，被廣泛應用于高壓開關用電觸頭、電阻焊電極等，除了電工領域方面的應用，其在軍事上則被用來制備各種導彈的燃氣舵、鼻錐、破甲彈藥罩材料以及電磁軌道炮導軌材料，同時在航空航天火箭噴管喉襯等耐高溫零部件領域引起廣泛的關注。

隨著相關領域的發展和進步，對W-Cu復合材料的性能提出了更高的要求。如W-Cu復合材料經典的應用作為高壓觸頭材料，隨著高壓開關開斷容量的不斷提升以及開斷頻次的不斷提高，迫切需要W-Cu觸頭材料具有承受超大電流燒蝕的能力以及良好的高溫強度和耐磨性能。尤其在國防及軍工領域，作為新一代武器裝備的電磁軌道炮，它是依靠兩條平行導軌間流動的電流產生強磁場，磁場和電流的共同作用產生強大的洛倫茲力，從而推動導軌間彈丸的遠程、高速發射，因而其導軌材料在滿足高導電性能的基礎上，其表層還需具備良好的耐電弧燒蝕特性以及高溫強度和高溫耐磨性。這些工作環境的共同特點是表面溫度高，同時承受電弧燒蝕和摩擦磨損，且整體材料在短時間內驟冷驟熱。因此，需要在不降低整體材料傳導性能的基礎上，顯著提高材料表層的耐電弧燒蝕特性、高溫強度及高溫耐磨性，以應對如上所述的苛刻服役環境，滿足軍工和電力領域的迫切需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種W-Cu復合材料表層梯度強化方法，用于改善W-Cu復合材料表層的耐電弧侵蝕能力、高溫強度及耐磨性。

本發明所采用的技術方案是，一種W-Cu復合材料表層梯度強化方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，制備W-Cu復合材料；

步驟2，表面處理：

對步驟1得到的W-Cu復合材料與鑄鐵按照制備金相試樣的要求，進行表面加工處理；

步驟3，表層滲碳處理：

將步驟2處理得到的鑄鐵試樣和W-Cu復合材料試樣置于熱壓爐中加熱加壓，進行擴散碳化處理，冷卻后即得到表層梯度強化的W-Cu復合材料。

本發明特點還在于，

步驟1中W-Cu復合材料的組成為：W含量60wt％～90wt％，其余為Cu。

步驟2中鑄鐵為灰鑄鐵，碳含量為2.7wt％～4.0wt％。

步驟3中鑄鐵試樣和W-Cu復合材料試樣的放置方式為鑄鐵試樣位于W-Cu復合材料試樣上方。

步驟3中加熱目標溫度為800～1000℃。

步驟3中加熱速率為15～25℃/min。

步驟3中加壓速率為30～50kg/min。

步驟3中加壓目標壓力為1000kg。

步驟3中加熱加壓要求為在達到加熱目標溫度后達到加壓壓力。

步驟3中擴散碳化處理時間為1～4h。