【摘要】：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(3410℃)與銅的熔點(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題,極大地限制了W-Cu合金的應(yīng)用范圍。一些研究表明,對于以顆粒重排為燒結(jié)致密化主導(dǎo)機(jī)制的鎢銅體系來說,粒度細(xì)小、成分均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。結(jié)合實際條件,本文設(shè)計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)合材料的工藝過程,并對材料的電接觸特性進(jìn)行研究。主要研究成果如下:在p H=5.2的條件下,采用水熱合成法制備出了由Cu WO4·2H2O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,粒度約為10 nm,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Cu WO4-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1 h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顆粒簡單的機(jī)械混合。粉末中同時存在粒度為20-30 nm的微粒,呈獨特的W包覆Cu結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,Cu相的存在對氧化鎢的還原起到了催化作用,而且也起到了細(xì)化晶粒的作用。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。熱擠壓過程中銅相熔融軟化形成的毛細(xì)管力促進(jìn)W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,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。熱擠壓制備的觸頭材料電接觸性能良好。在電壓36 V時,觸點材料的轉(zhuǎn)移方向發(fā)生了改變,由陰極失重轉(zhuǎn)變?yōu)殛枠O失重。電流一定時,接觸電阻比較穩(wěn)定,表明材料耐燒蝕性能比較好;燃弧時間和燃弧能量值隨電壓的增大而增大,且電壓越大波動越大。由觸頭侵蝕形貌分析可知,陽極表面出現(xiàn)大量凹坑、孔洞和熔池,陰極表面主要為凝固后的材料熔化區(qū)和熔滴。
[Abstract]:Tungsten-copper alloy has been widely used in aerospace and military industries because of its high density, high tensile strength, good electrical and thermal conductivity and strong ability to absorb rays because of its characteristics of both W and Cu metals. Electrical instrument industry and other fields. However, due to the almost immiscible tungsten and copper, and the difference between the melting point of W (3410 鈩，

本文編號：2473945