钨铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术属于合金材料制备领域，具体涉及一种钨铜合金及其制备方法。针对现有方法制备的钨铜合金中钨、铜两相偏析，从而导致合金组织不均匀的问题，本发明专利技术提供一种钨铜合金及其制备方法，先将钨粉进行等离子球化处理后，采用铜粉作为诱导剂进行化学镀铜，再经过压制成型、预烧结、钨铜熔渗步骤，制得组织均匀的钨铜合金。本发明专利技术方法使得钨粉从多边形变为球形，分散性提高，保证了化学镀铜工艺过程钨铜的均匀分布；本发明专利技术制备的合金材料可以有效防止钨铜两相的成分偏析，较大程度改善合金材料的导热性、导电性、抗电弧烧蚀能力、高温性能、塑性及其加工工艺性等，广泛应用于热沉材料、封装材料、破甲弹药型罩材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金材料制备领域，具体涉及一种钨铜合金及其制备方法。
技术介绍
钨铜具有非常好的导热性、导电性、抗电弧烧蚀能力、高温性能、塑性及其加工工艺性被作为发汗材料、电接触材料等，由于该合金与半导体硅材料具有非常相似的热膨胀系数而成为广泛应用的热沉材料、封装材料，因为高密度、高声速和高塑性被应用为破甲弹药型罩材料。钨和铜的熔点、热膨胀系数相差大，两种金属元素互不相溶，W和Cu组成的复合材料是一种典型的假合金。采用粉末冶金方法制备钨铜合金在烧结时易于产生膨胀，难以烧结致密，最高密度一般仅为理论密度的92％～95％。与普通的粉末冶金方法相比，熔渗法制备钨铜复合材料的相对密度高(密度达到理论密度98％以上)，力学性能好，成为钨铜材料制备的主要技术方法之一。熔渗法是将W粉压制成坯块,在一定温度下预烧制备成具有一定密度和强度的多孔W基体骨架,然后将熔点较低的金属Cu熔化，渗入到W骨架中从而得到较致密的W-Cu合金的方法。采用传统的熔渗方法制备的钨铜合金因钨基体骨架制备过程中粉末粒度不同引起材料的烧结活性不同，骨架中形成大量的闭合空隙，再加上两相的不互溶性，熔渗过程中很容易造成钨铜两相的成分偏析，存在相对较大尺寸的铜富集区。这种组织不均匀性导致钨铜合金作为热沉材料、压铸模具材料时，由于钨、铜两相较大的热膨胀系数差异导致热应力变形开裂。药型罩是靠高速金属射流来实现侵彻毁伤目的的战斗部类型，金属射流成为炸药能量的最终承载单元和毁伤功能的载体。而金属射流是药型罩材料在炸药爆轰波作用下，超动态瞬间翻转形成的。如果药型罩材料组织不均匀，爆轰波作用下，药型罩材料的变形行为不协调一致，造成药型罩材料翻转过程中不同部位发生碰撞，大大消耗炸药的侵彻动能、减小射流的长度，从而降低侵彻威力。为了消除钨渗铜工艺制备钨铜材料的组织不均匀性，通常会在熔渗工艺需要的钨预烧结骨架坯料制备过程中，通过元素粉末混合的方式加入少量的铜粉，作为诱导剂，但是，因为元素混合的方式也很难达到细观层面的组织均匀性，因此如何通过改善诱导剂的添加方式是提高钨铜合金组织均匀性的关键因素。钨粉化学镀铜工艺是提高钨铜元素混合均匀性的重要技术途径，可是由于目前制备钨铜合金用的钨粉全部采用氧化还原法生成，粉末粒度分布广泛，粉末团聚现象非常严重，很难保证在化学镀铜工艺保证钨铜两相的均匀分布。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：现有方法制备的钨铜合金中钨、铜两相偏析，从而导致组织不均匀的问题。本专利技术解决技术问题的技术方案为：提供一种组织均匀的钨铜合金及其制备方法，其制备的钨铜合金材料组织均匀致密、性能显著提高。本专利技术钨铜合金的制备方法，包括以下步骤：a、钨粉的等离子球化处理采用感应等离子体粉体球化装置,对钨粉进行等离子球化处理,得到球化钨粉；b、球化钨粉化学镀铜将步骤a中所得的球化钨粉与镀液混合，调节pH值为11～14，水浴加热至40～75℃，搅拌混合液，进行化学镀铜；所述的镀液组成包括：硫酸铜、甲醛、酒石酸钾钠、2,2′-联吡啶和甲醇；c、压制成型将步骤b中镀铜后的球化钨粉在模具预压成型，进行等静压复压处理后,制得坯料；d、预烧结将步骤c所得的坯料进行预烧结，得到渗铜用钨铜合金坯体；e、钨铜熔渗按重量比铜：钨＝10～30﹕70～90称取无氧铜板和钨铜合金坯体，将无氧铜板置于钨铜合金坯体表面，升温至1180～1250℃，保温1～3h,制备得到钨铜合金。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤a中所述的钨粉为粒径8～15μm的钨粉。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤a中所述的球化处理操作步骤为：将钨粉送入感应等离子区，使钨粉颗粒熔化，再冷却收缩成球形。进一步的，上述钨铜合金的制备方法中，步骤a中所述的球化处理后，球形钨粉的比例为85～90％。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤a中所述的感应等离子体粉体球化装置参数为：其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤a中所述的球化处理后进行筛分，筛分采用超声振动筛分机，筛网为635目筛。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤b中所述的镀液组成为：每升镀液中含有10～30g硫酸铜，20～40mL甲醛，8～30mg酒石酸钾钠，10～50g2,2′-联吡啶，60～150mL甲醇，余量为水。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤b中所述的钨粉与镀液的重量比为：按化学镀铜混合液中铜含量3～10wt％配比。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤b中所述的钨粉在混合前先采用丙酮溶液配合超声波清洗5～15min，再用稀氢氟酸进行表面粗化5min后，用胶体钯敏化活化液对钨粉进行敏化活化3min，真空烘干。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤b中所述的搅拌速度以钨粉悬浮在混合液中，与镀液充分接触为准。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤c中所述的成型压力为160～250MPa，冷等静压复压的压力为200～350MPa。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤d中所述的预烧结采用氢气保护的钼丝烧结炉进行。进一步的，上述钨铜合金的制备方法中，步骤d中所述的预烧结先升温至750～900℃，保温30～60min，再升温至1300℃～1350℃，保温60～180min，随炉冷却。进一步的，上述钨铜合金的制备方法中，所述的升温速度为5～15℃/min。其中，上述组织均匀的钨铜合金的制备方法中，步骤e中所述的升温速度为5～15℃/min。其中，上述钨铜合金的制备方法中，步骤e中所述的熔渗保温温度1180℃～1250℃。本专利技术还提供了一种钨铜合金，由上述方法制备而成。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过等离子球化处理，使得钨粉从多边形变为球形，分散性大大改善，减少了钨粉团聚现象的产生，从而保证了化学镀铜工艺过程钨铜的均匀分布，这样化学镀铜过程均匀分布的铜作为诱导剂，又可以保证钨渗铜工艺中，铜在钨当中的均匀分布，从而使得钨铜合金材料的组织均匀性得到较大幅度的改善。本专利技术制备了一种组织均匀性更好的钨铜合金，并且制备方法简单，便于推广实施。本专利技术制备的合金材料可以有效防止钨铜两相的成分偏析，较大程度改善合金材料的导热性、导电性、抗电弧烧蚀能力、高温性能、塑性及其加工工艺性等，广泛应用于热沉材料、封装材料、破甲弹药型罩材料。附图说明图1为实施例2中所用原料钨粉SEM形貌；图2为实施例2中等离子球化处理后钨粉SEM形貌；图3为实施例1中制备得到的钨铜合金金相组织图；图4为对比例3中制备得到的钨铜合金金相组织图。具体实施方式本专利技术提供了一种钨铜合金的制备方法，包括以下步骤：a、钨粉的等离子球化处理采用感应等离子体粉体球化装置,对钨粉进行等离子球化处理,得到球化钨粉；b、球化钨粉化学镀铜将步骤a中所得的球化钨粉与镀液混合，调节pH值为11～14，水浴加热至40～75℃，搅拌混合液，进行化学镀铜；所述的镀液组成包括：硫酸铜、甲醛、酒石酸钾钠、2,2′-联吡啶和甲醇；c、压制成型将步骤b中镀铜后的球化钨粉在模具预压成型，进行等静压复压处理后,制得坯料；d、预烧结将步骤c所得的坯料进行预烧结，得到渗铜用钨铜合金坯体；e、钨铜熔渗按重量比铜：钨＝10～30﹕70～90称取无氧铜板和钨铜合金坯体，将无氧铜板置于钨铜合金坯体表面，升温至1180～1250℃，保温1～3h,制备得到钨铜合金。其中，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
钨铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、钨粉的等离子球化处理采用感应等离子体粉体球化装置,对钨粉进行等离子球化处理,得到球化钨粉；b、球化钨粉化学镀铜将步骤a中所得的球化钨粉与镀液混合，调节pH值为11～14，水浴加热至40～75℃，搅拌混合液，进行化学镀铜；所述的镀液组成包括：硫酸铜、甲醛、酒石酸钾钠、2,2′‑联吡啶和甲醇；c、压制成型将步骤b中镀铜后的球化钨粉在模具预压成型，进行等静压复压处理后,制得坯料；d、预烧结将步骤c所得的坯料进行预烧结，得到渗铜用钨铜合金坯体；e、钨铜熔渗按重量比铜：钨＝10～30﹕70～90称取无氧铜板和钨铜合金坯体，将无氧铜板置于钨铜合金坯体表面，升温至1180～1250℃，保温1～3h,制备得到钨铜合金。

【技术特征摘要】
1.钨铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、钨粉的等离子球化处理采用感应等离子体粉体球化装置,对钨粉进行等离子球化处理,得到球化钨粉；b、球化钨粉化学镀铜将步骤a中所得的球化钨粉与镀液混合，调节pH值为11～14，水浴加热至40～75℃，搅拌混合液，进行化学镀铜；所述的镀液组成包括：硫酸铜、甲醛、酒石酸钾钠、2,2′-联吡啶和甲醇；c、压制成型将步骤b中镀铜后的球化钨粉在模具预压成型，进行等静压复压处理后,制得坯料；d、预烧结将步骤c所得的坯料进行预烧结，得到渗铜用钨铜合金坯体；e、钨铜熔渗按重量比铜：钨＝10～30﹕70～90称取无氧铜板和钨铜合金坯体，将无氧铜板置于钨铜合金坯体表面，升温至1180～1250℃，保温1～3h,制备得到钨铜合金。2.根据权利要求1所述的钨铜合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的钨粉为粒径8～15μm的钨粉。3.根据权利要求1或2所述的钨铜合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的球化处理操作步骤为：将钨粉送入感应等离子区，使钨粉颗粒熔化，再冷却收缩成球形。4.根据权利要求1～3任一项所述的钨铜合金的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的球化处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钢，柴淼，
申请(专利权)人：四川恒珲新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51