[发明专利]钨铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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，10～50g 2,2′-联吡啶，60～150mL甲醇，余量为水。