[发明专利]一种W-Cu复合材料表层梯度强化方法

说明书

本发明公开了一种W‑Cu复合材料表层梯度强化方法，具体为：首先对W‑Cu复合材料与铸铁进行表面加工处理；然后将处理后的试样置于热压炉中加热加压，进行扩散碳化处理，冷却后即得到表层梯度强化的W‑Cu复合材料。本发明通过将铸铁与W‑Cu复合材料在于热压炉中，进行加压表层渗碳扩散处理，在W‑Cu复合材料表层W颗粒表面通过原位反应生长得到WC颗粒，在保证骨架自身烧结性以及W‑Cu复合材料整体传导性能的前提下，由于WC陶瓷相优异的高温性能以及钉扎作用，提高了W‑Cu复合材料表层的高温强度和耐磨性。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种W-Cu复合材料表层梯度强化方法。

背景技术

钨铜复合材料(W-Cu复合材料)是由高熔点、高硬度、低热膨胀系数的钨和优异导热、导电性能的铜组合而成的一种功能材料，它综合了钨与铜两相的优点，具有高密度、高强度、高硬度和良好的导电、导热性能以及耐电弧烧蚀和抗熔焊性能，被广泛应用于高压开关用电触头、电阻焊电极等，除了电工领域方面的应用，其在军事上则被用来制备各种导弹的燃气舵、鼻锥、破甲弹药罩材料以及电磁轨道炮导轨材料，同时在航空航天火箭喷管喉衬等耐高温零部件领域引起广泛的关注。

随着相关领域的发展和进步，对W-Cu复合材料的性能提出了更高的要求。如W-Cu复合材料经典的应用作为高压触头材料，随着高压开关开断容量的不断提升以及开断频次的不断提高，迫切需要W-Cu触头材料具有承受超大电流烧蚀的能力以及良好的高温强度和耐磨性能。尤其在国防及军工领域，作为新一代武器装备的电磁轨道炮，它是依靠两条平行导轨间流动的电流产生强磁场，磁场和电流的共同作用产生强大的洛伦兹力，从而推动导轨间弹丸的远程、高速发射，因而其导轨材料在满足高导电性能的基础上，其表层还需具备良好的耐电弧烧蚀特性以及高温强度和高温耐磨性。这些工作环境的共同特点是表面温度高，同时承受电弧烧蚀和摩擦磨损，且整体材料在短时间内骤冷骤热。因此，需要在不降低整体材料传导性能的基础上，显著提高材料表层的耐电弧烧蚀特性、高温强度及高温耐磨性，以应对如上所述的苛刻服役环境，满足军工和电力领域的迫切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种W-Cu复合材料表层梯度强化方法，用于改善W-Cu复合材料表层的耐电弧侵蚀能力、高温强度及耐磨性。

本发明所采用的技术方案是，一种W-Cu复合材料表层梯度强化方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，制备W-Cu复合材料；

步骤2，表面处理：

对步骤1得到的W-Cu复合材料与铸铁按照制备金相试样的要求，进行表面加工处理；

步骤3，表层渗碳处理：

将步骤2处理得到的铸铁试样和W-Cu复合材料试样置于热压炉中加热加压，进行扩散碳化处理，冷却后即得到表层梯度强化的W-Cu复合材料。

本发明特点还在于，

步骤1中W-Cu复合材料的组成为：W含量60wt％～90wt％，其余为Cu。

步骤2中铸铁为灰铸铁，碳含量为2.7wt％～4.0wt％。

步骤3中铸铁试样和W-Cu复合材料试样的放置方式为铸铁试样位于W-Cu复合材料试样上方。

步骤3中加热目标温度为800～1000℃。

步骤3中加热速率为15～25℃/min。

步骤3中加压速率为30～50kg/min。

步骤3中加压目标压力为1000kg。

步骤3中加热加压要求为在达到加热目标温度后达到加压压力。

步骤3中扩散碳化处理时间为1～4h。