一種鎢銅合金制備方法
【專利摘要】一種鎢銅合金制備方法，其特征在于步驟如下：按鎢粉∶銅粉質量比為70~30∶30~70，取直徑為0.8~1.5μm的鎢粉和直徑50μm的銅粉；轉速150rpm下球磨混合粉末2.5小時；在壓力為150~600MPa下，將混合粉末冷壓成坯后封入鋼套并焊合，包套厚度為5~10mm；以30℃/min的升溫速度，在1100~1150℃下，保溫30min，軋制成鎢銅合金。本發明的方法是一種提高鎢銅合金的致密度，電導率和硬度的鎢銅合金的制備方法。
【專利說明】一種銘銅合金制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及兩相不互溶合金的制備方法，具體涉及W、Cu混合粉末采用液相銅熱軋制工藝制備鎢銅合金的方法。
【背景技術】
[0002]鎢銅合金由于自身的諸多優良特性，目前已廣泛應用于大容量真空斷路器和微電子領域。鎢銅在電工材料方面應用主要包括電觸頭材料和電極材料。高強度鎢銅電極材料作為具有優良的導電性、強度和高溫性能的新型功能材料，已經在電阻焊和電火花加工等領域獲得廣泛的應用。鎢銅合金板材由于其膨脹系數小、導電導熱性好等優點，已經作為一種新型的電子封裝材料應用于功率電子器件。[0003]鎢與銅不互溶，因此只有通過粉末冶金的方法才能獲得這兩種金屬的復合，但是制取完全致密的粉末材料有很大難度。傳統采用熔滲法來制備，它是將鎢粉或摻入部分銅粉的混合粉壓制成坯塊，制備成具有一定密度和強度的多孔鎢骨架基體，然后在坯塊上放置所需要的銅，當加熱到銅熔化后，銅液相填充孔隙，從而獲得綜合性能較為優良的鎢銅材料，但熔滲法的缺點是致密化速度慢，致密化程度低。常規的熔滲燒結和簡單的液相燒結無法滿足98%相對密度的要求，通過增加成形壓力來提高生坯密度，可達到提高最終密度的目的。但其僅在一定壓力范圍內有效且作用有限。另一種方法就是增加燒結溫度直到140(Tl50(rC，密度可以明顯提高，但此時對燒結條件要求苛刻，并且高溫下尺寸變形嚴重，液相銅過分溢出使成分發生偏析。另外，熔滲燒結時，液相銅僅靠鎢骨架空隙的毛細管作用滲入，銅凝固相分布粗大且不均勻，而高溫燒結會使鎢顆粒聚集長大，形成粗大不均勻組織。
[0004]粉末包套熱變形(擠壓，軋制)方法可大幅提高鎢銅合金的相對密度(> 98%)，且有著細小的晶粒組織、高硬度和良好的導電性能。CN200710144332.7采用粉末包套，在80(Tl000°C熱擠壓，獲得了具有良好性能的鎢銅合金棒材。CN 200810209542.4采用粉末燒結坯，經85(T95(TC熱擠壓后，再退火得到了形變鎢銅合金棒材。但是，熱擠法存在一定的局限性:首先，受擠壓工藝的限制，該法很難獲得大尺寸的鎢銅寬板和薄板；其次，在80(Tl00(rC對鎢銅合金進行熱變形，由于此時加熱溫度位于銅熔點(1083°C)以下，銅相仍然處于固態，流動性和填充孔隙性能較差，容易出現偏聚和大孔，影響導電導熱性能，同時，溫度低導致變形抗力增大，對模具損害較嚴重，而采用燒結擠壓工藝的鎢銅合金，在燒結過程中，鎢相長大也會大大降低材料的硬度值。
【發明內容】
[0005]本發明提出了一種提高鎢銅合金的致密度，電導率和硬度的鎢銅合金的制備方法。
[0006]本發明制備鎢銅合金板材的制備方法步驟如下:按鎢粉:銅粉質量比為70~30: 30~70，取直徑為0.8~1.5 μ m的鎢粉和直徑50 μ m的銅粉；轉速150rpm下球磨混合粉末2.5小時；在壓力為15(T600MPa下，將混合粉末冷壓成坯后封入鋼套并焊合，包套厚度為5~IOmm ;以30°C /min的升溫速度，在110(Tll50°C下，保溫30min，軋制成鎢銅合金。
[0007]本發明將鎢銅粉冷壓坯包套后不經燒結，在銅熔點附近溫度直接熱變形，利用高溫變形過程中銅相溫度接近或超過自身熔點產生的瞬時液相化效果，大幅提高銅相的流動性和對孔隙的填充性能。本發明為高性能大尺寸鎢銅板材的制備提供了一種低成本可規模化的生產工藝，在超過銅熔點的溫度下軋制，通過軋制壓力下液相銅的快速流動，充分填充孔隙，并形成完整的導電銅網絡，可獲得接近全致密且具有高硬度和良好導電導熱性能的鎢銅合金板材。
[0008]本發明的優點在于: 1.采用液相銅熱軋制工藝解決了鎢銅合金兩相界面潤濕性差，燒結致密難的問題，取代傳統熔滲燒結和固相擠壓工藝，在壓力作用下強制液相銅流動填充鎢相之間的孔隙，且形成完整連通的導電導熱銅網絡，材料致密度可達99.3%，電導率超過47%IACS。
[0009]2.由于無燒結過程，僅僅通過短時間的加熱，有效抑制了鎢相的長大，使材料的硬度得以提高，硬度可達215HV。
[0010]3.該發明為高性能鎢銅合金的工業化生產提供可能。
【具體實施方式】
[0011]本發明給出的以下實施例，僅用于說明發明目的，不構成對本發明的任何限制。
[0012]實施例一
按鎢粉:銅粉質量比為30: 70，鎢粉直徑為1.2 μ m，銅粉直徑50 μ m，球磨轉速150rpm、球磨時間2.5h ;在600MPa下將混合粉末模壓成400mmX200mmX IOmm的鎢銅冷壓板坯；用包套厚度5mm低碳鋼套包鎢銅冷壓坯，以升溫速率30°C /min加熱到1100°C，并保溫30min，在Φ 400 X 400mm的軋機上多道次熱軋制，得到鎢銅板材。該鎢銅板材致密度達到99.3%,電導率 82%IACS，硬度值 95HV。
[0013]實施例二
按鎢粉:銅粉質量比為40: 60，鎢粉直徑為1.2μπι，銅粉直徑50μπι，球磨轉速150rpm、球磨時間2.5h ;在600MPa下將混合粉末模壓成400mmX200mmX IOmm的鎢銅冷壓板坯；用包套厚度5mm低碳鋼套包鎢銅冷壓坯，以升溫速率30°C /min加熱到1100°C，并保溫30min，在Φ 400 X 400mm的軋機上多道次熱軋制，得到鎢銅板材。該鎢銅板材致密度達到
98.7%,電導率 75%IACS，硬度值 123HV。
[0014]實施例三
按鎢粉:銅粉質量比為50: 50，鎢粉直徑為0.8μπι，銅粉直徑50μπι，球磨轉速150rpm、球磨時間2.5h ;在200MPa冷等靜壓下將混合粉末模壓成400mmX 200mmX 10mm的鎢銅冷壓板坯；用包套厚度7mm低碳鋼套包鎢銅冷壓坯，以升溫速率30°C /min加熱到1130°C，并保溫30min，在Φ400Χ400πιπι的軋機上多道次熱軋制，得到鎢銅板材。該鎢銅板材致密度達到98.5%，電導率62%IACS，硬度值160HV。
[0015]實施例四
按鎢粉:銅粉質量比為60: 40，鎢粉直徑為0.8μπι，銅粉直徑50μπι，球磨轉速150rpm、球磨時間2.5h ;在200MPa冷等靜壓下將混合粉末模壓成400mmX200mmX IOmm的鎢銅冷壓板坯；用包套厚度IOmm低碳鋼套包鎢銅冷壓坯，以升溫速率30°C /min加熱到1130°C，并保溫30min，在Φ400Χ400πιπι的軋機上多道次熱軋制，得到鎢銅板材。該鎢銅板材致密度達到98.2%，電導率52%IACS，硬度值195HV。
[0016] 實施例五
按鎢粉:銅粉質量比為70: 30，鎢粉直徑為0.8μπι，銅粉直徑50μπι，球磨轉速150rpm、球磨時間2.5h ; 在200MPa冷等靜壓下將混合粉末模壓成400mmX200mmX IOmm的鎢銅冷壓板坯；用包套厚度IOmm低碳鋼套包鎢銅冷壓坯，以升溫速率30°C /min加熱到1150°C，并保溫30min，在Φ400Χ400πιπι的軋機上多道次熱軋制，得到鎢銅板材。該鎢銅板材致密度達到99.0%，電導率47%IACS，硬度值215HV。
【權利要求】
1.一種鎢銅合金制備方法，其特征在于步驟如下:按鎢粉:銅粉質量比為70~30: 30~70，取直徑為0.8~1.5 μ m的鎢粉和直徑50 μ m的銅粉；轉速150rpm下球磨混合粉末2.5小時；在壓力為15(T600MPa下，將混合粉末冷壓成坯后封入鋼套并焊合，包套厚度為5~IOmm ;以30°C /m in的升溫速度，在110(Tll50°C下，保溫30min，軋制成鎢銅合金。
【文檔編號】C22C27/04GK103589883SQ201310555517
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日
【發明者】李達人, 韓勝利, 崔利群, 蔡一湘 申請人:廣州有色金屬研究院