一種用WCr合金粉末製造CuWCr複合材料的方法
2024-04-01 20:35:05
專利名稱：一種用WCr合金粉末製造CuWCr複合材料的方法
技術領域：
本發明屬於材料製備技術領域，涉及一種製造CuWCr複合材料的方法， 尤其涉及一種用WCr合金粉末來製造CuWCr複合材料的方法。
背景技術：
目前製備CuWCr複合材料的方法有粉末冶金法和燒結熔滲法，這兩種 方法都是用W粉和Cr粉直接製備CuWCr複合材料。粉末冶金法的缺點一 是鉻粉還原溫度低，還原不充分，導致材料含氧量高；再則粉末冶金法製造 鉤鉻-銅複合材料的密度低，材料中孔隙多，影響材料的硬度及導電率。燒 結熔滲法製備的CuWCr複合材料的顯微組織中有獨立的鉻相或鎢相存在， 降低了材料的耐電壓強度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用WCr合金粉末製造CuWCr複合材料的方 法，該方法製備得到的CuWCr複合材料的組織均勻、性能優良。本發明所採用的技術方案為，用WCr合金粉末製造CuWCr複合材料的 方法，該方法按以下步驟進行，a. 按所需材料的配比將鎢、鉻粉末在球磨機中球磨，使其完全合金化， 形成鎢鉻合金粉末；b. 將上步得到的鎢鉻合金粉末經過模壓或冷等靜壓製成坯料，坯料的孔隙率按所需材料中銅的成份要求來控制；c. 將上步壓制好的坯料置入燒結爐內，在還原性氣氛下或真空度大於l(T2Pa的真空環境下升溫至1100°C 1500°C，升溫速度不大於25'C/分，燒 結90分鐘 180分鐘，使其燒結成骨架；d.將上步燒結還原後的坯料冷卻後取出，按所需材料的含量比例添加銅 塊，將添加銅後的坯料放置在燒結爐中，在還原氣氛或真空度大於10-牛a真 空環境下，升溫到128(TC 1350。C時熔滲銅60 90分鐘，冷卻後出爐，即 製備得到CuWCr複合材料。與現有技術對比，本發明用WCr合金粉末製備CuWCr複合材料的方 法，工藝易於控制，材料組織與性能穩定，製備的複合材料的顯微組織是以 CrW固溶體為骨架，以CrCu合金為基體，具有很高的耐電壓強度，低的截 流值，長的燃弧時間及良好的電弧穩定性。
圖1是本發明方法製備得到的CuWCr的組織形貌，其中，a是9wty。Cr 材料，b是12.5wt%Cr材料，c是20wt°/。Cr材料，d是20wt%Cr (x600)材料；圖2是現有技術燒結熔滲法製備的CuWCr的組織形貌，其中，a是 9wt%Cr材料，b是12.5wt%Cr材料，c是20wt%Cr材料，d是20wt%Cr (x600)材料。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。 本發明將鎢粉及鉻粉採用傳統的粉末冶金的方法製造複合材料的方法， 改為將鎢粉和鉻粉製成完全合金化的超細的合金粉末，再利用該合金粉末， 製造以連續的CrW固溶體為骨架，以CrCu合金為基體的複合材料。具體按 以下步驟進行，首先，製備得到鎢鉻合金粉末，
本發明給出了以下一種鎢鉻合金粉末的製備方法，將鎢粉、鉻粉按所需比例配製，放入球磨罐中，在球磨罐中，按鉤粉、鉻粉總質量的2 5%添加過程控制劑，按鎢粉、鉻粉總質量的50倍 100 倍加入磨球，過程控制劑採用易揮發性有機溶劑中的一種或幾種的組合，常 選用無水乙醇或丙酮，磨球可以是不同大小及比例的硬質合金球、瑪瑙球、 不鏽鋼球中的一種或幾種，球磨罐選用尼龍或不鏽鋼材質；在球磨罐中充入 保護氣體或抽真空，打開球磨罐的循環冷卻水，開始球磨，球磨時間為60 100小時，直至形成完全固溶體，球磨結束，靜置，待球料充分冷卻後取出 粉末，即成。然後，將鉤鉻合金粉末壓製成坯料，壓制過程中按所需材料中銅的成份 要求來控制坯料的孔隙率，並將坯料還原燒結成骨架；最後，將上步燒結還原後的坯料冷卻後取出，按所需材料的含量比例添 加銅塊，在還原氣氛或真空環境下熔滲銅，冷卻後出爐，即製備得到CuWCr 複合材料。 實施例1將鴇粉50%、鉻粉50%放入球磨機中，在球磨罐中按鎢粉、鉻粉總質量 的2%添加無水乙醇、按鎢粉、鉻粉總質量的50倍添加硬質合金磨球；用氮 氣將球磨罐中的空氣排除，並將球磨罐中密封，打開球磨罐的循環冷卻水， 球磨100小時；球磨結束，靜置冷卻後，取出粉料，得到完全合金化的鎢鉻 合金粉末。將鎢絡合金粉末模壓成坯料，按所需材料中銅的成份要求將坯料的孔隙 率控制為10%，將壓制好的坯料置入氫氣燒結爐內，按15。C/分的速度升溫 至110(TC，燒結180分鐘，使其燒結成骨架；
將燒結還原後的坯料冷卻後取出，添加足量的銅塊後放入真空爐中，抽真空至真空度大於10'2Pa，升溫到135(TC時熔滲銅，保溫60分鐘，冷卻後將熔滲銅後的坯料出爐，即製備得到CuW45Cr45複合材料。實施例2將鉤粉33%、鉻粉67%放入球磨機中，在球磨罐中按粉料總質量的4% 添加分析純丙酮、按粉料總質量的80倍添加不鏽鋼磨球，不同直徑按l : 1 配置；用氬氣將球磨罐中的空氣排除，並將球磨罐中密封；打開球磨罐的循 環冷卻水，球磨80小時；球磨結束，靜置冷卻後取出粉料，得到完全合金 化的鎢鉻合金粉末。將鵒鉻合金粉末進行冷等靜壓，製成坯料，按所需材料中銅的成份要求 控制坯料的孔隙率為25%，將壓制好的坯料真空燒結爐內，抽真空至真空度 大於l(T2Pa，以25"C/分的速度升溫至1500°C，燒結90分鐘，使其結成骨架；將燒結還原後的坯料冷卻後取出，添加足量的銅塊後放入氫氣保護爐 中，抽真空至真空度大於l(T2Pa，升溫至128(TC，進行熔滲銅，保溫90分 鍾，冷卻後將坯料出爐，即製備得到CuW25Cr50複合材料。 實施例3將鎢粉25%、鉻粉75%放入球磨機中，在球磨罐中按粉料總質量的5% 添加無水乙醇、按粉料總質量的100倍添加瑪瑙磨球；將球磨罐中緩慢抽真 空至10—ipa，打開球磨罐的冷卻水，球磨60小時；球磨結束，靜置冷卻後 取出粉料，得到完全合金化的鎢鉻合金粉末。將鴇鉻合金粉料模壓成坯料，按所需材料中銅的成份要求控制坯料的孔 隙率為40%，將壓制好的坯料置入氫氣燒結爐內，20°(:/分的速度升溫至1450 °C，燒結100分鐘，使其結成骨架；
將燒結還原後的坯料冷卻後取出，添加足量的銅塊後放入真空爐中，抽真空至真空度至8.0Xl(^Pa，升溫至130(TC時熔滲銅，保溫80分鐘，冷卻後將坯料出爐，即製備得到CuW15Cr45複合材料。實施例4將鎢粉20%、鉻粉80%放入球磨機中，在球磨罐中按粉料總質量的4% 添加分析純丙酮、按粉料總質量的80倍添加不鏽鋼磨球；用氬氣將球磨罐 中的空氣排除，並將球磨罐中密封；打開球磨罐的循環冷卻水，球磨80小 時；球磨結束，靜置冷卻後取出粉料，得到完全合金化的鎢鉻合金粉末。將鎢鉻合金粉末模壓成孔隙率為20%的坯料，將壓制好的坯料真空燒結 爐內，抽真空至真空度大於7.5Xl(^Pa，以23。C/分的速度升溫至1250°C， 燒結160分鐘，使其結成骨架；將燒結還原後的坯料冷卻後取出，添加足量的銅塊後放入氫氣保護爐 中，抽真空至真空度至9.8X10^Pa，升溫至1320。C熔滲銅，保溫75分鐘， 冷卻後將熔滲銅後的坯料出爐，即製備得到CuWCr複合材料。本發明用WCr合金粉末製備的CuWCr複合材料的顯微組織是以CrW 固溶體為骨架，以CrCu合金為基體。圖1是本發明方法製備得到的CuWCr的組織形貌。其顯微組織由兩相 組成，連續的白色相為CrW合金相，黑色為CrCu相，以連續的CrW固溶 體為骨架，以CrCu合金為基體。圖2是現有技術燒結熔滲法製備的CuWCr的組織形貌。其顯微組織由 多相組成，連續的白色相為CrW合金相，黑色為CrCu相，其間分布著較多 的獨立存在的鉤顆粒和鉻顆粒。從兩圖的對比中可以看出，兩種方法製造的同一成分的複合材料組織存
在很大的差異。本發明製造的CuWCr複合材料組織細小，分布均勻，骨架連續。
權利要求
1.一種用WCr合金粉末製造CuWCr複合材料的方法，其特徵在於，該方法按以下步驟進行，a.按所需材料的配比將鎢、鉻粉末在球磨機中球磨，使其完全合金化，形成鎢鉻合金粉末；b.將上步得到的鎢鉻合金粉末經過模壓或冷等靜壓製成坯料，坯料的孔隙率按所需材料中銅的成份要求來控制；c.將上步壓制好的坯料置入燒結爐內，在還原性氣氛下或真空度大於10-2Pa的真空環境下升溫至1100℃～1500℃，升溫速度不大於25℃/分，燒結90分鐘～180分鐘，使其燒結成骨架；d.將上步燒結還原後的坯料冷卻後取出，按所需材料的含量比例添加銅塊，將添加銅後的坯料放置在燒結爐中，在還原氣氛或真空度大於10-2Pa真空環境下，升溫到1280℃～1350℃時熔滲銅60～90分鐘，冷卻後出爐，即製備得到CuWCr複合材料。
2. 按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟a中鎢鉻合金粉 末的製備，具體採用以下方法，a. 將鎢粉、鉻粉按所需比例配製，放入球磨罐中；b. 在球磨罐中，按鎢粉、鉻粉總質量的2 5%添加過程控制劑，按鎢 粉、鉻粉總質量的50倍 100倍加入磨球，所述的過程控制劑為易揮發性有 機溶劑；c. 在球磨罐中充入保護氣體或抽真空，打開球磨罐的循環冷卻水，開始 球磨，球磨時間為60 100小時，直至形成完全固溶體，球磨結束，靜置， 待球料充分冷卻後取出粉末，即成。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的過程控制劑為無水 乙醇或丙酮。
4. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的磨球採用不同大小 及不同比例的硬質合金球、瑪瑙球、不鏽鋼球中的一種或幾種。
5. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述的球磨罐是尼龍或不 鏽鋼材質。
6. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述球磨罐中充入的保護 氣體為氮氣或氬氣。
7. 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，球磨過程中，球磨罐外壁 始終採用循環水冷卻。
全文摘要
本發明公開的一種用WCr合金粉末製備CuWCr複合材料的方法，將鎢粉、鉻粉在球磨機中球磨，使其完全合金化，經壓制，高溫燒結，最後熔滲銅製成坯料。本發明方法特點是用WCr合金粉末製備的複合材料的顯微組織是以CrW固溶體為骨架，以CrCu合金為基體。獲得的CuWCr複合材料組織均勻，性能優良，製造工藝易於控制，得到的CuWCr複合材料具有很高的耐電壓強度，低的截流值，長的燃弧時間及良好的電弧穩定性。
文檔編號B22F9/02GK101126136SQ20071001874
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者梁淑華, 鵬 肖, 範志康 申請人:西安理工大學