CN101376939B - 一种钨铝-铜合金烧结体及制法 - Google Patents
一种钨铝-铜合金烧结体及制法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种钨铝-铜合金烧结体及制法。该钨铝-铜合金烧结体的成分组成为钨铝粉末和铜粉，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％。制备方法是以钨铝粉末和铜粉为原料，分别进行真空烧结和热压烧结，制备高致密，性能优越的合金烧结体样品。并通过改变铜的质量分数，烧结温度、压力、时间等条件的控制，合成具有良好结晶形态和显微结构的合金块状材料。所得合金的性能为：电导率21.1-29.4MS/m-1，显微硬度3.50-4.74GPa，弯曲强度760-1200MPa。
Description
技术领域
本发明属于一种钨铝-铜合金烧结体及制法。具体涉及以钨铝粉末为原料，以铜为粘结相，通过真空烧结和热压烧结技术制备钨铝-铜合金烧结体。
背景技术
高性能结构材料的主要发展方向是研究高强、高韧、高硬、轻质、高抗氧化性并具有良好加工性的新型材料。钨-铜合金是由高熔点、高硬度的钨和高电导、高热导率的铜所构成的合金，被广泛地用作电触头材料，电阻焊、电火花加工和等离子电极材料，电热合金和高密度合金，特殊用途的军工材料(如火箭喷嘴、飞机喉衬)，以及计算机中央处理系统、大规模电路的引线框架等。但是金属物存在着密度大，价格昂贵，脆性大难以加工等缺点。专利ZL 01129545.7提供了一种钨铝合金粉末制备方法，制备了钨铝合金粉末。钨的高熔点，低热膨胀系数，以及铝的低密度，高导热导电和良好延展性等特点使该合金具有了高强、高硬、以及良好的抗氧化性和高电导率等特性。用钨铝合金来代替钨制备钨铝-铜新型合金可以克服钨-铜合金的缺点，得到价格低廉，性能优越的新型合金。
粉末冶金烧结是粉末烧结成块的基本方法，由于钨铝-铜合金具有高熔点、耐高温等性能。采用真空烧结和热压烧结的技术来制备高致密度的合金烧结体。迄今为止，有关该合金烧结体的研究国内外尚无报道。
发明内容
一种钨铝-铜合金烧结体，其成分组成为钨铝合金和金属铜，钨铝合金 的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％。
一种钨铝-铜合金烧结体制备方法的制备方法有如下两种：
制备方法1)的步骤和条件如下：钨铝合金粉末和铜粉为原料，把铜粉和钨铝钨铝合金粉末混合，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％；冷压成型，将压制好的坯体装入石墨模具中，模具四周以碳素钢为支撑，放入真空热压烧结机中，在10-1Pa～10-2Pa真空条件下加温加压，烧结温度为1200℃-1400℃，压力为20-40MPa，烧结时间为5-30分钟，得到钨铝-铜合金的烧结体。所得烧结体的相对密度为98％以上。
制备方法2)的步骤和条件如下：钨铝合金粉末和铜粉为原料，把铜粉和钨铝合金粉末混合，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％；冷压成型，将压制好的坯体放入真空烧结机中，在10-3Pa真空条件下加温，烧结温度为1200℃-1400℃，烧结时间为10-60分钟，得到钨铝-铜合金的烧结体。所得烧结体的相对密度为98％以上
有益效果：本发明得到的以铜为粘结相的钨铝-铜合金烧结体。本发明采用钨铝合金粉末(见参考文献专利ZL 01129545.7)和铜粉为原料，分别采用真空烧结和热压烧结，实现粉末的致密化烧结。可以得到高致密合金烧结体，具有良好结晶形态和显微结构的合金块状材料。性能优越的钨铝-铜合金烧结体。所得合金的性能为：电导率21.1-29.4MS/m-1，显微硬度3.50-4.74GPa，弯曲强度760-1200MPa。
附图说明
是钨铝-铜合金烧结体的断面扫描电镜图。附图1是(W0.5Al0.5)-50％Cu在10-2Pa真空条件下，1400℃，30MPa，烧结时间为20分钟，所得的烧结体；附图2是(W0.5Al0.5)-50％Cu在10-3Pa真空条件下，1300℃，烧结时间为50分钟，所得的烧结体。
具体实施方式
下面介绍制备方法1)的实施例
实施例1：将30克(W0.9Al0.1)合金和3.33克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率23.3MS/m-1，显微硬度4.13GPa，弯曲强度784MPa。
实施例2：将为25克，(W0.75Al0.25)合金和2.78克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率24.4MS/m-1，显微硬度4.31GPa，弯曲强度791MPa。
实施例3：将20克(W0.5Al0.5)合金和2.22克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率24.8MS/m-1，显微硬度4.50GPa，弯曲强度850MPa。
实施例4：将15克(W0.25Al0.75)合金和1.67克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。。相对密度为99％。电导率25.5MS/m-1，显微硬度4.11GPa，弯曲强度779MPa。
实施例5：将10克(W0.14Al0.86)合金和1.11克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结， 烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率26.0MS/m-1，显微硬度4.09GPa，弯曲强度767MPa。
实施例6：将15克(W0.5Al0.5)合金和0.79克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力40MPa，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率21.3MS/m-1，显微硬度4.74GPa，弯曲强度800MPa。
实施例7：将12克(W0.5Al0.5)合金和3克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力30MPa，烧结时间为20分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率25.9MS/m-1，显微硬度3.98GPa，弯曲强度870MPa。
实施例8：将10克(W0.5Al0.5)合金和10克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力30MPa，烧结时间为20分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99.2％。电导率27.8MS/m-1，显微硬度3.71GPa，弯曲强度1000MPa。
实施例9：将8克(W0.5Al0.5)合金和12克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力20MPa，烧结时间为10分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99.1％。电导率28.7MS/m-1，显微硬度3.65GPa，弯 曲强度1100MPa。
实施例10：将4克(W0.5Al0.5)合金和12克铜粉混合后冷压成型，放入石墨模具中，放入真空热压烧结机中，在10-2Pa真空条件下热压烧结，烧结温度为1400℃，压力20MPa，烧结时间为5分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为98.7％。电导率29.3MS/m-1，显微硬度3.50GPa，弯曲强度1200MPa。
下面介绍制备方法2)的实施例
实施例11：将30克(W0.9Al0.1)合金和3.33克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为10％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为60分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率23.5MS/m-1，显微硬度4.07GPa，弯曲强度790MPa。
实施例12：将25克(W0.75Al0.25)合金和2.78克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为10％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为60分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率24.5MS/m-1，显微硬度4.11GPa，弯曲强度790MPa。
实施例13：将25克(W0.5Al0.5)合金和2.78克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为10％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率24.7MS/m-1，显微硬度4.47GPa，弯曲强度850MPa。
实施例14：将10克(W0.75Al0.25)合金和1.11克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为10％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为30分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率25.6MS/m-1，显微硬度4.13GPa，弯曲强度780MPa。
实施例15：将10克(W0.86Al0.14)合金和1.11克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为10％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1400℃，烧结时间为10分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为98％。电导率25.3MS/m-1，显微硬度4.01GPa，弯曲强度760MPa。
实施例16：将15克(W0.5Al0.5)合金和0.79克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为5％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1350℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率21.1MS/m-1，显微硬度4.73GPa，弯曲强度810MPa。
实施例17：将12克(W0.5Al0.5)合金和3克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为20％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为98.9％。电导率25.7MS/m-1，显微硬度3.95GPa，弯曲强度860MPa。
实施例18：将14克(W0.5Al0.5)合金和6克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为30％，10-3Pa真空条件 下烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率26.8MS/m-1，显微硬度3.81GPa，弯曲强度900MPa。
实施例19：将10克(W0.5Al0.5)合金和10克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为50％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1300℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率27.8MS/m-1，显微硬度3.69GPa，弯曲强度1050MPa。
实施例20：将8克(W0.5Al0.5)合金和12克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为60％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1250℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99.1％。电导率28.9MS/m-1，显微硬度3.63GPa，弯曲强度1100MPa。
实施例21：将4克(W0.5Al0.5)合金和16克铜粉混合后冷压成型，放入真空烧结机中，所述铜粉在烧结体中的质量比为80％，10-3Pa真空条件下烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为50分钟，得到钨铝-铜合金烧结体。相对密度为99％。电导率29.4MS/m-1，显微硬度3.50GPa，弯曲强度1200MPa。
Claims (3)
1.一种钨铝-铜合金烧结体，其特征在于，其成分组成为钨铝合金和金属铜，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％。
2.如权利要求1所述的一种钨铝-铜合金烧结体的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
钨铝合金粉末和铜粉为原料，把铜粉和钨铝合金粉末混合，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％；冷压成型，将压制好的坯体装入石墨模具中，模具四周以碳素钢为支撑，放入真空热压烧结机中，在10-1Pa～10-2Pa真空条件下加温加压，烧结温度为1200℃-1400℃，压力为20-40MPa，烧结时间为5-30分钟，得到钨铝-铜合金的烧结体。
3.如权利要求1所述的一种钨铝-铜合金烧结体的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：把铜粉和钨铝合金粉末混合，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.1-0.86，所述金属铜在烧结体中的质量比为10％；或者，钨铝合金的表达式为W1-xAlx，式中，x＝0.5，所述金属铜在烧结体中的质量比为10-75％；冷压成型，将压制好的坯体放入真空烧结机中，在10-3Pa真空条件下加温，烧结温度为1200℃-1400℃，烧结时间为10-60分钟，得到钨铝-铜合金的烧结体。
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