CN101667498A - 一种钨铜电触头的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钨铜电触头的制备方法，采用注射成型工艺，将钨粉、铜粉及微量元素Ni、Co、Mn、Mo按一定比例在球磨机中球磨，球磨后的合金粉末与粘结剂混炼，经注射成型机注射成生坯，再经脱脂、烧结，制得电触头。采用液相烧结后的触头致密度(相对理论密度)大于98％。本发明优点在于，触头的导电性高，接触电阻低，抗熔焊、耐电弧烧损性能好、热稳定性好，可以一次成形形状复杂的电触头，无需后续加工，可以实现连续化生产，大大降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及钨铜复合材料及一种制备电触头的注射成型技术。
背景技术
钨铜复合材料既具有铜的高塑性、良好的导电、导热性等特性，又具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性。这些特有的综合性能使钨铜合金广泛应用于电触头，特别是高压及超高压开关电器的触头领域、电极材料，在微电子技术中用作微波放大器件基片、散热组件等电子封装材料的热沉积材料。
但是，W-Cu是典型的非互溶体系，钨在液相铜中的溶解度极低，在1200℃时为105％(摩尔分数)。钨在液相铜中极低的溶解度极大地阻碍了材料依靠晶(颗)粒形状的调整和溶解-再沉淀而实现其致密化的过程。
目前，传统的粉末冶金中压制法无法制备形状复杂的电触头，其他冶金熔炼法更是操作繁琐，并且加入合金元素的过程也是非常之复杂，难以控制；传统的机加工方法材料利用率很低，制作工步繁琐，耗损很大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用球磨后合金粉末注射成型工艺制备电触头的方法。
本发明方法包括使用现有技术中的钨铜电触头材料和粘结剂，所说的电触头材料的成分以重量％计为：Cu 15～40，Ni和Co之中任意一种或两种，其总含量以质量％计为：0.1～1.0，且当同时含有Ni和Co时，二者之间的重量比是任意的，余量为W；所说的粘结剂成分以重量％计为：石蜡60，低密度聚乙烯35，硬脂酸5；本发明的特征是制备工序如下：
A.配料：将上述成分的电触头材料，在球磨机中球磨10～70小时，得合金粉末；
B.喂料：按A步骤球磨后的合金粉末与所说的粘结剂的体积比为1.17～1.63的比例，将球磨后的合金粉末与粘结剂在混料机中于140～165℃温度下混炼2小时，再经过挤料机于130～165℃下制成喂料；
C.注射成型：将B步骤制备好的喂料加入注射成型机内进行注射，注射温度为130～165℃，注射压力为80～135Mpa，模温为40～60℃，注射得产品生坯；
D.脱脂：首先进行溶剂脱脂，即将C步骤的生坯完全浸入温度为30～60℃的正庚烷溶剂中2～10小时，使其中的石蜡和硬脂酸组分溶解；然后将生坯在恒温干燥箱中于40℃下烘干，再放入管式炉中，在气体流量为2.5ml/min·cm2且各气体之间的体积比是任意的氢气、氮气和氩气中℃之一至三种气体的保护气氛下，进行热脱脂，即以3℃/min速度加热至180℃，保温40～60分钟，再以3℃/min速度加热至250℃，保温60～120分钟，再以3℃/min速度加热至350℃，保温60～120分钟，再以3℃/min速度加热至420℃，保温30～60分钟，再以5℃/min速度加热至490℃，保温60～120分钟，然后以5～10℃/min速度加热至900℃进行预烧结，保温60～90分钟；
E.烧结：将D步骤的脱脂坯件于1150～1400℃温度下、在气体流量为2.5ml/min·cm2的氢气、氮气、氩气中之一至三种保护气氛下烧结，保温60～180分钟，冷却后，即得钨铜电触头。
在所说的电触头材料中还可添加Mn和Mo中之任意一种或两种，其总含量以质量％计均为0.01～0.2，且当同时含有Mn和Mo时，二者之间的重量比是任意的。
所述球磨机、混料机、挤料机、注射成型机、恒温干燥箱、管式炉均为现有技术中的常规设备。
和现有技术相比，本发明有如下优点或积极效果：
1、球磨后的W-Cu形成所谓的“假合金”，铜包围在W颗粒周围，且分布均匀，见图1。
2、利用球磨粉末注射成型，液相烧结后，致密度(相对理论密度)大于98％，W相平均晶粒尺寸小于3μ，W颗粒均匀分布，见图2。
3、利用本工艺制备的电触头，W-40Cu触头平均硬度达到291.59HV，电导率平均达到26/Ms·m-1。
4、本发明制备的电触头，可一次成形为比较复杂的形状，无需后续加工，大大降低了成本。
附图说明
图1为实施例1的球磨后复合粉末的SEM照片。
图2为实施例1烧结后触头的SEM照片。
图3为W-Cu触头制备工艺流程图。
具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步说明。在下述实施例中，所用的粘结剂成分以重量％计均为：石蜡60，低密度聚乙烯35，硬脂酸5。
实施例1
称取W粉840g、Cu粉150g、Ni粉10g，在球磨机中球磨10小时；球磨后的合金粉末与粘结剂按体积比1.63混料，于165℃混炼2小时；再经过挤料机于130℃下制成喂料；将制备好的喂料加入注射成型机内进行注射，注射温度为130℃，注射压力为135Mpa，模温为50℃；之后将生坯完全浸入温度为30℃的正庚烷溶剂中2小时，使其中的石蜡和硬脂酸组分溶解；然后将生坯在恒温干燥箱中于40℃下保温烘干后放入管式炉中，在流量为2.5ml/min·cm2的氢气保护气氛下，进行热脱脂：即以3℃/min速度加热至180℃，保温60分钟，再以3℃/min速度加热至250℃，保温120分钟，再以3℃/min速度加热至350℃，保温120分钟，再以3℃/min速度加热至420℃，保温60分钟，再以5℃/min速度加热至490℃，保温120分钟，然后以10℃/min速度加热至900℃进行预烧结，保温90分钟；热脱脂后采用管式炉，于1300℃烧结，保护气体氢气流量为2.5ml/min·cm2，保温120分钟，即得到组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到98.30％。
实施例2
称取W粉599、Cu粉400g、Ni粉1g，在球磨机中球磨70小时；球磨后的合金粉末与粘结剂按体积比1.17混料，于140℃混炼2小时；再经过挤料机于130℃下制成喂料；将制备好的喂料加入注射成型机内进行注射，注射温度为165℃，注射压力为80Mpa，模温为40℃；之后将生坯完全浸入温度为45℃的正庚烷溶剂中6小时，使其中的石蜡和硬脂酸组分溶解；然后将生坯在恒温干燥箱中于40℃下保温烘干后放入管式炉中，在流量为2.5ml/min·cm2的氮气保护气氛下，进行热脱脂：即以3℃/min速度加热至40℃，保温60分钟，再以3℃/min速度加热至250℃，保温60分钟，再以3℃/min速度加热至350℃，保温60分钟，再以3℃/min速度加热至420℃，保温30分钟，再以5℃/min速度加热至490℃，保温60分钟，然后以10℃/min速度加热至900℃进行预烧结，保温60分钟；热脱脂后于1150℃烧结，采用管式炉，保护气体氮气流量为2.5ml/min·cm2，保温60分钟，即得到组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到98.92％。
实施例3
称取W粉745g、Cu粉250g、Co粉5g，在球磨机中球磨40小时；球磨后的合金粉末与粘结剂按体积比1.40混料，于150℃混炼2小时；再经过挤料机于140℃下制成喂料；将制备好的喂料加入注射成型机内进行注射，注射温度为140℃，注射压力为120Mpa，模温为60℃；之后将生坯完全浸入温度为60℃的正庚烷溶剂中10小时，使其中的石蜡和硬脂酸组分溶解；然后将生坯在恒温干燥箱中于40℃下保温烘干后放入管式炉中，在流量为2.5ml/min·cm2的氩气保护气氛下，进行热脱脂：即以3℃/min速度加热至180℃，保温50分钟，再以3℃/min速度加热至250℃，保温100分钟，再以3℃/min速度加热至350℃，保温100分钟，再以3℃/min速度加热至420℃，保温45分钟，再以5℃/min速度加热至490℃，保温100分钟，然后以10℃/min速度加热至900℃进行预烧结，保温75分钟；热脱脂后于1400℃烧结，采用管式炉，保护气体氩气流量为2.5ml/min·cm2，保温180分钟，即得到组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到99.36％。
实施例4
和实施例1的情况基本相同，只是其中的电触头材料中不是单独添加Ni，而是同时添加Ni和Co各5g；所用的保护气体为氢气和氩气混合气体，氢气和氩气的体积浓度各为50％；最后得到的电触头组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到99.23％。
实施例5
和实施例2的情况基本相同，只是其中的电触头材料中还添加有Mn0.1g，W粉为598.9g；所用的保护气体为氢气、氮气和氩气混合气体，三种气体的体积浓度分别为50％、20％和30％。最后得到的电触头组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到99.01％。
实施例6
和实施例5的情况基本相同，只是其中的电触头材料中没有添加Mn，而是Mo 0.5g，W粉为598.5g；所用的保护气体为氮气和氩气混合气体，二者的体积浓度各为50％。最后得到的电触头组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到98.65％。
实施例7
和实施例2的情况基本相同，只是其中的电触头材料中还同时添加Mo和Mn各1g，W粉为597g；所用的保护气体为氢气和氩气混合气体，二者的体积浓度各为50％。最后得到的电触头组织均匀，晶粒细小的电触头，致密度达到99.18％。
Claims (2)
1、一种钨铜电触头的制备方法，包括使用现有技术中的钨铜电触头材料和粘结剂，所说的电触头材料的成分以重量％计为：Cu 15～40，Ni和Co之中任意一种或两种，其总含量以质量％计为：0.1～1.0，且当同时含有Ni和Co时，二者之间的重量比是任意的，余量为W；所说的粘结剂成分以重量％计为：石蜡60，低密度聚乙烯35，硬脂酸5；其特征是制备工序如下：
A.配料：将上述成分的电触头材料，在球磨机中球磨10～70小时，得合金粉末；
B.喂料：按A步骤球磨后的合金粉末与所说的粘结剂的体积比为1.17～1.63的比例，将球磨后的合金粉末与粘结剂在混料机中于140～165℃温度下混炼2小时，再经过挤料机于130～165℃下制成喂料；
C.注射成型：将B步骤制备好的喂料加入注射成型机内进行注射，注射温度为130～165℃，注射压力为80～135Mpa，模温为40～60℃，注射得产品生坯；
D.脱脂：首先进行溶剂脱脂，即将C步骤的生坯完全浸入温度为30～60℃的正庚烷溶剂中2～10小时，使其中的石蜡和硬脂酸组分溶解；然后将生坯在恒温干燥箱中于40℃下烘干，再放入管式炉中，在气体流量为2.5ml/min·cm2且各气体之间的体积比是任意的氢气、氮气和氩气中℃之一至三种气体的保护气氛下，进行热脱脂，即以3℃/min速度加热至180℃，保温40～60分钟，再以3℃/min速度加热至250℃，保温60～120分钟，再以3℃/min速度加热至350℃，保温60～120分钟，再以3℃/min速度加热至420℃，保温30～60分钟，再以5℃/min速度加热至490℃，保温60～120分钟，然后以5～10℃/min速度加热至900℃进行预烧结，保温60～90分钟；
E.烧结：将D步骤的脱脂坯件于1150～1400℃温度下、在气体流量为2.5ml/min·cm2的氢气、氮气、氩气中之一至三种保护气氛下烧结，保温60～180分钟，冷却后，即得钨铜电触头。
2、根据权利要求1的制备方法，其特征是，在所说的电触头材料中还添加有Mn和Mo中之任意一种或两种，其总含量均为0.01～0.2，且当同时含有Mn和Mo时，二者之间的重量比是任意的。
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