CN109402478A - 一种钨铜合金及其注射成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钨铜合金及其注射成型工艺，属于粉末冶金技术领域。该钨铜合金注射成型工艺包括以下步骤：密炼钨铜合金原料与塑基粘结剂，然后注射成型，脱脂，烧结。该方法操作简单易行，高效快捷，成本低廉，适宜制备形状结构复杂的钨铜合金。由此制得的钨铜合金致密度化程度高且硬度也较高。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，且特别涉及一种钨铜合金及其注射成型工艺。
背景技术
钨铜合金因具有良好的抗腐蚀、抗熔焊、耐电压、无磁性、微波屏蔽和高导热导电等特性，被广泛的应用于真空开关电触头材料、电真空器件散热元件、电火花电极、仪器仪表原件、电子封装材料。
由于金属W与金属Cu的熔点具有较大的差别，分别为：3410℃与1083℃，现阶段通常所用的制备钨铜材料的方法主要包含以下几种烧结方式：液相烧结方法、熔渗烧结方法、预烧结与熔渗烧结相结合的方法以及活化烧结方法等。
但上述传统钨铜合金制备方法的缺点包括致密化速度慢，致密化程度低，无法适用于制造目前对于形状要求越来越复杂的零部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钨铜合金注射成型工艺，该方法操作简单易行，高效快捷，成本低廉，适宜制备形状结构复杂的钨铜合金。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明还提出一种由上述注射成型工艺制备而得的钨铜合金。
本发明提出一种钨铜合金注射成型工艺，包括以下步骤：密炼钨铜合金原料与塑基粘结剂，然后注射成型，脱脂，烧结。
优选地，钨铜合金原料中钨与铜的质量比为(50-90)：(10-50)。
更优选地，钨铜合金原料中钨与铜均为粉末形式。
优选地，钨铜合金原料与塑基粘结剂的质量比为(85-90)：(10-15)。
本发明还提出一种钨铜合金，其由上述钨铜合金注射成型工艺制备而得。
本申请提供的钨铜合金及其注射成型工艺的有益效果包括：
本申请提供的钨铜合金注射成型工艺将粉末冶金和注塑成型相结合，该方法操作简单易行，可自动化连续生产，高效快捷，成本低廉，适宜制备形状结构复杂的钨铜合金。由此制得的钨铜合金致密度化程度高且硬度也较高。由此制得的钨铜合金致密度化程度高且硬度也较高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的钨铜合金及其注射成型工艺进行具体说明。
本申请提供的钨铜合金注射成型工艺包括以下步骤：
密炼钨铜合金原料与塑基粘结剂，然后注射成型，脱脂，烧结。
本申请中，钨铜合金原料可以直接为已经由钨原料与铜原料配合得到的合金原料，也可以自行按一定配比将钨原料和铜原料混合得到。
在一些实施方式中，钨铜合金原料中钨与铜的质量比可以为(50-90)：(10-50)，例如50：50、60：40、70：30、80：20或90：10，也可以为55：45、65：35、75：25或85：15等，此外钨铜合金原料中钨和铜的质量比还可以为(50：50)-(90：10)范围内的任一比值。
在一些优选的实施方式中，钨铜合金原料中钨与铜均为粉末形式，通过将原料设置为粉末形式不仅更利于注射成型，而且还能够降低现有技术中由于金属钨与金属铜之间熔点差别大而导致钨铜合金成品性能差的问题。
作为可选地，钨粉的直径例如可以但不限于为1-3μm，如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm；铜粉的直径例如可以但不限于为30-60μm，例如30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm等。
在一些实施方式中，钨粉和铜粉例如可以在搅拌条件下进行，搅拌的转速可以为30-50rpm，例如30rpm、35rpm、40rpm、45rpm或50rpm等。
本申请中，所用的塑基粘结剂例如可以但不限于包括聚甲醛、高密度聚乙烯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少两种。塑基粘结剂主要用于增强钨铜粉末流动性以适合注射成型并维持坯块形状。值得说明的是，本申请中所用粘结剂采用塑基粘结剂而非其它类型的粘结剂，其能较其它类型的粘结剂具有包括粘度大、挥发小、脱脂效率高以及安全性高等优势。
在一些实施方式中，钨铜合金原料与塑基粘结剂的质量比可以为(85-90)：(10-15)，例如85：15、86：14、87：13、88：12、89：11或90：10，也可以为85.5：14.5、86.5：13.5、87.5：12.5、88.5：11.5或89.5：10.5等，此外铜合金和塑基粘结剂的质量比还可以为(85：15)-(90：10)范围内的任一比值。
本申请中，钨铜合金原料与塑基粘结剂密炼可以于110-230℃的条件下进行，密炼后得到钨铜合金喂料。作为可选地，密炼的温度可以但不限于为110℃、130℃、150℃、170℃、190℃、210℃或230℃，也可以为120℃、140℃、160℃、180℃、200℃或220℃等。
在一些实施方式中，密炼后还包括破碎步骤，随后再将破碎后所得的钨铜合金喂料注射成型。
本申请中，注射成型过程于注射成型机内进行。作为可选地，注射温度例如可以为135-210℃，如135℃、150℃、175℃、200℃或210℃等。在一些实施方式中，注射温度可以为180-190℃，如180℃、185℃或190℃等。
注射成型过程中保压压力可以为65-90MPa，如65MPa、70MPa、75MPa、80MPa、85MPa或90MPa等，也可以为65-90MPa范围内的任一压力值。
注射成型过程中的模温可以为65-110℃，如65℃、80℃、95℃或110℃等，也可以为65-110℃范围内的任一温度值。
通过注射成型，得到所需形状的钨铜合金坯件。进一步地，对钨铜合金坯件进行脱脂处理，作为可选地，可在草酸脱脂炉中脱脂。值得说明的是，本申请中脱脂处理是于低真空条件下进行，真空度例如可以控制在1×10-3Pa-1×10-1Pa范围内，通过在低真空条件下进行脱脂处理，具有较高的效率且能够使钨铜合金坯件尺寸变形小。
在一些实施方式中，脱脂过程的温度可以为120-150℃，如120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃等，也可以为120-150℃范围内的任一温度值。
在一些实施方式中，脱脂时间可以为2-12h，如2h、4h、6h、8h、10h或12h，也可以为2-12h范围内的任一时间值。
进一步地，对脱脂后所得的脱脂坯进行烧结，以得到钨铜合金成品。作为可选地，烧结可在氢气气氛炉中进行。在一些实施方式中，烧结的温度可以为1100-1400℃，如1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃等，也可以为1100-1400℃范围内的任一温度值。
在一些实施方式中，烧结过程中的保温时间可以为1-10h，如1h、2h、5h、8h或10h，也可以为1-10h范围内的任一时间值。
承上，通过上述注射成型工艺，将粉末冶金和注塑成型相结合，不仅能够实现自动化连续生产，生产形状复杂的产品，而且还可以较现有技术获得致密化程度以及硬度均较高的钨铜合金产品(其中，通过现有技术获得的钨铜合金产品的致密化程度一般在93％-96％范围内，硬度一般在180-240HV范围内)。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
按钨粉与铜粉质量比为75：25，钨粉直径为1.5μm，铜粉直径为30μm，于转速为40rpm的条件下混合粉末24小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由聚甲醛和高密度聚乙烯的塑基粘结剂按质量比为85：15，于180℃的条件下密炼制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，于注射温度为180℃、保压压力为85MPa以及模温为105℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为1×10-1Pa，脱脂温度为125℃，脱脂时间为9h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1280℃，保温120min，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.5％，硬度为255HV。
实施例2
按钨粉与铜粉质量比为80：20，钨粉直径为2.5μm，铜粉直径为40μm，于转速为35rpm的条件下混合粉末30小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由聚甲醛和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂按质量比为88：12，于200℃的条件下密炼制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，于注射温度为185℃、保压压力为85MPa以及模温为105℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为1×10-1Pa，脱脂温度为125℃，脱脂时间为8h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1280℃，保温120min，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.4％，硬度为260HV。
实施例3
按钨粉与铜粉质量比为85：15，钨粉直径为2.5μm，铜粉直径50μm，于转速为45rpm的条件下混合粉末35小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由高密度聚乙烯和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂按质量比为90：10，于160℃的条件下密炼制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，于注射温度为180℃、保压压力为85MPa以及模温为95℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为5×10-2Pa，脱脂温度为125℃，脱脂时间为10h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1300℃，保温120min，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.3％，硬度为262HV。
实施例4
按钨粉与铜粉质量比为90：10，钨粉直径为1.5μm，铜粉直径为60μm，于转速为38rpm的条件下混合粉末40小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由聚甲醛、高密度聚乙烯和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂按质量比为90：10，于150℃的条件下密炼制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，注射温度为190℃、保压压力为85MPa以及模温为100℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为3×10-2Pa，脱脂温度为125℃，脱脂时间为9h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1300℃，保温120min，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.1％，硬度为273HV。
实施例5
按钨粉与铜粉质量比为50：50，钨粉直径为1μm，铜粉直径为35μm，于转速为30rpm的条件下混合粉末40小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由聚甲醛、高密度聚乙烯和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂按质量比为86.5：13.5，于110℃的条件下密炼后破碎制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，注射温度为135℃、保压压力为65MPa以及模温为65℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为1×10-3Pa，脱脂温度为120℃，脱脂时间为12h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1100℃，保温10h，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.7％，硬度为245HV。
实施例6
按钨粉与铜粉质量比为60：40，钨粉直径为3μm，铜粉直径为55μm，于转速为50rpm的条件下混合粉末25小时后获得钨铜合金粉末。
将上述钨铜合金粉末与由聚甲醛、高密度聚乙烯和邻苯二甲酸二辛酯组成的塑基粘结剂按质量比为88.5：11.5，于230℃的条件下密炼后破碎制备钨铜合金喂料。
将制备得到的钨铜合金喂料用于钨铜合金产品的制备，注射成形具体方法为：将喂料加入注射成形机内，注射温度为210℃、保压压力为90MPa以及模温为110℃的条件下注射成形，制备出坯件。
再将坯件置于草酸脱脂炉中脱脂，脱脂过程中真空度为1×10-3Pa，脱脂温度为150℃，脱脂时间为2h，得到脱脂坯。
将脱脂坯置于氢气气氛烧结炉内进行烧结，烧结温度为1400℃，保温60min，即得到钨铜产品。
由此制得的钨铜产品致密度为99.6％，硬度为250HV。
综上所述，本申请提供的钨铜合金注射成型工艺将粉末冶金和注塑成型相结合，该方法操作简单易行，可自动化连续生产，高效快捷，成本低廉，适宜制备形状结构复杂的钨铜合金。由此制得的钨铜合金致密度化程度高且硬度也较高。由此制得的钨铜合金致密度化程度高且硬度也较高。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
密炼钨铜合金原料与塑基粘结剂，然后注射成型，脱脂，烧结；
优选地，所述钨铜合金原料中钨与铜的质量比为(50-90)：(10-50)；
更优选地，所述钨铜合金原料中所述钨与所述铜均为粉末形式；
优选地，所述钨铜合金原料与所述塑基粘结剂的质量比为(85-90)：(10-15)。
2.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，密炼于110-230℃的条件下进行。
3.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，密炼后还包括破碎步骤，随后再将破碎后所得的钨铜合金喂料注射成型。
4.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，注射成型过程中的注射温度为135-210℃，注射成型过程中保压压力为65-90MPa。
5.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，注射成型过程中的模温为65-110℃。
6.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，脱脂过程的温度为120-150℃。
7.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，脱脂时间为2-12h。
8.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，烧结的温度为1100-1400℃。
9.根据权利要求1所述的钨铜合金注射成型工艺，其特征在于，烧结过程中的保温时间为1-10h。
10.一种钨铜合金，其特征在于，所述钨铜合金由如权利要求1-9任一项所述的钨铜合金注射成型工艺制备而得。
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