CN110565033A - 一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，属于粉末冶金领域。首先在热压模具或热等静压包套罐中铺设经碱洗的钨铼合金纤维，然后装入适量经气流磨预处理的钨粉，在高真空环境下采用低压力热压或热等静压进行均匀化烧结以形成强化的多孔钨材料，最后进行熔渗处理，将铜渗入强化的多孔钨中，即可得到钨铼合金纤维强化的钨铜复合材料。本发明有效提高了材料的高温力学性能，降低了原料粉末粒度的分散程度，有效提高材料的高温力学性能，延长零件服役时间，避免服役过程中纤维发生回复再结晶导致性能劣化。通过粉末气流磨预处理的方法，从而提高材料结构的整体均匀程度，有效减缓材料性能劣化速率，降低了零件闭孔率，简化工艺。

Description

一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，涉及制备新型钨铜发汗材料。
背景技术
钨铜合金作为重要的热沉材料在军工领域和航空航天领域有着巨大的作用，然而，目前的钨铜合金材料在面对现代不断发展的技术时已经渐渐无法满足新型产品对材料的设计要求，出现了诸如热震性能较差，强度较低，长时间运行后软化的问题，急需一种用于替代目前常用钨铜发汗材料的新型钨铜材料。
钨铜材料长时间服役时的软化问题，其主要原因是钨铜发汗材料长时间服役时力学性能劣化，钨铜热沉材料的主要力学性能取决于材料骨架(即钨骨架)的性能，而目前工艺制备的钨骨架具有明显的应力集中现象，显著降低钨骨架强度。此问题可通过降低原料粉末粒度分布的分散程度，较大程度提高骨架的孔隙均匀程度，从而有效降低材料中由于孔隙不均匀所导致的应力集中来缓解。
粉末气流磨处理是一种常用的降低原料粉末粒度分布分散程度的工艺方法，主要指使用流化床式气流磨对原料粉末进行预处理，此种粉末预处理方式的主要作用除缩小粉末粒度分布外，还可提高粉末球化程度，提高粉末流动性，降低烧结温度，提高成品性能，提高孔隙率和孔隙分布的可控性。相较于其他粉末预处理以及分级方式，气流磨主要优点为：减少工艺步骤，不易引入杂质，产量大，工艺成熟。
为解决材料热震性能较差，强度较低的问题，需要对材料进行强化，纤维复合材料强化是一种有效提高材料性能特别是高温性能的方法，其中C-Cf复合材料是高温用强化的典型代表，C-Cf复合材料，即碳基连接碳纤维形成的复合材料，目前主要用于隔热耐火材料、中温结构材料、耐烧蚀材料、生物医用材料等，有轻质高强(强度高于钢，密度小于铝)、绝热、耐高温、抗冲击、高静力学性能等优异性能。其主要强韧化机理为纤维强韧化机理。
在专利《一种纤维与颗粒混杂结构钨铜复合材料的制备方法》(专利申请号201510390722.7)中，首先通过常温模压制备含钨纤维的坯体，然后通过热压烧结，最终制备了含大量钨纤维的钨基复合材料，此发明通过钨纤维对钨铜合金进行强化的方法，有效加强了钨铜合金的力学性能，但对于发汗材料的主要使用环境(高温)，钨纤维会发生再结晶现象，导致材料脆化失效，因此对于高温用钨铜材料的纤维强化需要克服纤维再结晶现象。
引入铼元素可以有效提高钨合金的再结晶温度，因此使用钨铼丝替代普通钨丝对钨铜合金进行纤维强化，可以通过减少材料的再结晶，以减慢钨纤维在高温条件下的性能恶化，从而保证强化相在高温下持续起到强化作用，从而提高材料高温性能。
发明内容
本发明的目的是针对目前发汗材料高温力学性能不佳的问题，提供一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，且生产工艺简单易实现。
本发明包括如下具体步骤：
步骤(1)，钨铼丝的预处理：
将钨铼丝通过碱液进行清洗，然后经无水乙醇清洗，烘干待用。
步骤(2)，钨粉预处理：
将原料钨粉通过气流磨进行粉末预处理，得到近球形窄粒度分布的钨粉待用。
步骤(3)，强化纤维的铺装与强化的钨骨架的成型与烧结：
将编织成网的钨铼丝切割成合适尺寸铺设在模具中，然后装入钨粉使之略微盖过钨铼丝网，进行热压成型烧结；或将钨铼纤维网均匀铺设在热等静压包套罐中，再装入粉末，进行热等静压成型烧结。
步骤(4)，熔渗：
将步骤(3)中经强化的钨骨架在氢气气氛下在熔渗炉中进行渗铜，即得到高温用钨铼丝强化的钨铜合金。
进一步地，步骤(1)中所述的钨铼丝规格为直径5～20μm。
进一步地，步骤(2)中所述的气流磨工作时氧含量不超过0.1％，工作介质为氮气或氩气。
进一步地，步骤(2)中所述的气流磨工作时研磨腔压力上限为1Mpa，下限为0.5Mpa。
进一步地，步骤(2)中所述的气流磨研磨工序后必须串联分选工序，目的是获得窄粒度分布的钨粉。
进一步地，步骤(3)中铺设的钨铼丝的含量(体积分数)为强化钨骨架的10％～70％。
进一步地，步骤(3)中热压保温温度为1300℃～1500℃，压强≥10Mpa，保温时间1～3h，升降温速度1200℃以上时≤10℃/min。
进一步地，步骤(3)中热等静压保温温度1200℃～1500℃，保压压力20～200MPa，保压时间1～4h，升温速率≥5℃/s。
进一步地，步骤(4)中熔渗温度1100℃～1300℃，熔渗时间为0.5h～2h，铜含量质量分数为10％～40％。
本发明的技术有以下的优势：
(1)通过粉末气流磨预处理的方法，降低了原料粉末粒度的分散程度，从而提高材料结构的整体均匀程度，有效减缓材料性能劣化速率，有效提高材料的高温力学性能特别是长时间高温服役时的力学性能。
(2)采用热压成型或热等静压成型方式制备，使得强化相和基体相结合简单，避免了粉末预处理导致的成型困难的缺点，特别是避免了使用粘结剂，降低了零件闭孔率，提高性能，简化工艺。
(3)采用钨铼纤维对骨架进行强化，有效提高了材料的高温力学性能，延长零件服役时间，避免服役过程中纤维发生回复再结晶导致性能劣化。
具体实施方式
实施例1
将直径5μm的金属钨铼丝编织成网，浸泡在浓度(质量分数)为20％的氢氧化钠溶液中并使用超声波清洗，去除表面氧化层，剪切成为直径30mm的圆片，并称重25g此种圆片，横向铺设在直径30mm的模具中。
将费氏粒度为5μm的商业钨粉，利用流化床气流磨处理，具体参数为研磨腔压力0.7Mpa，分选轮转速为50r/min，后降至30r/min，取分级粉末待用，称量25g此种粉末加入模具中，轻微震荡使粉末分散均匀。
在真空热压炉中进行热压烧结，压力40Mpa，保温温度1500℃，升温速度10℃/min(全升温过程)。
脱模，对样品进行简单打磨去除表面碳化层，进行熔渗，将样品和铜原料加热至1300℃，铜完全熔化、温度稳定后，开始熔渗，保温2h，降温后即可得到高温用高强度、高韧性的钨铼丝强化钨铜复合材料。
实施例2
将直径8μm的金属钨铼丝编织成网，浸泡在浓度(质量分数)为20％的氢氧化钠溶液中并使用超声波清洗，去除表面氧化层，剪切成为直径30mm的圆片，并称重50g此种圆片，横向铺设在直径30mm的模具中。
将费氏粒度为8μm的商业钨粉，利用流化床气流磨处理，具体参数为研磨腔压力0.68Mpa，分选轮转速为40r/min，后降至30r/min，取分级粉末待用，称量25g此种粉末加入模具中，轻微震荡使粉末分散均匀。
在真空热压炉中进行热压烧结，压力100Mpa，保温温度1500℃，升温速度10℃/min(全升温过程)。
脱模，对样品进行简单打磨去除表面碳化层，进行熔渗，将样品和铜原料加热至1200℃，铜完全熔化、温度稳定后，开始熔渗，保温2h，降温后即可得到高温用高强度、高韧性的钨铼丝强化钨铜复合材料。
实施例3
将直径10μm的金属钨铼丝编织成网，浸泡在浓度(质量分数)为20％的氢氧化钠溶液中并使用超声波清洗，去除表面氧化层，剪切成为直径50mm的圆片，并称重50g此种圆片，取热等静压包套，尺寸为底面直径50mm，长度50mm，将圆片平行于底面装入包套中。
将费氏粒度为10μm的商业钨粉，利用流化床气流磨处理，具体参数为研磨腔压力0.65Mpa，分选轮转速为30r/min，后降至20r/min，取3分级粉末待用，称量25g此种粉末加入模具中，轻微震荡使粉末分散均匀。
进行热等静压，参数为保温温度1200℃，压力180Mpa，升温时间4h，保温时间4h，保护气为氩气。
脱模，对样品进行简单打磨，进行熔渗，将样品和铜原料加热至1200℃，铜完全熔化、温度稳定后，开始熔渗，保温2小时，降温后即可得到高温用高强度、高韧性的钨铼丝强化钨铜复合材料。
实施例4
将直径5μm的金属钨铼丝编织成网，浸泡在浓度(质量分数)为20％的氢氧化钠溶液中并使用超声波清洗，去除表面氧化层，剪切成为直径50mm的圆片，并称重50g此种圆片，取热等静压包套，尺寸为底面直径5mm，长度30mm，将圆片平行于底面装入包套中。
将费氏粒度为8μm的商业钨粉，利用流化床气流磨处理，具体参数为研磨腔压力0.7Mpa，分选轮转速为30r/min，后降至20r/min，取分级粉末待用，称量25g此种粉末加入模具中，轻微震荡使粉末分散均匀。
进行热等静压，参数为保温温度1400℃，压力150Mpa，升温时间4h，保温时间4h，保护气为氩气。
脱模，对样品进行简单打磨，进行熔渗，将样品和铜原料加热至1200℃，铜完全熔化、温度稳定后，开始熔渗，保温2小时，降温后即可得到高温用高强度、高韧性的钨铼丝强化钨铜复合材料。

Claims (9)

1.一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)钨铼丝的预处理：
将钨铼丝通过碱液进行清洗，然后经无水乙醇清洗，烘干待用；
(2)钨粉预处理：
将原料钨粉通过气流磨进行粉末预处理，得到近球形窄粒度分布的钨粉待用；
(3)强化纤维的铺装与强化的钨骨架的成型与烧结：
将编织成网的钨铼丝切割成合适尺寸铺设在模具中，然后装入钨粉使之略微盖过钨铼丝网，进行热压成型烧结；或将钨铼纤维网均匀铺设在热等静压包套罐中，再装入粉末，进行热等静压成型烧结；
(4)熔渗：
将步骤(3)中经强化的钨骨架在氢气气氛下在熔渗炉中进行渗铜，即得到高温用钨铼丝强化的钨铜合金。
2.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的钨铼丝规格为直径5～20μm。
3.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的气流磨工作时氧含量不超过0.1％，工作介质为氮气或氩气。
4.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的气流磨工作时研磨腔压力上限为1Mpa，下限为0.5Mpa。
5.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的气流磨研磨工序后必须串联分选工序，目的是获得窄粒度分布的钨粉。
6.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中铺设的钨铼丝的体积分数含量为强化钨骨架的10％～70％。
7.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中热压保温温度为1300℃～1500℃，压强≥10Mpa，保温时间1～3h，升降温速度1200℃以上时小于10℃/min。
8.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(3)中热等静压保温温度1200℃～1500℃，保压压力20～200MPa，保压时间1～4h，升温速率≥5℃/s。
9.根据权利要求1中所述的一种高温用钨铼丝强化钨铜合金的制备方法，其特征在于步骤(4)中熔渗温度1100℃～1300℃，熔渗时间为0.5h～2h，铜含量质量分数为10％～40％。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110976889A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 西安理工大学 一种高W量W-Cu复合材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5135603A (ja) * 1974-09-20 1976-03-26 Hitachi Ltd Senikyokafukugozairyo no soseikakoho
CN102816963A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 自贡硬质合金有限责任公司 一种钨铼合金以及制备方法
CN104233034A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 泉州亿兴电力有限公司 一种耐烧蚀钨铜合金及其应用
CN105039876A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 西安理工大学 一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5135603A (ja) * 1974-09-20 1976-03-26 Hitachi Ltd Senikyokafukugozairyo no soseikakoho
CN102816963A (zh) * 2012-08-31 2012-12-12 自贡硬质合金有限责任公司 一种钨铼合金以及制备方法
CN104233034A (zh) * 2014-09-11 2014-12-24 泉州亿兴电力有限公司 一种耐烧蚀钨铜合金及其应用
CN105039876A (zh) * 2015-07-06 2015-11-11 西安理工大学 一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄化等: ""气流磨处理钨粉的研究"", 《稀有金属材料与工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110976889A (zh) * 2019-12-30 2020-04-10 西安理工大学 一种高W量W-Cu复合材料的制备方法

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