CN110885945A - 一种大长径比钨铜棒材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大长径比钨铜棒材的制备方法，依次经备料、成型、脱脂、烧结、熔渗和磨削而制成。本发明采用干袋式冷等静压的成型方式，可以得到直径在3‑10mm，长度在300mm以上的大长径比的钨棒坯；通过在舟皿底部并排铺满纯钨细棒的方式来固定绕有铜丝的钨棒材，保证了熔渗后的钨铜棒材的直线度，省去了校直工序，减少了后续机加工量；通过优化钨骨架烧结工艺和熔渗工艺，得到高钨含量的大长径比钨铜棒材，致密度高，组织均匀性好，且整个制备流程短，成本低。

Description

一种大长径比钨铜棒材的制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种大长径比钨铜棒材的制备方法。
背景技术
钨铜合金是一种钨颗粒和铜粘结相组成的既不互相固溶也不形成金属间化合物的一种复合材料。钨铜合金具有良好的导电、导热及抗电弧腐蚀的性能，被广泛应用做电子封装材料、电极材料等。
钨铜作为电极材料时，一般要求钨铜的直径在3mm左右，长度越长越好。这种长径比很大的钨铜细棒，用现有技术制备难度是非常大的。目前该类棒材的制备方法包括熔渗法：由于细棒形状导致渗铜难度大，故现有一般将钨粉成形成方形长条，再进行渗铜，之后将方形长条机加工成圆形，而得到钨铜细棒。这种方式耗时耗材，造成成本高昂。现有制备方法还有通过对钨铜粉进行成形烧结，再进行锻造或挤压进行得到钨铜细棒。
CN102225434A公开的技术方案利用松装钨粉进行熔渗，再加热旋锻生产钨铜合金细棒。这种方法可以制备得到直径3mm左右的细棒，但是增加热旋锻工序带来能耗大、成本提高的问题，且这种方法不能生产钨含量大于60％的棒材。CN108754272A公开的技术方案通过细晶钨粉成形烧结得到钨骨架，再进行熔渗、旋锻校直、磨削，可以制备得到钨含量为50wt.％-75wt.％，直径为3-12mm，长度为100mm以上的的钨铜棒材。但是这种制备方式需要采用机械活化法进行细晶钨粉的制备，还需要加热进行旋锻校直，这些会导致生产效率低下，成本提高。又因为高钨含量的钨铜材料在制备中遇到高强度钨骨架熔渗铜过程中难以控制铜熔渗和材料均匀性差的大难题，现有技术无法得到钨含量在75wt.％以上的钨铜棒材，。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种大长径比钨铜棒材的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种大长径比钨铜棒材的制备方法，包括如下步骤：
(1)将重量比为6-10∶1的聚乙烯醇和聚乙二醇溶解于蒸馏水中，获得成型剂体系溶液；将钨粉与该成型剂体系溶液以2-5∶1的重量比混合后进行球磨，得到浆料；将该浆料进行喷雾造粒，得到前驱粉末；
(2)将上述前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，于100-150Mpa静压50-65s，得到钨棒坯；
(3)将上述钨棒坯置于脱脂炉内，在保护气氛下，于580-950℃保温1-4h，得到钨棒材；
(4)将上述钨棒材于1200-2100℃保温烧结1-5h，得烧结钨棒材；
(5)将直径为0.5-1.5mm的铜丝以其直径1-2倍的螺距紧密包绕在上述烧结钨棒材之外，再置于底部并排铺满直径为0.5-2.5mm的纯钨细棒的舟皿中，再将该舟皿放入熔渗炉中于1150-1600℃保温熔渗0.5-3h，得到钨铜棒材；
(6)将上述钨铜棒材进行磨削，得到所述大长径比钨铜棒材，其直径为3-10mm，长度为300-500mm。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)中的成型剂体系溶液的浓度为0.03-0.9g/mL。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)为：将所述前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，于110-150Mpa静压55-65s，得到钨棒坯。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：将所述钨棒坯置于脱脂炉内，在保护气氛下，于600-900℃保温1-3h，得到钨棒材。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)为：将所述钨棒材于1300-2000℃保温烧结1-4h，得烧结钨棒材。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(5)中，保温熔渗的温度为1200-1500℃，时间为0.5-3h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述保护气氛为氢气或氮气。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用干袋式冷等静压的成型方式，可以得到直径在3-10mm，长度在300mm以上的大长径比的钨棒坯。
2、本发明通过在舟皿底部并排铺满纯钨细棒的方式来固定绕有铜丝的钨棒材，保证了熔渗后的钨铜棒材的直线度，省去了校直工序，减少了后续机加工量。
3、本发明通过优化钨骨架的烧结工艺，且优化了渗铜的方式，通过钨棒绕铜丝并结合熔渗工艺，来获得均一性良好的钨铜材料。
3、本发明通过优化钨骨架烧结工艺和熔渗工艺，得到高钨含量的大长径比钨铜棒材，致密度高，组织均匀性好，且整个制备流程短，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的大长径比钨铜棒材的晶相图。
图2为本发明实施例2所制得的大长径比钨铜棒材的晶相图。
图3为本发明实施例3所制得的大长径比钨铜棒材的晶相图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)备料：按比例称取聚乙烯醇和乙二醇，二者重量比为6∶1，加入蒸馏水，搅拌溶解得到成形剂体系溶液，成形剂体系溶液的浓度为0.03g/mL；称取钨粉并倒入球磨罐中，按照钨粉与成形剂体系溶液重量比为2∶1的比例加入上述成形剂体系溶液进行球磨，得到浆料；将所述浆料进行喷雾造粒，得到前驱粉末；
(2)成型：将步骤一得到的前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，压力设置为110Mpa，静压时间为55s，得到直径为3.5mm的钨棒坯；
(3)脱脂：将上述钨棒坯放置于脱脂炉中，在氢气气氛下，于600℃下保温1h，脱去粘结剂，得到钨棒材；
(4)烧结：将上述钨棒材放入加热炉中，于1300℃、保温1h进行烧结，得到烧结钨棒材；
(5)熔渗：对上述烧结钨棒材进行绕铜丝，所述铜丝直径为0.5mm，以0.5mm的螺距紧密包绕在烧结钨棒材外，将绕有铜丝的烧结钨棒材放置于底部并排铺满直径为1.0mm纯钨细棒的舟皿中，再将舟皿放入熔渗炉中于1200℃、保温0.5h进行熔渗，得到钨铜棒材；
(6)对步骤(5)得到的钨铜棒材进行磨削，得到大长径比钨铜棒材。
所得到的大长径比钨铜棒材中的钨含量为85wt.％，其余为铜，其直径2-3mm，长度在300mm以上，致密度达98％以上。其晶相组织均匀，没有出现较大的富铜或贫铜区域，且钨颗粒没有明显长大，说明材料再压制和骨架烧结时，没有出现较多闭孔隙或孔洞，且熔渗工艺合适(如图1所示)；由表1和表2可知，该大长径比钨铜棒材的硬度分布均匀，且杂质含量低，纯度高。
表1本实施例制得的大长径比钨铜棒材的硬度值
Figure BDA0002280858980000041
表2本实施例制得的大长径比钨铜棒材的成分分析
W Cu Fe Ni Si Mo
余量 15.2 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005
Mg Al Co Ca C(ppm) O(ppm)
＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 45 18
实施例2
(1)备料：按比例称取聚乙烯醇和乙二醇，二者重量比为8∶1，加入蒸馏水，搅拌溶解得到成形剂体系溶液，成形剂体系溶液的浓度为0.5g/mL；称取钨粉并倒入球磨罐中，按照钨粉与成形剂体系溶液重量比为3∶1的比例加入上述成形剂体系溶液进行球磨，得到浆料；将所述浆料进行喷雾造粒，得到前驱粉末；
(2)成型：将步骤一得到的前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，压力设置为130Mpa，静压时间为60s，得到直径为5mm的钨棒坯；
(3)脱脂：将上述钨棒坯放置于脱脂炉中，在氮气气氛下，于750℃下保温2h，脱去粘结剂，得到钨棒材；
(4)烧结：将上述钨棒材放入加热炉中，于1600℃、保温2.5h进行烧结，得到烧结钨棒材；
(5)熔渗：对上述烧结钨棒材进行绕铜丝，所述铜丝直径为1.0mm，以1.5mm的螺距紧密包绕在烧结钨棒材外，将绕有铜丝的烧结钨棒材放置于底部并排铺满直径为1.5mm纯钨细棒的舟皿中，再将舟皿放入熔渗炉中于1350℃、保温1.8h进行熔渗，得到钨铜棒材；
(6)对步骤(5)得到的钨铜棒材进行磨削，得到大长径比钨铜棒材。
本实施例制得的大长径比钨铜棒材的钨含量为90wt.％，其余为铜，其直径4-5mm，长度在300mm以上，致密度达98％以上。所制钨铜棒晶相组织均匀，没有出现较大的富铜或贫铜区域，且钨颗粒无明显长大(如图2所示)如图2所示。由表3和表4可知，该大长径比钨铜棒材的硬度分布均匀，且杂质含量低，纯度高。
表3本实施例制得的大长径比钨铜棒材的硬度值
Figure BDA0002280858980000051
表4本实施例制得的大长径比钨铜棒材的成分分析
W Cu Fe Ni Si Mo
余量 9.8 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005
Mg Al Co Ca C(ppm) O(ppm)
＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 35 17
实施例3
(1)备料：按比例称取聚乙烯醇和乙二醇，二者重量比为10∶1，加入蒸馏水，搅拌溶解得到成形剂体系溶液，成形剂体系溶液的浓度为0.9g/mL；称取钨粉并倒入球磨罐中，按照钨粉与成形剂体系溶液重量比为5∶1的比例加入上述成形剂体系溶液进行球磨，得到浆料；将所述浆料进行喷雾造粒，得到前驱粉末；
(2)成型：将步骤一得到的前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，压力设置为150Mpa，静压时间为65s，得到直径为10mm的钨棒坯；
(3)脱脂：将上述钨棒坯放置于脱脂炉中，在氮气气氛下，于900℃下保温3h，脱去粘结剂，得到钨棒材；
(4)烧结：将上述钨棒材放入加热炉中，于2000℃、保温4h进行烧结，得到烧结钨棒材；
(5)熔渗：对上述烧结钨棒材进行绕铜丝，所述铜丝直径为1.5mm，以3mm的螺距紧密包绕在烧结钨棒材外，将绕有铜丝的烧结钨棒材放置于底部并排铺满直径为2.5mm纯钨细棒的舟皿中，再将舟皿放入熔渗炉中于1500℃、保温3h进行熔渗，得到钨铜棒材；
(6)对步骤五得到的钨铜棒材进行磨削，得到大长径比钨铜棒材。
本实施例制得的大长径比钨铜棒材的钨含量为85wt.％，其余为铜，其直径8-10mm，长度在300mm以上，致密度为98％以上。所制钨铜棒晶相组织均匀，没有出现较大的富铜或贫铜区域，且钨颗粒无明显长大(如图3所示)。由表5和表6可知，该大长径比钨铜棒材的硬度分布均匀，且杂质含量低，纯度高。
表5本实施例制得的大长径比钨铜棒材的硬度值
Figure BDA0002280858980000061
表6本实施例制得的大长径比钨铜棒材的成分分析
W Cu Fe Ni Si Mo
余量 14.9 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005
Mg Al Co Ca C(ppm) O(ppm)
＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 ＜0.005 41 20
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种大长径比钨铜棒材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将重量比为6-10∶1的聚乙烯醇和聚乙二醇溶解于蒸馏水中，获得成型剂体系溶液；将钨粉与该成型剂体系溶液以2-5∶1的重量比混合后进行球磨，得到浆料；将该浆料进行喷雾造粒，得到前驱粉末；
(2)将上述前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，于100-150Mpa静压50-65s，得到钨棒坯；
(3)将上述钨棒坯置于脱脂炉内，在保护气氛下，于580-950℃保温1-4h，得到钨棒材；
(4)将上述钨棒材于1200-2100℃保温烧结1-5h，得烧结钨棒材；
(5)将直径为0.5-1.5mm的铜丝以其直径1-2倍的螺距紧密包绕在上述烧结钨棒材之外，再置于底部并排铺满直径为0.5-2.5mm的纯钨细棒的舟皿中，再将该舟皿放入熔渗炉中于1150-1600℃保温熔渗0.5-3h，得到钨铜棒材；
(6)将上述钨铜棒材进行磨削，得到所述大长径比钨铜棒材，其直径为3-10mm，长度为300-500mm。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的成型剂体系溶液的浓度为0.03-0.9g/mL。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)为：将所述前驱粉末装入干袋式冷等静压机的对应成型腔内，于110-150Mpa静压55-65s，得到钨棒坯。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)为：将所述钨棒坯置于脱脂炉内，在保护气氛下，于600-900℃保温1-3h，得到钨棒材。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)为：将所述钨棒材于1300-2000℃保温烧结1-4h，得烧结钨棒材。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，保温熔渗的温度为1200-1500℃，时间为0.5-3h。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氢气或氮气。
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