CN111230103A - 一种钨铜合金耐磨电极的制备方法 - Google Patents

一种钨铜合金耐磨电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，包括以下步骤：将钨粉与辅料混合，将得到的钨粉混合物压制成型，得到钨成型件；将钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，再进行熔铸烧结，得到钨铜合金耐磨电极。本申请制备的钨铜合金耐磨电极是以金属钨作为骨架，将铜熔渗于钨骨架的孔隙内形成的复合材料，其同时具有钨和铜各自的优点，且具有较高的硬度、抗烧损和导电性。

Description

一种钨铜合金耐磨电极的制备方法
技术领域
本发明涉及钨铜合金材料技术领域，尤其涉及一种钨铜合金耐磨电极的制备方法。
背景技术
电极大多采用石墨制作，石墨电极的主要缺点是耐磨性差，污染周围环境，使用寿命短，更换成本高。钨铜合金电极是一种由高纯度钨粉和纯度高塑性好的高导电性铜粉结合，是通过依次进行静压成型、高温熔铸以及熔融工艺精制而成的复合金属材料。钨铜合金电极作为钨和铜的复合材料，同时具备了铜的热性能以及低膨胀性的优良特点。
鉴于钨铜合金的上述优点，钨铜合金有较广泛的用途，其中一大部分应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械以及体育器材等行业；也可用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件；还可用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。
目前，铜钨合金的制备过程具体为：先将钨粉压制成型，并烧结成具有一定孔隙度的钨骨架，将刚玉粉填埋钨骨架与铜材料之间进行熔渗铜。上述制备方法中的钨骨架由于颗粒之间的孔隙较小，铜原子不能完全填充至空隙之中，造成许多闭孔或空孔，产品性能指标完全不能达标，且采用的是刚玉粉填充，而影响了钨铜合金的纯度。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，本申请提供的钨铜合金耐磨电极的制备方法可充分利用到钨和铜自身的性能，使得钨铜合金耐磨电极具有较高的硬度、抗烧损和导电性。
有鉴于此，本申请提供了一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与辅料混合，将得到的钨粉混合物压制成型，得到钨成型件；
将所述钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，再进行熔铸烧结，得到钨铜合金耐磨电极。
优选的，所述辅料为成型剂和镍粉，所述成型剂为航空汽油、石蜡和丁纳橡胶，所述镍粉为所述辅料的5wt％～8wt％。
优选的，所述辅料为所述钨粉的1.5wt％～5wt％。
优选的，所述熔铸烧结在保护性气氛下进行，所述保护性气氛的流速为12～18L/h。
优选的，所述熔铸烧结的温度为1300～1500℃。
优选的，所述熔铸烧结的温度为1375～1450℃。
优选的，所述熔铸烧结的进舟速度为2.5～6h/舟。
优选的，所述铜材料为废铜屑。
本申请提供了一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，其首先将钨粉与辅料混合，将得到的钨粉混合物压制成型，以得到钨成型件，然后将钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，进行熔铸烧结，得到钨铜合金耐磨电极。本申请在制钨粉的过程中加入了辅料，第三种元素的引入改变了钨的粒度分布以及孔隙度，在渗铜方面铜的饱和度非常高；钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，在熔铸烧结的过程中没有杂质材料的引入，同时保证了钨铜合金的结合面，最终使得到的钨铜合金耐磨电极，可最大程度的发挥钨和铜各自的优点，使钨铜合金耐磨电极具有较高的硬度、抗烧损和导电性。
附图说明
图1为本发明铜钨合金耐磨电极的制备流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
鉴于目前铜钨合金耐磨电极的制备的现状，本申请提供了一种铜钨合金耐磨电极的制备方法，具体制备流程如图1所示，所述钨铜合金耐磨电极的制备方法的流程具体为：制粉-压型-高温熔铸，经过上述步骤且通过引入辅料与石墨模具，使得铜钨合金耐磨电极具有较高的硬度、抗烧损和导电性。具体的，本发明实施例公开了一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与辅料混合，将得到的钨粉混合物压制成型，得到钨成型件；
将所述钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，再进行熔铸烧结，得到钨铜合金耐磨电极。
在上述制备铜钨合金耐磨电极的过程中，本申请首先进行制粉，即将钨粉与辅料混合，得到钨粉混合物；在此过程中，所述辅料具体选自成型剂和镍粉，所述镍粉为所述辅料的5wt％～8wt％，更具体的，所述镍粉为所述辅料的6wt％。在本申请中，所述成型剂具体选自航空汽油、石蜡和丁纳橡胶；所述辅料为所述钨粉的1.5～5wt％，更具体的，所述辅料为所述钨粉的5wt％；所述辅料的加入改变了粒度分布以及钨粉的孔隙度，在渗透方面铜的饱和度非常高。
本申请然后将得到的钨粉混合物压制成型，以得到钨成型件。所述压制成型为本领域技术人员熟知的成型方式，对此本申请没有特别的限制；示例的，所述压制成型可将钨粉混合物采用模具在油压机下压制成型，再进行烘干，得到钨骨架成型件。
按照本发明，然后将所述钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内进行熔铸烧结，即得到钨铜合金耐磨电极。在此过程中，所述石墨模具根据所述钨成型件的形状进行适应性的调整，以使钨成型件、石墨模具与铜材料之间能够紧密接触，以利于后期烧结过程中的渗铜。本发明将钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，不会引入额外杂质，而使得铜和钨充分发挥各自的优点，同时可使铜和钨的结合面牢固可靠。所述铜材料为本领域技术人员常采用的铜材料，对此本申请没有特别的限制；示例的，在具体实施例中，所述铜材料具体选自废铜屑。经过熔铸烧结后，得到的钨铜合金耐磨电极中渗入的铜为所述钨成型件的35～50wt％。
在烧结的过程中，推舟速度的大小对铜钨合金的性能有直接的影响：推舟速度过快，一方面钨颗粒之间的结合不佳，另一方面铜钨颗粒之间的均匀化受到影响，特别对于尺寸较大的烧结件时，推舟速度过快可能会导致烧舟中心和外围的制品结构产生差异；推舟速度过慢，不仅影响生产效率，增加能耗，同时有可能影响烧结制品的晶粒再结晶，使制品的性能下降，本申请中2.5～6小时/舟的推舟速度铜钨合金的性能最佳。
本申请优选在保护性气氛下进行烧结，一是防止或减少环境对烧结制品的有害反应，如氧化、硫化等，从而保证烧结的正常进行，二是，保护性气氛能够排除压坯中的有害杂质(如吸附的气体、表面氧化或内部夹杂等)，压坯经过净化后，可加快烧结速度，改善烧结制品的性能。试验证明，在一定范围内，保护气体的流速越大，对烧结的保护越强，但是，流速过大增加能耗，不利于成本节约。本申请中所述烧结的保护性气氛的流速为12～18L/h，更具体的15L/h的保护气体的流速对炉内效果最佳。
铜钨合金两相的润湿性对高温熔铸致密化过程起主导作用，它在各温区所引起的致密化因素各异，使致密度变化程度不同。研究发现，钨铜在高温液相烧结过程中的动力学特征，与非晶体粘性流动烧结理论相吻合。在1200℃时铜并没有浸入钨颗粒团中，在钨颗粒团和铜中存在很多小孔隙，说明在此温度下高温熔铸铜对钨的浸润性较差；当烧结温度提高到1300℃时铜钨合金两相均匀分布，较少看到钨颗粒团聚现象，说明铜钨合金两相润湿性提高，铜相可以浸入大部分团聚钨颗粒之间，这样有利于孔隙的流动和钨颗粒的重排，进而烧结密度可大幅度提高，尽管钨颗粒被铜相包围，但其仍保持原始颗粒尺寸，且铜相流动性较低，未能充分的填充孔隙；进一步提高烧结温度到1375℃，钨铜两相润湿更为充分，铜相的流动性大为提高，可以填充较小的孔隙，钨颗粒得到进一步重排，密度有所提高；由于铜相的流动性随温度提高而增加，继续提高烧结温度在1450℃温度下烧结时，由于铜对孔隙的充分填充，特别是钨颗粒相互连接紧密，形成固相骨架，从而使铜钨合金在高温烧结阶段密度迅速增加。在本申请中，1375℃～1450℃高温熔铸烧结温度保证了铜钨合金的最佳性能。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钨铜合金耐磨电极的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
钨粉配制：将100kg钨粉、50g丁纳橡胶、2650g石蜡、300g镍粉与2000ml航空汽油在混粉机内加工4h，再干燥4h后进行化学分析检测后投入生产线；
油压机压制钨骨架坯：检测合格后的钨粉进行天枰称重，再用模具在油压机下压制成型，然后进行烘干处理；
石墨模具熔铸烧结：对烘干处理好的钨坯放置在加工好的石墨模具内，再将酸洗干净废铜屑填放在模具内进炉，按1350℃高温、进舟速度2.5h/舟、每炉炉内放六个石墨舟进行烧结，烧结后的钨铜合金中渗入的铜为钨坯的50wt％；
机加工成品：将烧结后的钨铜合金根据外形尺寸不同采用不同机加工设备加工。
将本实施例制备的铜钨合金与石墨电极的性能进行比较，如表1所示，
表1实施例1制备的铜钨合金与石墨电极的性能数据表
组别 抗弯(MPa) 电阻率(μΩ·cm) 密度(g/m<sup>3</sup>) 硬度(HB)
石墨电极 48 11 1.88 50
铜钨电极 700 3.7 12.75 140
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种钨铜合金耐磨电极的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与辅料混合，将得到的钨粉混合物压制成型，得到钨成型件；
将所述钨成型件与铜材料置于石墨模具型腔内，再进行熔铸烧结，得到钨铜合金耐磨电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辅料为成型剂和镍粉，所述成型剂为航空汽油、石蜡和丁纳橡胶，所述镍粉为所述辅料的5wt％～8wt％。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述辅料为所述钨粉的1.5wt％～5wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸烧结在保护性气氛下进行，所述保护性气氛的流速为12～18L/h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸烧结的温度为1300～1500℃。
6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸烧结的温度为1375～1450℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔铸烧结的进舟速度为2.5～6h/舟。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜材料为废铜屑。
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