钨铜合金的旋锻研究

论文摘要

W-Cu复合材料具有良好的导电性、抗熔焊性和高强度等优点,目前在电工材料、电子、军工、航天等领域有着广泛的应用。但是W与Cu之间互不相溶,采用传统的熔渗法和单一的液相烧结法都难得到高致密度的钨铜复合材料。本文采用机械球磨—冷压制坯—液相烧结—旋转锻造的工艺,制备了致密、组织均匀的90W-Cu复合材料。从中得出如下结论:1.采用双向钢模压制,能压制出符合要求的70W-Cu,80W-Cu合金的钨骨架,但对于90W-Cu合金,高密度的钨骨架,需要较高的压制压力,而较高的压制压力又要求压制模具具有很高的强度,因此,通过模压很难制备符合要求90W-Cu钨骨架。2.对于70W-Cu,80W-Cu,90W-Cu合金,成分配比不同工艺参数将有所不同。烧结温度的提高和烧结时间的延长,有利于钨铜合金密度的提高,但是过高的烧结温度和过长的烧结时间,容易造成大面积的骨架金属的富集或闭孔,不利于后面的熔渗,最终钨铜合金的密度和导电率都不高。熔渗温度过低,不利于铜相在钨骨架中的流动,熔渗温度过高,有容易造成铜相的挥发;熔渗时间过短,铜相不能完全填充钨骨架,熔渗时间过长,容易形成铜池。3.传统熔渗法能够制备完全致密的70W-Cu,80W-Cu烧结坯,但对于高钨含量的钨铜合金,如90W-Cu合金,熔渗法却很难制备完全致密的钨铜烧结坯。本实验生产的90W-Cu烧结坯致密度仅为89.5%,烧结坯中还存在着较多的孔隙。4.通过实验发现旋锻坯料的加热,旋锻加工率的选择,旋锻棒料的退火等工艺参数都对最终材料的密度有重要影响,并列出了在旋锻过程中可能出现的问题及相应的解决方法。5.通过对两种不同的旋锻生产工艺对比发现:先熔渗后旋锻的生产工艺具有更好的显微组织,材料中的孔隙更少,铜相分布更均匀,能更有效的提高材料的致密度。最终90W-Cu合金熔渗后旋锻密度达到16.94g/cm3,接近理论密度。本文还对两种工艺生产的钨铜材料的拉伸强度、延伸率的变化进行了研究,结果表明,旋转锻造对材料强度的增加不仅仅是以牺牲塑性来换取的。分析了材料的断裂机制,其断口形貌说明断裂主要形式是铜相的韧性穿晶断裂和钨相与铜相之间的沿晶断裂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献评述
• 1.1 钨-铜合金的主要应用方面
• 1.1.1 电触头用钨铜材料
• 1.1.2 电火花加工钨铜电极
• 1.1.3 电子封装及热沉材料
• 1.1.4 高温应用的钨铜材料
• 1.2 新型钨铜合金的研究
• 1.2.1 具有梯度结构的钨铜合金
• 1.2.2 具有纳米结构的钨铜合金
• 1.2.3 变形加工的钨铜合金
• 1.3 钨铜合金的主要生产工艺
• 1.3.1 熔浸法
• 1.3.2 高温液相烧结法
• 1.3.3 活化液相烧结法
• 1.3.4 纤维替代粒子法
• 1.3.5 电弧熔炼法
• 1.3.6 固定结构法
• 1.4 致密化过程问题
• 1.4.1 致密化程度与速度
• 1.4.2 均匀性分布和特征结构
• 1.4.3 成分及尺寸控制
• 1.5 致密化方法
• 1.5.1 活化烧结
• 1.5.2 氧化物粉末共还原烧结
• 1.5.3 超细弥散粉末和高能球磨作用
• 1.5.4 烧结后成形加工
• 1.6 本课题的研究背景和研究内容
• 第二章 基本工艺及实验方法
• 2.1 实验目的
• 2.2 实验内容
• 2.3 原料的性质
• 2.4 实验步骤
• 2.5 实验设备
• 2.6 基本分析方法和手段
• 2.6.1 尺寸测量
• 2.6.2 粉末粒度测试
• 2.6.3 密度测量
• 2.6.4 拉伸强度测试
• 2.6.5 扫描电镜
• 2.6.6 金相显微技术
• 2.6.7 电导率测试
• 第三章 钨铜烧结坯的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验
• 3.3 粉末压制的探讨
• 3.3.1 压制压力对压坯致密度的影响
• 3.3.2 加压速度和保压时间对坯料密度的影响
• 3.3.3 加压方式对坯料密度的影响
• 3.4 粉末烧结和熔渗探讨
• 3.4.1 烧结温度与时间
• 3.4.2 熔渗
• 3.5 熔渗90W-Cu烧结坯的讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 钨铜材料的旋锻研究
• 4.1 前言
• 4.2 旋锻工艺介绍
• 4.2.1 旋锻的基本原理
• 4.2.2 旋锻变形应力状态
• 4.2.3 包套制取
• 4.2.4 旋锻工艺流程
• 4.2.5 旋锻坯料加热
• 4.2.6 旋锻加工率的选择
• 4.2.7 旋锻试样退火
• 4.2.8 旋锻制品的常见缺陷产生原因及防止措施
• 4.3 对钨骨架进行旋锻后再熔渗的钨铜材料的研究
• 4.3.1 实验方案
• 4.3.2 性能检测结果
• 4.4 对熔渗后钨铜材料的旋锻研究
• 4.4.1 实验方案
• 4.4.2 性能检测结果
• 4.5 分析与讨论
• 4.5.1 旋锻钨铜材料的微观组织分析
• 4.5.2 旋锻钨铜材料的力学性能分析
• 4.5.3 旋锻钨铜材料的断裂特征分析
• 4.5.4 旋转锻造钨铜合金的电导率研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果