一种高铜含量钨铜合金的制备工艺

本发明属于合金材料制备，具体是一种高铜含量钨铜合金的制备工艺。

背景技术：

1、金属铜具有优良的导电导热性能、高的延展性和良好的加工性能，但是铜的熔点及硬度低，在较高温度时发生软化变形使应用受到限制。钨铜合金则结合了钨、铜二者的优点，如钨的高熔点、高强度、高耐磨和铜的高延展性、高导热导电性等。随着科技的飞速发展，钨铜合金的应用越加广泛，对钨铜合金的组织和性能也提出了更高的要求，如超高压输电网要求电触头材料具有更高的力学性能，高压开关电触头要求材料具有高的耐磨性能。由于钨铜合金不固溶，烧结过程中难致密，导致合金性能下降。

2、目前，产业化钨铜合金的制备工艺有：熔渗法、高温液相烧结法和活化液相烧结。熔渗法及高温液相烧结过程中，烧结温度均高于铜的熔点，主要依靠液态铜的流渗填充颗粒间隙实现材料的致密化。上述工艺烧结温度高于铜的熔点，不适应于以铜为基体的高铜含量钨铜合金的制备。活化烧结是通过添加活化元素co、ni等改善钨铜界面，提高烧结致密度，但会导致材料的导电、导热性能下降。针对以铜为基体的高铜含量钨铜合金，如何在保持较高导电率和致密度的前提下，大幅度提高合金的力学性能和抗变形能力是当今亟待解决的问题之一。

技术实现思路

1、为克服现有技术的问题，本发明提供一种高铜含量钨铜合金的制备工艺，本发明借助水油两相构建“纳米反应器”，钨盐、铜盐在油浴条件下在水油两相中反应，经后续煅烧和氢气还原得到粒径可控的钨铜复合粉体，随后采用冷压-热等静压工艺，控制合理的工艺参数，制备出了细晶、高致密度、组织均匀的高铜含量钨铜合金，该高铜含量钨铜合金组织均匀致密，钨颗粒均匀分布在铜基体中，其致密度可达98.6％以上，合金组织均匀、晶粒细小(小于2μm)，可满足触头材料、高压开关等的应用，具有十分广阔的应用前景和推广价值。

2、本发明具体是通过以下技术方案来实现的，依据本发明提出的一种高铜含量钨铜合金的制备工艺，其包括以下步骤：

3、1)将阴离子表面活性剂分散到正壬醇中作为溶液ⅰ，配制可溶性钨盐水溶液作为溶液ⅱ，配制可溶性铜盐水溶液作为溶液ⅲ，将溶液ⅱ逐滴加入到溶液ⅰ中，搅拌均匀，得到混合液s1(即为钨离子和所在的水介质被有机相及表面活性剂所包覆形成“纳米反应器”)，随后将溶液ⅲ加入到混合液s1中，搅拌均匀，得到混合液s2；

4、较佳地，溶液ⅰ中阴离子表面活性剂的浓度为0.5～2mol/l；溶液ⅱ中钨盐的浓度为0.01～2mol/l；溶液ⅲ中铜盐的浓度为0.5～2.0mol/l；且铜钨质量比为(60～99):(1～40)；

5、2)将乙醇胺溶液逐滴加入到混合液s2中，搅拌均匀，控制混合体系的ph值为5～6.4，然后进行油浴加热搅拌反应，将反应得到的前驱体过滤，滤出物先用蒸馏水洗至中性，然后用乙醇洗涤2～3次，干燥后得到前驱体；

6、3)将步骤2)得到的前驱体在空气中煅烧，煅烧升温速率为10～20℃/min，煅烧温度为500～650℃，煅烧时间为1～5h；然后在氢气气氛下还原得到粒径可控的钨铜复合粉体；其中，可以通过控制还原过程中氢气流量，铺粉厚度，还原时间和温度等可以调控钨铜复合粉体的粒径；

7、4)将钨铜复合粉体装入橡胶模具，进行冷等静压处理，制成生坯料；

8、5)将得到的生坯料包套抽真空，抽真空后的包套生坯放入热等静压设备中进行热等静压处理，热等静压的温度为850～1000℃，压力为90～150mpa，处理时间为2～6h，去除包套后得到高铜含量钨铜合金。

9、前述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，步骤1)中的阴离子表面活性剂优先选用脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯或烷基醇酰胺或烷基酚磺酸酯；可溶性钨盐优先选用偏钨酸铵、钨酸钠、仲钨酸铵、钨酸钾中的一种或多种；可溶性铜盐优先选用硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、草酸铜中的一种或多种。

10、前述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，步骤1)中正壬醇与溶液ⅲ的体积比优选为1:4。

11、较佳地，步骤2)中乙醇胺溶液的浓度为0.1～1.5mol/l；油浴加热搅拌反应的温度为75～110℃，时间为2～12h，搅拌速率为50～500r/min。

12、较佳地，步骤3)中的还原为两段氢还原，其中，一段氢还原温度为400～550℃，时间为1～3h，氢气流量为10m3/h～20m3/h，铺粉高度≤2/3；二段氢还原温度为750～800℃，时间为1～4h，氢气流量为15m3/h～25m3/h，铺粉高度≤2/3。

13、较佳地，冷等静压处理的压力为110～200mpa，时间为20～60min。

14、较佳地，包套可以采用碳钢类钢包套，抽真空时真空度达到1×10-5pa～1×10-2pa。

15、按照前述方法制备的高铜含量钨铜合金中铜的质量含量为60～99％，钨的质量含量为1～40％，该高铜含量钨铜合金的电导率为70.5～92iacs％，硬度为75～209hv，致密度为98.6～99.5％。

16、本发明还提供一种按照上述方法制备的高铜含量钨铜合金，该高铜含量钨铜合金可用于触头材料、电器开关等领域。

17、本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：

18、(1)本发明借助水油两相构建“纳米反应器”，钨盐、铜盐在油浴条件下在水油两相中反应，经后续煅烧和氢气还原得到粒径可控的钨铜复合粉体，该钨铜复合粉体呈近球形，粒度均匀，粒径为35-50nm。钨铜复合粉体的粒径可以通过控制还原过程中氢气流量，铺粉厚度，还原时间和温度来调控。采用冷压-热等静压工艺，控制合理的工艺参数，制备出了细晶、高致密度、组织均匀的高铜含量钨铜合金，该高铜含量钨铜合金组织均匀致密，钨颗粒均匀分布在铜基体中，钨颗粒尺寸小于2μm，观测不到空洞。其致密度可达98.6％以上，氧含量低于40ppm，合金组织均匀，晶粒细小(小于2μm)，且随着铜含量增加致密度增加，电导率增加，电导率高于70.5％，可以满足触头材料、高压开关等的应用，具有十分广阔的应用前景和推广价值。

19、(2)本发明工艺简单可控，操作性强，不引入杂质，两相成分比例可以精准调控，工艺适用性范围广。还可适用于第二相掺杂钨铜合金、钼铜合金等的制备。

技术特征：

1.一种高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤1)中的阴离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯或烷基醇酰胺或烷基酚磺酸酯；可溶性钨盐选用偏钨酸铵、钨酸钠、仲钨酸铵、钨酸钾中的一种或多种；可溶性铜盐选用硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、草酸铜中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤1)中正壬醇与溶液ⅲ的体积比为1:4。

4.如权利要求1所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤2)中乙醇胺溶液的浓度为0.1～1.5mol/l；油浴加热搅拌反应的温度为75～110℃，时间为2～12h，搅拌速率为50～500r/min。

5.如权利要求1所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤3)中的还原为两段氢还原，其中，一段氢还原温度为400～550℃，时间为1～3h，氢气流量为10m3/h～20m3/h，铺粉高度≤2/3；二段氢还原温度为750～800℃，时间为1～4h，氢气流量为15m3/h～25m3/h，铺粉高度≤2/3。

6.如权利要求1所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于冷等静压处理的压力为110～200mpa，时间为20～60min。

7.如权利要求1～6任一项所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于制备的高铜含量钨铜合金中铜的质量含量为60～99％，钨的质量含量为1～40％。

8.如权利要求1～6任一项所述的高铜含量钨铜合金的制备工艺，其特征在于制备的高铜含量钨铜合金的电导率为70.5～92iacs％，硬度为75～209hv，致密度为98.6～99.5％。

9.如权利要求1～6任一项制备方法所得到的高铜含量钨铜合金。

10.如权利要求1～6任一项制备方法所得到的高铜含量钨铜合金在触头材料、电器开关中的应用。

技术总结本发明涉及一种高铜含量钨铜合金的制备工艺，将阴离子表面活性剂分散到正壬醇中作为溶液Ⅰ，配制钨盐水溶液作为溶液Ⅱ，配制铜盐水溶液作为溶液Ⅲ，将溶液Ⅱ加入溶液Ⅰ中搅拌均匀得到混合液S1，将溶液Ⅲ加入混合液S1中搅拌得到混合液S2；用乙醇胺溶液调控混合液S2pH为5～6.4进行油浴加热搅拌反应，得到的产物过滤、洗涤、干燥后进行煅烧，再进行氢还原，还原后的粉体进行冷等静压压坯，然后包套、热等静压处理，得到高铜含量钨铜合金。本发明工艺简单可控，操作性强，不引入杂质，铜钨两相质量比可以精确调控，工艺适用性范围广，可制备出细晶、高致密度、组织均匀的钨铜合金，合金性能可以满足触头材料、高压开关等的应用。技术研发人员：王喜然,魏世忠,杨璐,吴玉程,苗坤霖,巩飞龙,于华,罗来马受保护的技术使用者：河南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5