一种高致密钨铜合金的制备工艺

本发明属于合金材料制备，具体是一种高致密钨铜合金的制备工艺。

背景技术：

1、钨铜合金兼具钨和铜的优点，既具有钨的低膨胀特性，又具有铜的高导电导热特性，其热膨胀系数和导热导电性能可通过调整钨铜元素的比例加以调节。钨铜合金具有高强度、耐高温、耐电弧烧蚀、导电电热性能好等优点，广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

2、目前铜含量低于50％的钨铜合金工业化制备主要采用熔渗法预先烧制钨骨架，采用熔渗铜液，液态铜的流渗填充颗粒间隙实现材料的致密化，合金密度仅为94-95％。同时，合金冷却至室温后，铜会发生较大收缩；铜在烧结体表面溢出使得合金组分发生偏析，钨颗粒发生严重聚集并长大，导致晶粒粗大且不均匀；两相成分比例不能精确控制，导致样品性能的重复性差。铜含量高于50％的钨铜合金，由于钨的含量低，无法烧制连续的钨骨架，不能采用熔渗的方法制备该类合金。目前，针对不同铜含量的钨铜合金缺乏一套通用的制备工艺。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种高致密钨铜合金的制备工艺，采用立体混合-高速破碎-氢还原简流程技术制备出钨铜粉体，采用热等静压-热塑性加工-热处理工艺，无需脱出成型剂，带包套热塑性加工避免了合金氧化，降低了氧含量，搭配合理的工艺参数，制备出了细晶、高致密度、组织均匀的钨铜合金，避免了熔渗法制备钨铜合金造成的成分偏析，颗粒聚集长大导致的晶粒粗大且不均匀的现象，两相成分比例可以精准调控，可以实现全成分范围钨铜合金(不同铜含量钨铜合金)的制备，工艺适用性范围广。

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致密钨铜合金的制备工艺，其包括以下步骤：

3、1)将一定配比铜的氧化物粉体和钨的氧化物粉体在双动力混料机中进行混合物料处理，得到混合粉体；

4、2)将步骤1)得到的混合粉体在高速破碎机中进行粉碎活化处理；

5、3)将步骤2)粉碎后的粉体在氢气气氛下还原得到纳米钨铜复合粉体；所述的还原包括两段式氢还原，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2～6h，氢气流量为15m3/h～25m3/h，铺粉高度≤2/3；

6、4)将步骤3)得到的钨铜复合粉体进行包套、脱气、热等静压处理后，带包套进行热塑性加工，然后退火处理，去除包套后得到高致密钨铜合金。

7、较佳地步骤1)中双动力混料机转速设置为500～800r/min，混料处理时间为4～10h。

8、较佳地，步骤1)中所述的铜的氧化物选用cuo、cu2o中的一种或多种，钨的氧化物选用黄钨(wo3)，蓝钨(wo2.9)，紫钨(wo2.72),褐钨(wo2)中的一种或多种。

9、进一步地，步骤2)中粉碎活化处理的时间为0.5～4min，高速破碎机转速设置为36000r/min。

10、进一步地，步骤4)中所述的包套为碳钢类钢包套，脱气的具体操作包括：室温下用真空泵对包套抽真空，将真空度降到1×10-4pa～1×10-2pa后进行封焊。

11、较佳地，所述热等静压处理的温度为900～1070℃、压力为95～160mpa，时间为2～8h。

12、较佳地，所述的热塑性加工为轧制、挤压或拉拔中的一种或几种工艺的组合；热塑性加工的总道次数为3～10次，每道次变形量25～35％，总变形量≥80％。

13、较佳地，所述的退火处理是在650～900℃下在氢气或氩气气氛下或真空下退火，退火保温时间为0.5～2.0h，真空度小于10-2mpa。

14、按照上述方法制备得到的高致密钨铜合金的致密度达到99.6％以上，杂质氧含量低于40ppm。

15、上述工艺方法适用范围广，还可用于制备钼铜合金，区别在于将步骤1)中钨的氧化物替换为钼的氧化物，钼的氧化物可以选用mo2o3、moo2中的一种或两种。同时，本发明可以在制备的高致密钨铜合金或钼铜合金中进行第二相掺杂，从而制备掺杂相的钨铜合金或钼铜合金。所述的第二相可以是稀土氧化物如氧化镧、氧化钇、氧化铈等中的一种或多种，也可以是氧化物如氧化铝、氧化锆、氧化钛等中的一种或多种；也可以是碳化物如tic、nbc和vc等中的一种或多种。

16、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：

17、(1)本发明采用立体混合-高速破碎-氢还原简流程技术制备出钨铜粉体，立体混合保证了钨源和铜源的均匀混合，高速破碎提高了粉体的活性和分散性，通过还原工艺调控钨铜粉体的粒度和形貌。采用热等静压-热塑性加工-热处理工艺，无需脱出成型剂，带包套热塑性加工避免了合金的氧化，降低了氧含量，搭配合理的工艺参数，可制备出细晶、高致密度、组织均匀的钨铜合金，其致密度可达99.6％以上，氧含量低于40ppm、合金组织均匀、晶粒细小(小于1μm)，性能高于公开报道的同成分合金，具有十分广阔的应用前景和推广价值。

18、(2)本发明工艺简单可控，操作性强，易产业化，避免了熔渗法制备钨铜合金造成的成分偏析，颗粒聚集长大导致的晶粒粗大且不均匀的现象，两相成分比例可以精准调控，可以实现全成分范围钨铜合金(不同铜含量钨铜合金)的制备，工艺适用性范围广。本发明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：

1.一种高致密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所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤1)中双动力混料机转速设置为500～800r/min，混料处理时间为4～10h。

3.如权利要求1所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤1)中所述的铜的氧化物选用cuo、cu2o中的一种或多种，钨的氧化物选用黄钨(wo3)，蓝钨(wo2.9)，紫钨(wo2.72),褐钨(wo2)中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤2)中粉碎活化处理的时间为0.5～4min，高速破碎机转速设置为36000r/min。

5.如权利要求1所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于步骤4)中所述的包套为碳钢类钢包套，脱气的具体操作包括：室温下用真空泵对包套抽真空，将真空度降到1×10-4pa～1×10-2pa后进行封焊。

6.如权利要求1或5所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于所述热等静压处理的温度为900～1070℃、压力为95～160mpa，时间为2.5～7h。

7.如权利要求1或5所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于所述的热塑性加工为轧制、挤压或拉拔中的一种或几种工艺的组合；热塑性加工的总道次数为3～10次，每道次变形量25～35％，总变形量≥80％。

8.如权利要求1或5所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于所述的退火处理是在650～900℃下在氢气或氩气气氛下或真空下退火，退火保温时间为0.5～2.0h，真空度小于10-2mpa。

9.如权利要求1所述的高致密钨铜合金的制备工艺，其特征在于所制备的高致密钨铜合金的致密度达到99.6％以上，杂质氧含量低于40ppm。

技术总结本发明涉及一种高致密钨铜合金的制备工艺，将一定配比铜的氧化物粉体和钨的氧化物粉体在双动力混料机中进行混料处理，将混合粉体在高速破碎机中粉碎活化处理，然后在氢气气氛下还原得到纳米钨铜复合粉体；将纳米钨铜复合粉体进行包套、脱气、热等静压处理后进行热塑性加工，然后退火处理，得到高致密钨铜合金。本发明工艺简单可控，操作性强，易产业化，避免了熔渗法制备钨铜合金造成的成分偏析，颗粒聚集长大导致的晶粒粗大不均匀的现象，两相成分比例可以精准调控，可以实现钨含量从5％‑95％的钨铜合金的制备。所制备的钨铜合金致密度达99.6％以上，氧含量低于40ppm，合金组织均匀、晶粒细小，具有广阔的应用前景和推广价值。技术研发人员：王喜然,魏世忠,司岸恒,韩东,杨璐,于华,巩飞龙,刘大波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