本发明属于新材料技术范围,特别涉及一种掺杂纳米铁粉的铜钨合金及其制备方法。
背景技术:
铜钨合金是一种粉末冶金工艺制造的钨和铜的假合金,在导电导热性能和高温强度方面,具有优异的综合性能,此外,铜钨合金还具有热膨胀系数小、耐电弧烧蚀性能优良的特点,其金属切削性能良好,便于加工。铜钨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、冶金等行业。比如:电加工的电极、高温模具、电力开关的触头元件等。耐烧蚀性能是铜钨合金的最主要性能。
片状纳米铁粉外观为黑色粉末,在电镜下显示为片状,厚度约20nm,边长约200nm.在铜钨中掺杂铁钴镍元素,可以起到活化烧结的作用,提高钨骨架的强度和熔渗合金的相对密度,从而有效提高铜钨合金的耐电弧烧蚀能力。但是,掺杂铁钴镍有造成铜钨合金电导率下降的风险,通常控制掺杂元素不超过重量比0.5%,由于铜钨是假合金,粉末冶金制造过程中,微量的掺杂元素添加其中,均匀化比较困难。由于纳米态金属的分散性好,掺杂纳米态金属有利于掺杂物弥散分布,更能发挥活化烧结作用。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种掺杂纳米铁粉的铜钨合金及其制备方法,其特征在于,该铜钨合金为掺杂微量纳米铁粉的三元钨铜合金,该铜钨合金为掺杂微量纳米铁粉的三元钨铜合金,掺杂纳米铁粉的钨铜合金配方比例:钨含量60-90wt%,铁含量0.1-0.45wt%,余量为铜;配料时先加入0-15wt%的铜,其余的铜含量在后续的熔渗过程中渗足;其制备方法包括如下步骤:
1)按照上述比例配料,具体包括:
1.1首先按照钨含量60-90wt%和铜含量0-15wt%的比例配料,混合均匀待用;然后将含量0.1-0.45wt%纳米铁粉的各含量分别溶于100ml乙醇中,搅拌均匀,成为溶液A;
1.2按照1:9比例将90ml丙三醇加入810ml乙醇中,80℃水浴加热完全溶解,成为溶液B;
1.3然后将100ml溶液A,加入900ml溶液B中,混合为1000ml溶液C,继续用80℃水浴加热混合均匀;如此,将纳米铁粉即混合于乙醇和丙三醇的溶剂中,丙三醇同时作为合金粉末的粘结剂使用;
1.4将按照“100ml溶液C/公斤铜钨粉”的比例倒入经过均匀混合的铜钨粉末中,搅拌均匀、风干、过40目筛,得到粘结的铜钨粉;
2)骨架烧结
将步骤1.4得到的铜钨粉压制成坯料,放入还原性气氛烧结炉中,按照如下工艺烧结:
2.1以6-8℃/分钟的速度升温至350℃保温0.5h,以排除粘结剂;
2.2以10-13℃/分钟的速度升温至1000℃,保温0.5h,进行预烧结;
2.3以6-10℃/分钟的速度升温至1400℃,保温1h,进行骨架烧结;
2.4随炉冷却,室温取出;
3)熔渗烧结
将略大于熔渗铜含量的铜块,放置在经过骨架烧结的坯块上,以耐热温度超过1600℃的白刚玉覆盖,升温到1400℃进行熔渗烧结,保温时间2H,然后随炉冷却到常温,机加工方式去除多余的铜,即可得到合格的产品。
本发明的有益效果是本发明掺杂纳米态铁粉有利于掺杂物弥散分布,更能发挥活化烧结作用,克服超细粉末具有团聚现象,很难均匀混合到铜钨粉中的不足,提高钨骨架的强度和熔渗合金的相对密度,从而有效提高铜钨合金的耐电弧烧蚀能力。
具体实施方式
本发明提供一种掺杂纳米铁粉的铜钨合金及其制备方法,该铜钨合金为掺杂微量纳米铁粉的三元钨铜合金,掺杂纳米铁粉的钨铜合金配方比例:钨含量60-90%,铁含量0.1-0.45wt%,余量为铜;配料时先加入0-15wt%的铜,其余的铜含量在后续的熔渗过程中渗足;下面以配置1kg铜钨粉为实施例说明如下。
实施例1
1)按照表1比例配料,
表1铜、钨、铁配比
具体步骤包括:
1.1首先按表1中钨含量和铜含量的各比例配料,分别混合均匀待用;然后将含量0.45wt%的纳米铁粉分别溶于100ml乙醇中,搅拌均匀,成为溶液A;
1.2按照1:9比例将90ml丙三醇加入810ml乙醇中,80℃水浴加热完全溶解,成为溶液B;
1.3然后将100ml溶液A,加入900ml溶液B中,混合为1000ml溶液C,继续用80℃水浴加热混合均匀;如此,将纳米铁粉即混合于乙醇和丙三醇的溶剂中,丙三醇同时作为合金粉末的粘结剂使用;
1.4将按照“100ml溶液C/公斤铜钨粉”的比例倒入经过均匀混合的铜钨粉末中,搅拌均匀、风干、过40目筛,得到粘结的铜钨粉;
2)骨架烧结
将步骤1.4得到的铜钨粉压制成坯料,放入还原性气氛烧结炉中,按照如下工艺烧结:
2.1以6-8℃/分钟的速度升温至350℃保温0.5h,以排除粘结剂;
2.2以10-13℃/分钟的速度升温至1000℃,保温0.5h,进行预烧结;
2.3以6-10℃/分钟的速度升温至1400℃,保温1h,进行骨架烧结;
2.4随炉冷却,室温取出;
3)熔渗烧结
将用于熔渗的表1中熔渗铜含量的铜块,放置在经过骨架烧结的坯块上,以耐热温度超过1600℃的白刚玉覆盖,升温到1400℃进行熔渗烧结,保温时间2H,然后随炉冷却到常温,机加工方式去除多余的铜,即可得到合格的产品。
实施例2
工艺过程与实施例1相同,改变纳米铁粉的含量为0.35wt%,熔渗铜含量相应的改变,如表2所示的铜、钨、铁配比;最后以机加工方式去除多余的铜,即可得到合格的产品。
表2铜、钨、铁配比
实施例3
工艺过程与实施例1相同,改变纳米铁粉的含量为0.25wt%,熔渗铜含量相应的改变,如表3所示的铜、钨、铁配比;最后以机加工方式去除多余的铜,即可得到合格的产品。
表3铜、钨、铁配比