专利名称：基于松装熔渗法制备钨铜合金的方法
技术领域：
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种基于松装熔渗法制备钨铜合金的方 法。
背景技术：
钨铜复合材料是由钨与铜所组成的既不互溶又不形成金属间化合物的两相单体 均勻混合的组织，一般称为钨铜假合金(pseudo-alloy)。正是这种组合，使得钨铜复合材料 成为既具有钨的耐高温、高强度、高密度，又具有铜的高强度、高密度、高导热性等特点，使 其广泛应用于航天、电子、机械、电器等各个领域。然而，随着现代化工业的高速发展，某些 场合对较大尺寸钨铜合金、细长杆件钨铜合金或异型钨铜合金有需求，现有技术制备这些 钨铜合金需要钢制模具和专用的压制或成型设备，成本高而且工艺复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于松装熔渗法制备钨铜合金的方法，解决了现有技术 中对于制备钨铜合金的尺寸、形状要求较高，需要钢制模具和专用的压制或成型设备的问题。本发明所采用的技术方案是，一种基于松装熔渗法制备钨铜合金的方法，该方法 按以下步骤具体实施
步骤1、分别取钨粉、铜粉、镍粉颗粒原料，其中的钨粉粒径按所要制备钨铜合金的比例 选择；
步骤2、混料
按所制钨铜合金的质量百分比计算出钨和铜的质量，质量数以克为单位，并依照步骤1 选择的粒径称取钨粉，
按钨和铜总质量的0. 05%-0. 15%称取镍粉， 按钨和铜总质量的5%称取铜粉作为预加铜粉，
另计算出钨和铜总质量5%-15%的数值，以该相同数值、以毫升为单位称取乙醇， 将本步骤所称的钨粉、镍粉、预加铜粉和乙醇，共同机械混合6-20小时，得到混合粉
末；
步骤3、装模
将步骤2得到的混合粉末装入石墨模具中，以立方厘米为单位计算出石墨模具的容 积，计算出该容积1%的数值，以该相同数值、以毫升为单位称取汽油，将称取的汽油加入石 墨模具中，捣实后得到坯料； 步骤4、熔渗烧结
将步骤3装好坯料的石墨模具放入氢气或氦气高温保护气氛或真空烧结炉内， 同时在石墨模具上端设置铜料，该铜料质量为步骤2计算的铜含量的120%，控制温度 13000C -1400°C，保温2-2. 5小时进行熔渗烧结；步骤5、脱模将步骤4烧结好的坯料从石墨模具中取出，即成。本发明的有益效果是，有效解决了制备较大尺寸钨铜合金、细长杆件钨铜合金或 异型钨铜合金的难题，所制备钨铜合金的尺寸、形状可以任意要求，不需要钢制模具和专用 的压制或成型设备，具有快速高效、方便经济、无切屑或少切屑的特点。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明的松装熔渗法制备钨铜复合材料的方法，按以下步骤实施 步骤1.分别取钨粉、铜粉、镍粉颗粒原料
钨粉粒径按表1所要制备钨铜合金的比例选择，钨铜合金中的钨含量偏高时选择粒径 小的钨粉、钨含量偏低时选择粒径大的钨粉，钨铜合金选用特殊比例时需要将大小不同粒 径的钨粉进行混合搭配，铜粉粒径为48-58微米，镍粉粒径为58-75微米。表1是选择合适的钨粉粒径的对照表
步骤2.混料
按所制钨铜合金的质量百分比计算出钨和铜的质量，质量数以克为单位，并依照步骤1 选择的粒径称取钨粉，
按钨和铜总质量的0. 05%-0. 15%称取镍粉， 再按钨和铜总质量的5%称取铜粉作为预加铜粉，
另按钨和铜总质量5%-15%的数值，以该相同数值、以毫升为单位称取乙醇， 将本步骤所称的钨粉、镍粉、乙醇和预加铜粉，共同机械混合6-20小时，得到混合粉
末；
步骤3.装模
将步骤2得到的混合粉末装入“高强度、高密度、高导热性”的石墨模具中，然后，以立 方厘米为单位计算出石墨模具的容积，再计算出该容积1%的数值，以该相同数值、以毫升 为单位称取溶剂汽油，将称取的溶剂汽油加入石墨模具中，以0. 5-240MPa的压强将其捣 实，得到坯料。步骤4.熔渗烧结
将步骤3装好坯料的石墨模具放入(氢气或氦气)高温保护气氛或真空烧结炉内，同时 在石墨模具上端设置熔渗用的铜料，该熔渗用的铜料质量为步骤2计算的铜含量的120%， 控制温度1300°C -1400°C，保温2-2. 5小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模
将步骤4烧结好的坯料从石墨模具中取出，取出时的压强为1.5-750MPa。
在步骤3中，当所要加工的钨铜合金部件为异形件时，石墨模具制成分瓣模，便于 零件的取出；所要加工的钨铜合金部件为规则形状时，如棒状、筒状或方形，石墨模具按外 形轮廓线制成型腔。
4
实施例1
制备尺寸为Φ8X 150mm的W70Cu30 (钨70铜30)合金，本实施例制作的是规则的圆棒状。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是70%，故选择钨粉的平均粒径是6-8微米的近球形粉末， 铜粉粒径为48-55微米，镍粉粒径为58-65微米。步骤2.混料按所制W70CU30钨铜合金的质量百分比计算出钨为74. 9克和铜为 32. 1克，称取步骤1所选择粒径的钨粉74.9克，再称取占钨和铜总质量百分比0. 1%的镍粉 0. 1克，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉5. 35克，另计算出钨和铜总质量10%的数值为 10克，以10为数值、以毫升为单位称取乙醇10毫升，将本步骤所称的钨粉、镍粉、乙醇和预 加铜粉，共同机械混合6小时。步骤3.装模将步骤2的混合粉末80. 26克装入孔径Φ 8 X 200mm “高强度、高密 度、高导热性”的圆筒状石墨模具中，以立方厘米为单位，计算出石墨模具的容积为10cm3， 计算出该容积1%的数值为0. 1，以数值0. 1、以毫升为单位称取汽油0. 1毫升，再以0. 5MPa 的压强将其捣实。步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入高温氢气保护气氛烧结炉 内，同时在模具上端预置铜含量38. 52克(按步骤2得出的铜质量32. 1克的120%计算所 得)，控制温度1400°C，保温2. 0小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯料从石墨模具中使用直径8毫米的钢棒 以约1. 5MPa的压强取出，即得所要求的直径8毫米，长度大于150毫米的钨铜合金。实施例2
制备尺寸为100X 100X5mm的W70Cu30 (钨70铜30)合金，本实施例制作的是规则的矩形。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是70%，故选择钨粉的平均粒径是10-12微米的近球形粉 末，铜粉的粒径选择是50-58微米，镍粉粒径60-75微米。步骤2.混料按所制W70CU30钨铜合金的质量百分比计算出钨为497克和铜为 216克，称取步骤1所选择粒径的钨粉497克，再称取占钨和铜总质量百分比0. 1%的镍粉 0. 71克，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉35. 5克，另计算出钨和铜总质量10%的数值为 71克，以71为数值、以毫升为单位称取乙醇71毫升，将本步骤所称的钨粉、镍粉、乙醇和预 加铜粉，共同机械混合20小时。步骤3.装模将步骤2的混合粉末533. 21克装入100X 100X20mm的矩形“高强 度、高密度、高导热性”的石墨模具中，以立方厘米为单位，计算出石墨模具的容积200cm3， 计算出该容积1%的数值为2，以数值2、以毫升为单位称取汽油2毫升，再以IOOMPa的压强 将其捣实。步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入高温氦气保护气氛烧结炉 内，同时在模具上端预置铜含量255. 6克(按步骤2得出的铜质量216克的120%计算所得)， 控制温度1350°C，保温2. 2小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯块从石墨模具中使用100X100毫米的钢块以约300MPa的压强取出，即获得所要求的底为100X 100毫米，高大于5mm的矩形钨铜合
金 ο实施例3
制备尺寸为外径Φ 200mm，内径Φ 100mm，厚12 mm的W60Cu40 (钨60铜40)合金，本实 施例制作的是规则的圆筒状。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是60%，故选择钨粉的平均粒径是15-55微米的近球形粉 末，铜粉的粒径选择是50-58微米，镍粉粒径60-75微米。步骤2.混料按所制W60CU40钨铜合金的质量百分比计算出钨为2051. 68克和 铜为1367. 78克，称取步骤1所选择粒径的钨粉2051. 68克，再称取占钨和铜总质量百分比 0. 1%的镍粉3. 42克，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉170. 97克，另计算出钨和铜总质 量10%的数值为340克，以340为数值、以毫升为单位称取乙醇340毫升，将本步骤所称的 钨粉、镍粉、乙醇和预加铜粉，共同机械混合10小时。步骤3.装模将步骤2的混合粉末2256. 85克装入内径Φ 200mm，中心棒Φ 100mm， 厚30 mm的“高强度、高密度、高导热性”的石墨模具中，以立方厘米为单位计算出石墨模具 的容积为3400cm3，计算出该容积1%的数值为34，以数值为34、以毫升为单位称取汽油34 毫升，再以235. 5MPa的压强将其捣实。步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入真空烧结炉内，同时在模具 上端预置铜1641. 34克(按步骤2得出的铜质量1367. 78克的120%计算所得)，控制温度 1300°C，保温2. 5小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯块从石墨模具中使用外径Φ200πιπι，内径 Φ IOOmm的钢棒以约706. 5MPa的压强取出，即获得所要求的外径Φ 200mm,内径Φ 100mm,厚 度大于12 mm的圆筒状钨铜合金。实施例4
制备尺寸为150 X 150 X IOmm的W50Cu50 (钨铜50)合金，本实施例制作的是规则的矩形。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是50%，故选择钨粉的平均粒径是60-65微米的近球形粉 末，铜粉的粒径选择是50-55微米，镍粉粒径70-75微米。步骤2.混料按所制W50CU50钨铜合金的质量百分比计算出钨为1371. 6克和 铜为1371. 6克，称取步骤1所选择粒径的钨粉1371. 6克，再称取占钨和铜总质量百分比 0. 05%的镍粉1. 37克，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉137. 2克，另计算出钨和铜总质 量5%的数值为137克，以数值为137、以毫升为单位称取乙醇137毫升，将本步骤所称的钨 粉、镍粉、乙醇和预加铜粉，共同机械混合15小时。步骤3.装模将步骤2得到的混合粉末1510. 37克装入150X 150X IOmm的矩形 “高强度、高密度、高导热性”石墨模具中，以立方厘米为单位计算出石墨模具的容积为225 cm3,计算出该容积1%的数值为2. 25，以2. 25为数值、以毫升为单位称取汽油2. 25毫升，再 以IOOMPa的压强将其捣实。步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入高温氦气保护气氛烧结炉内，同时在模具上端预置铜含量1645. 9克(按步骤2得出的铜质量1371. 6克的120%计算 所得)，控制温度1350°C，保温2. 2小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯块从石墨模具中使用150X150毫米的钢 块以约300MPa的压强取出，即获得所要求的底为150X 150毫米，高大于10毫米的矩形钨
铜合金。实施例5
制备尺寸为Φ4Χ300mm的W80Cu20 (钨80铜20)合金，本实施例制作的是规则的细棒状。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是80%，故选择钨粉的平均粒径是0. 05-1微米的近球形粉 末，铜粉粒径为48-55微米，镍粉粒径为60-65微米。步骤2.混料按所制W80CU20钨铜合金的质量百分比计算出钨粉47. 24克和铜 11. 81克，称取步骤1所选择粒径的钨粉47. 24克，再称取占钨和铜总质量百分比0. 15%的 镍粉0. 09克，另计算出钨和铜总质量15%的数值为9克，以9为数值、以毫升为单位称取乙 醇9毫升，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉2. 95克，将本步骤所称的钨粉、镍粉、乙醇和 预加铜粉，混合后共同机械混合8小时。步骤3.装模将步骤2的混合粉末50. 28克装入孔径Φ 4 X 300mm的“高强度、高 密度、高导热性”石墨模具中，以立方厘米为单位计算出石墨模具的容积为4cm3，计算出该 容积1%的数值为0. 04，以0. 04为数值、以毫升为单位称取汽油0. 04毫升，再以0. 5MPa的 压强将其捣实。步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入高温氢气保护气氛烧结炉 内，同时在模具上端预置铜含量14. 12克(按步骤2得出的铜质量11. 81克的120%计算所 得)，控制温度1400°C，保温2. 3小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯块从石墨模具中使用直径4毫米的钢棒 以约2. 5MPa的压强取出，即得所要求的直径4毫米，长度大于300毫米的细棒状钨铜合金。实施例6
制备尺寸为L形状的，体积为1700cm3的W60Cu40 (钨60铜40)合金，本实施例制作的 是不规则的形状，采用分瓣模进行制作。步骤1.选择粉体粒度
由于所制钨铜合金的钨含量是60%，故选择钨粉的平均粒径是35-55微米的近球形粉 末，铜粉的粒径选择是50-55微米，镍粉粒径60-70微米。步骤2.混料按所制W60CU40钨铜合金的质量百分比计算出钨为1025. 84克和 铜为683. 89克，称取步骤1所选择粒径的钨粉1025. 84克，再称取占钨和铜总质量百分比 0. 1%的镍粉1. 7克，按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉85. 49克，另计算出钨和铜总质量 10%的数值为170克，以170为数值、以毫升为单位称取乙醇170毫升，将本步骤所称的钨 粉、镍粉、乙醇和预加铜粉，共同机械混合15小时。步骤3.装模将步骤2的混合粉末1128. 42克装入所制作的不规则分瓣石墨模具 中，以立方厘米为单位计算出石墨模具的容积为1700cm3，计算出该容积1%的数值为17，以 数值为17、以毫升为单位称取汽油17毫升，再以200MPa的压强将其捣实。
步骤4.熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入真空烧结炉内，同时在模 具上端预置铜820. 67克(按步骤2得出的铜质量683. 89克的120%计算所得)，控制温度 1350°C，保温2. 3小时进行熔渗烧结。步骤5.脱模等步骤4烧结完成后，将坯块从石墨模具中使用钢棒以约650MPa的 压强取出，即获得所要求的不规则的L形状钨铜合金。本发明的松装熔渗法制备钨铜复合材料的方法，将一定粒度组成的钨粉、预加铜 粉和添加剂机械混合均勻后，装在所要制备形状的“高强度、高密度、高导热性”的石墨模具 中捣实，最后在高温保护气氛烧结炉或真空炉中，采用熔渗技术制备出满足要求的钨铜复 合材料。本发明方法所制备钨铜合金的尺寸、形状、成分可以任意要求，不需要钢制模具和 专用的压制或成型设备，实现快速高效、方便经济、无切屑或少切屑、节约资源的目的。
权利要求
一种基于松装熔渗法制备钨铜合金的方法，其特征在于该方法按以下步骤具体实施步骤1、分别取钨粉、铜粉、镍粉颗粒原料，其中的钨粉粒径按所要制备钨铜合金的比例选择；步骤2、混料按所制钨铜合金的质量百分比计算出钨和铜的质量，质量数以克为单位，并依照步骤1选择的粒径称取钨粉，按钨和铜总质量的0.05% 0.15%称取镍粉，按钨和铜总质量的5%称取铜粉作为预加铜粉，另计算出钨和铜总质量5% 15%的数值，以该相同数值、以毫升为单位称取乙醇，将本步骤所称的钨粉、镍粉、预加铜粉和乙醇，共同机械混合6 20小时，得到混合粉末；步骤3、装模将步骤2得到的混合粉末装入石墨模具中，以立方厘米为单位计算出石墨模具的容积，计算出该容积1%的数值，以该相同数值、以毫升为单位称取汽油，将称取的汽油加入石墨模具中，捣实后得到坯料；步骤4、熔渗烧结将步骤3装好坯料的石墨模具放入氢气或氦气高温保护气氛或真空烧结炉内，同时在石墨模具上端设置铜料，该铜料质量为步骤2计算的铜含量的120%，控制温度1300℃ 1400℃，保温2 2.5小时进行熔渗烧结；步骤5、脱模将步骤4烧结好的坯料从石墨模具中取出，即成。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中钨粉颗粒的选择标准为 钨铜合金成分为W50Cu50时，选取钨粉颗粒粒径为60-75微米；钨铜合金成分为W60Cu40时，选取钨粉颗粒粒径为15-55微米； 钨铜合金成分为W70CU30时，选取钨粉颗粒粒径为6-12微米； 钨铜合金成分为W80Cu20时，选取钨粉颗粒粒径为0. 05-1微米。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中铜粉粒径为48-58微米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1中镍粉粒径为58-75微米。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中捣实的压强为0.5-240Mpa。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤5中从石墨模具中取出的压强为 1. 5-750Mpa。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中的石墨模具为高强度、高密度、 高导热性的模具。全文摘要
本发明公开了一种基于松装熔渗法制备钨铜合金的方法，该方法的具体步骤是步骤1、钨粉、铜粉、镍粉粒径的选择；步骤2、混料按所制钨铜合金的质量百分比计算出钨和铜的质量，并依照步骤1选择的粒径称取钨粉，称取占钨和铜总质量0.05%-0.15%的镍粉，再称取占钨和铜总质量5%-15%的毫升数乙醇，另按钨和铜总质量的5%称取预加铜粉，将本步骤所称的钨粉、镍粉、乙醇和预加铜粉，共同机械混合；步骤3、装模将混合粉末装入石墨模具中，滴入汽油，捣实后得到坯料；步骤4、熔渗烧结在烧结炉内进行熔渗烧结；步骤5、脱模即成。本发明方法所制备钨铜合金的尺寸、形状、成分可以任意要求，不需要钢制模具和专用的压制或成型设备。
文档编号C22C27/04GK101928867SQ20101014215
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者李锐, 陈文革, 陶文俊 申请人:西安理工大学