一种碳化钨铜复合材料表面覆铜的方法

摘要

本发明公开了一种熔渗烧结碳化钨铜复合材料的表面覆铜的方法，其步骤如下：将不同粒径的碳化钨粉按照一定的重量百分比经喷雾干燥后制粒，模压成形得到骨架压坯；将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成，得到的产品焊接性能优异，经检测相对密度达到99%以上。

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及两相互不相溶合金的制备工艺，具体涉及碳化钨铜复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

碳化钨铜粉末冶金复合材料是由高熔点、高硬度的碳化钨和高导电、高导热率的铜所构成的假合金，因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强度、高硬度等优点，目前被广泛地用作电触头材料，电阻焊、电火花加工和等离子电极材料，电热合金和高密度合金，特殊用途的军工材料(如火箭喷嘴、飞机喉衬)，以及计算机中央处理系统、大规模集成电路的引线框架，固态微波管等电子器件的热沉基片。

碳化钨作为一种重要的工业原料，在表面强化、磨料、刀具等行业中被广泛应用。由于其具有极高的硬度、密度、熔点，在生产和加工过程中的难度较大，通常采用粉末冶金的方法制备碳化钨部件。因此，碳化钨粉末的性能对碳化钨系列产品的性能具有重要影响。

将碳化钨粉或者添加混合有少量铜粉的碳化钨粉制成压坯，并将熔渗金属铜与碳化钨压坯叠置在一起，然后在还原气氛或真空中，在高于铜熔点的温度下烧结。在烧结过程中，依靠毛细管作用，使熔融的铜渗入碳化钨骨架。烧结和熔渗可分开进行，也可合为一个工序，但预先烧结骨架再熔渗的方式可获得较高强度的骨架，使该复合材料更耐电弧烧损，熔渗密度一般为理论密度的98%~99%。

本发明旨在提供一种新的碳化钨铜复合材料表面覆铜的方法，可以得到99%以上的相对密度甚至全致密，以及硬度高，导电性能好的合金。

发明内容

本发明提供了一种有覆铜层的碳化钨铜合金材料的制备方法，可以得到99%以上的相对密度甚至全致密的覆铜层，以及硬度高，导电性能好的合金。

本发明的步骤如下：

（1）混合碳化钨粉：将平均粒径为0.05μｍ，0.2μｍ，1μｍ,3μｍ，8μｍ的碳化钨粉按照重量百分比为1:2:3:3:1的比例混合均匀，将混合好的碳化钨粉和铜混合，再加入一定量的成型剂经喷雾干燥制粒；

（2）碳化钨骨架压制：在模具中压制成形，压制压力150~400MPa，得到具有各种特定形状的碳化钨骨架压坯； 

（3）将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；

（4）将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成。

步骤（1）优选碳化钨粉和成型剂的重量比为10:1；

步骤（1）优选成型剂为聚乙烯醇；

步骤（4）优选其中碳化钨铜粉配比的质量百分含量为碳化钨90~95wt%，铜5~10wt%。

本发明的有益之处在于：

1、在碳化钨铜材料上一次烧结完成覆铜是本发明的优点，采用该方法操作方便，整个制备工艺简单可控制，成本降低；

2、通过熔渗烧结碳化钨铜合金表面附着一定厚度的铜层来提高碳化钨铜合金的焊接性能；

3、石墨模的约束使覆铜层饱满；

4、合金整体可以得到99%以上的相对密度甚至全致密的效果。

附图说明

图1是碳化钨骨架压坯和铜排的叠放结构简单示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种有覆铜层的碳化钨铜合金材料的制备方法，其步骤如下：

（1）混合碳化钨粉：将平均粒径为0.05μｍ，0.2μｍ，1μｍ,3μｍ，8μｍ的碳化钨粉按照重量百分比为1:2:3:3:1的比例混合均匀；

（2）碳化钨骨架压制：将混合好的碳化钨粉和铜混合，其中合金材料的成分百分比为碳化钨90wt%，铜10wt%，再加入一定量的聚乙烯醇经喷雾干燥制粒后，在模具中压制成形，压制压力150~400MPa，得到具有各种特定形状的碳化钨骨架压坯； 

（3）将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；

（4）将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成。

经检测产品的相对密度达到100%。

实施例2：

一种有覆铜层的碳化钨铜合金材料的制备方法，其步骤如下：

（1）混合碳化钨粉：将平均粒径为0.05μｍ，0.2μｍ，1μｍ,3μｍ，8μｍ的碳化钨粉按照重量百分比为1:2:3:3:1的比例混合均匀；

（2）碳化钨骨架压制：将混合好的碳化钨粉和铜混合，其中合金材料的成分百分比为碳化钨96wt%，铜4wt%，，再加入一定量的硬脂酸经喷雾干燥制粒后，在模具中压制成形，压制压力150~400MPa，得到具有各种特定形状的碳化钨骨架压坯； 

（3）将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；

（4）将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成。

经检测产品的相对密度达到99%以上。

实施例3：

一种有覆铜层的碳化钨铜合金材料的制备方法，其步骤如下：

（1）混合碳化钨粉：将平均粒径为0.05μｍ，0.2μｍ，1μｍ,3μｍ，8μｍ的碳化钨粉按照重量百分比为1:2:3:3:1的比例混合均匀；

（2）碳化钨骨架压制：将混合好的碳化钨粉和铜混合，其中合金材料的成分百分比为碳化钨98wt%，铜2wt%，再加入一定量的聚乙烯醇经喷雾干燥制粒后，在模具中压制成形，压制压力150~400MPa，得到具有各种特定形状的钨骨架压坯； 

（3）将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；

（4）将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成。

经检测产品的相对密度达到99%以上。

实施例4：

一种有覆铜层的碳化钨铜合金材料的制备方法，其步骤如下：

（1）混合碳化钨粉：将平均粒径为0.05μｍ，0.2μｍ，1μｍ,3μｍ，8μｍ的碳化钨粉按照重量百分比为1:2:3:3:1的比例混合均匀；

（2）碳化钨骨架压制：将混合好的碳化钨粉和铜混合，其中合金材料的成分百分比为碳化钨92wt%，铜8wt%，再加入一定量的聚乙烯醇经喷雾干燥制粒后，在模具中压制成形，压制压力150~400MPa，得到具有各种特定形状的钨骨架压坯； 

（3）将无氧铜冲压成需求重量的铜排作为烧结熔渗剂；

（4）将骨架压坯和烧结熔渗剂叠放在一起，放在与其外圆配合的石墨模中，在真空炉中升温到1250℃进行烧结，保温时间为1h，烧结得到碳化钨铜合金，并且在合金表面留有0.3~5mm厚度的铜层，烧结与覆铜一次完成。

经检测产品的相对密度达到99%以上。

在碳化钨铜材料上一次烧结完成覆铜使得工艺简单可控制，成本降低；石墨模的约束也使覆铜层更加饱满。本发明的工艺显著优于现有技术，是一种优秀的全新的碳化钨铜复合材料表面覆铜的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。