一种微波熔渗制备W-Cu合金的方法 【技术领域】
本发明公开了一种制备W-Cu合金的方法。特别是指一种微波熔渗制备W-Cu合金的方法
背景技术：
W-Cu合金是由高熔点、高硬度、低膨胀系数的钨和高塑性、高导电、导热能力的铜组合而成的假合金材料，它具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性、耐高温抗氧化、强度高等优点；目前广泛用作电触头材料、电子封装材料、电阻焊、电火花加工材料、等离子喷涂电极材料、以及军工材料等工业生产中。
熔渗法是工业生产上制备W-Cu合金常用的方法，传统的工艺通常是在电阻炉内采取缓慢的升温速度(约5-10℃/min)和中间温度保温等措施，以避免温度梯度过大而引起合金变形、鼓泡等缺陷，制得的材料相对密度高，综合性能良好，但唯一的缺点是生产工艺周期长且复杂，生产成本高。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种工艺简单、操作方便、烧结周期短、能源消耗低、所制得的W-Cu合金性能优异的微波熔渗制备W-Cu合金的方法。
本发明一种微波熔渗制备W-Cu合金的方法，包括下述工艺步骤：
第一步：将纯度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，和纯度大于99.7％、平均粒度20~50微米的还原Cu粉按W-3Cu的质量百分比配料，球磨混合5～7h；
第二步：将混合干燥好的粉料中添加0.5～1.5％硬脂酸作成形剂，以提高其压制性，按设计成分，取混合粉及纯度＞99.7％，粒度60~90微米的电解铜粉于150~510MPa的压力下分别压制圆柱W骨架及熔渗Cu压坯；
第三步：将压制好的圆柱W骨架、熔渗Cu压坯及辅助加热材料SiC片置于氧化铝纤维保温包套内，然后，放入微波高温炉炉腔内，并用真空泵将炉腔抽至真空度100Pa以内；
第四步：向微波炉炉腔内通入N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以25～35℃/min的升温速度加热至1300～1400℃，保温15～25分钟，关闭微波炉，冷却后即获得理想的合金。
本发明中，所述球磨混合采用行星式球磨机，球磨介质为无水乙醇，转速为100～200rpm，球料比2∶1。
本发明中，所述的辅助加热材料SiC片添加量为100～140g。
本发明中，所述N2、H2混合保护气体中N2、H2气体体积比为：N2∶H2＝(85～95)∶(5～15)。
本发明中，所述熔渗Cu压坯放置在圆柱W骨架上方整体置于氧化铝纤维保温包套内。
本发明中，所述W-3Cu混合粉料中Cu粉为诱导剂。
本发明由于采用上述工艺方法，利用微波以电磁能量为动力、以微波为能量载体、内部生热、体积加热等特征，使烧结过程具有升温速度快、烧结时间短、能源利用率高等特点。研究证明微波烧结能使烧结制品晶粒细小、组织均匀、性能提高；且生产周期短、节约能源；由于微波烧结是体积加热，克服了传统的烧结工艺采用电阻炉缓慢升温和中间温度保温，以避免温度梯度过大而引起合金变形、鼓泡等缺陷；同时，在微波烧结过程中添加适量的SiC做辅助加热材料，既可以促进样品的快速升温，又可以使样品温度更均匀。与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明工艺简单、能量消耗小、成本较低。采用微波熔渗法制备的合金仅需1小时左右即可完成整个烧结过程，炉冷1.5小时即可取出。
2.本发明在微波高温炉中采用较快的升温速度(30℃/min)加热，烧结出的W-Cu合金样品组织更均匀，同时微波烧结具有体积加热、非热效应等基本特征，因此，本发明制备的W-Cu合金相比常规熔渗法在电阻炉中烧结的合金晶粒更细小，显微组织更均匀，性能均有所提高。
综上所述，本发明工艺简单、操作方便、烧结周期短、能源消耗低、所制得的W-Cu合金性能优异，可替代现有熔渗法制备W-Cu合金工艺。
具体实施方式：
实施例1：
第一步：将纯度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，纯度大于99.7％、平均粒度20~50微米的还原Cu粉按W-3Cu的质量百分比配料，采用行星式球磨机在无水乙醇介质中将粉混合7h，转速为200rpm，球料比2∶1。
第二步：将混合干燥好的粉料中添加1.5％硬脂酸作成形剂，以提高其压制性。按W-18Cu成分称取混合粉10.2g及纯度＞99.7％，粒度60~90微米的电解铜粉1.80g，在510MPa压力下分别压制直径为φ18mm的圆柱W骨架及熔渗Cu压坯。
第三步：将压制好的圆柱W骨架、熔渗Cu压坯及140g辅助加热材料SiC片置于氧化铝纤维保温包套内，使熔渗Cu压坯放置在圆柱W骨架上方，然后，放入微波高温炉炉腔内，并用真空泵将炉腔抽至真空度100Pa以内；
第四步：向微波炉炉腔内通入N2、H2气体体积比为：N2∶H2＝85∶15的N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以35℃/min的升温速度加热至1400℃，保温25分钟，关闭微波炉，冷却后即获得理想的合金。
冷却后获得的合金性能参数为：相对密度达97.7％、电导率为31.51％IACS，布氏硬度(HB5)214。
实施例2：
第一步：将纯度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，纯度大于99.7％、平均粒度20~50微米的还原Cu粉按W-3Cu的质量百分比配料，采用行星式球磨机在无水乙醇介质中将粉混合6h，转速为150rpm，球料比2∶1。
第二步：将混合干燥好的粉料中添加1％硬脂酸作成形剂，以提高其压制性。按W-20Cu成分称取混合粉9.78g及纯度＞99.7％，粒度60~90微米的电解铜粉2.02g，在460MPa压力下分别压制直径为φ18mm的圆柱W骨架及熔渗Cu压坯。
第三步：将压制好的圆柱W骨架、熔渗Cu压坯及120g辅助加热材料SiC片置于氧化铝纤维保温包套内，使熔渗Cu压坯放置在圆柱W骨架上方，然后，放入微波高温炉炉腔内，并用真空泵将炉腔抽至真空度100Pa以内；
第四步：向微波炉炉腔内通入N2、H2气体体积比为：N2∶H2＝90∶10的N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以30℃/min的升温速度加热至1350℃，保温20分钟，关闭微波炉，冷却后即获得理想的合金。
冷却后获得的合金性能参数为：相对密度达98.7％、电导率为32.15％IACS，布氏硬度(HB5)217。
实施例3：
第一步：将纯度大于99.9％、平均粒度2~4微米的W粉，纯度大于99.7％、平均粒度20~50微米的还原Cu粉按W-3Cu的质量百分比配料，采用行星式球磨机在无水乙醇介质中将粉混合5h，转速为100rpm，球料比2∶1。
第二步：将混合干燥好地粉料中添加0.5％硬脂酸作成形剂，以提高其压制性。按W-25Cu成分称取混合粉8.82g及纯度＞99.7％，粒度60~90微米的电解铜粉2.5g，在150MPa压力下分别压制，直径为φ18mm的圆柱W骨架及熔渗Cu压坯。
第三步：将压制好的圆柱W骨架、熔渗Cu压坯及100g辅助加热材料SiC片置于氧化铝纤维保温包套内，使熔渗Cu压坯放置在圆柱W骨架上方，然后，放入微波高温炉炉腔内，并用真空泵将炉腔抽至真空度100Pa以内；
第四步：向微波炉炉腔内通入N2、H2气体体积比为：N2∶H2＝95∶5的N2、H2混合保护气体，调节微波高温炉输出功率，以25℃/min的升温速度加热至1300℃，保温15分钟，关闭微波炉，冷却后即获得理想的合金。
冷却后获得的合金性能参数为：相对密度达98.7％、电导率为43.03％IACS，布氏硬度(HB5)196。