一种提高CuW合金硬度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高CuW合金硬度的方法，将WS2、钨粉和Cu粉混合后经过粘结处理、晾干、筛粉处理，得到混合粉末；将混合粉末通过冷压模具压制形成毛坯；将铜块放置在毛坯上一并装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结和熔渗，得到CuW合金。本发明专利技术方法提高CuW合金硬度的制备方法，WS2的添加使合金中形成结构良好的W骨架提高了CuW合金的硬度，其硬度最高可达215HB，高出国标23％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金法制备CuW合金领域，具体涉及一种提高CuW合金硬度的方法。
技术介绍
CuW合金是一种由具有良好导电性、导热性的Cu和具有高强度、熔点高、高密度和低膨胀系数的W组成的性能优良的复合材料。因为体心立方结构的W和面心立方结构的Cu既不相互固溶也不能形成金属间化合物，故这类复合材料通常被称为假合金。CuW假合金兼具了Cu和W两者的优点，目前，已经广泛应用于电力、电子、机械、冶金、航空航天和军工等诸多领域。在众多的复合材料中，CuW系触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而作为触头材料得到广泛的应用。CuW触头已有几十年的研究历史，普遍应用在空气或其他介质中，之后由于真空开关电器具有体积小、无污染、性能好和使用寿命长等优点，真空开关电器得到迅猛的发展，成为中高压电网的主导开关电器。商业CuW合金还不能满足高等级输电断路器、隔离开关等电气中关键材料性能要求，特别是在频繁开断的情况下，因此，提高其性能和寿命是科研人员必须解决的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高CuW合金硬度的方法，该方法使合金中形成结构良好的W骨架提高CuW合金的硬度。本专利技术所采用的技术方案是，一种提高CuW合金硬度的方法，具体包括以下步骤：步骤1，将WS2、钨粉和Cu粉混合后经过粘结处理、晾干、筛粉处理，得到混合粉末；步骤2，将步骤1得到的混合粉末通过冷压模具压制形成毛坯；步骤3，将铜块放置在步骤2形成的毛坯上一并装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结和熔渗，得到CuW合金。本专利技术的特点还在于，步骤1中钨粉、铜粉和WS2的质量比为1000：50～80：3～12。步骤1中将WS2、钨粉和Cu粉装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h。步骤2中压制的压力为350～700KN，保压时间为30～50s。步骤3中烧结的温度为900～1000℃，时间为2h。步骤3中熔渗的温度为1300～1400℃，时间为2h。本专利技术的有益效果是，本专利技术提高CuW合金硬度的方法，WS2的添加使合金中形成结构良好的W骨架提高了CuW合金的硬度，其硬度最高可达215HB，高出国标23％。本专利技术提高CuW合金硬度的方法，此种方案下制备的CuW合金的硬度得到提高，电导率有所降低，但电导率仍满足最低国家标准，所添加的WS2具有润滑性，合金的磨损率相对较小。耐电压强度提高且截流值降低，有利于提高CuW合金作为高压开关的使用寿命。附图说明图1是未添加润滑相WS2的CuW合金组织图；图2是实施例2中添加了润滑相WS2的CuW合金组织图；图3是添加不同量WS2的CuW合金硬度曲线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提高CuW合金硬度的方法，将WS2、W粉和诱导Cu粉机械混合后经过预压制形成毛坯，毛坯和铜块装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结和熔渗，得到CuW合金。具体步骤为：步骤1，将钨粉、铜粉和WS2按质量比为1000：50～80：3～12混合后装入混料机中装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h；步骤2，将步骤1机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉(200目筛网)处理；步骤3，将步骤2过筛后的粉末通过冷压模具压制，压制压力350～700KN，保压30～50s形成毛坯，压制过程中通过垫片控制毛坯高度以预留定量的空隙进行渗铜；步骤4，将铜块放置在步骤3预压制形成的毛坯上一并装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下在900～1000℃烧结2h，然后在1300～1400℃下熔渗2h，得到CuW合金。由于WS2热稳定性好，在425℃以下可长期润滑，而真空中分解温度可达1150℃，且其抗压强度达21Mpa，硬度高，添加在合金中能够提高合金的硬度。WS2化学性质稳定，在1500℃以下不与Cu和W发生反应。不仅适用于通常润滑条件，而且可以用于许多苛刻的工作环境中，能够满足CuW合金在制备过程中以及实际应用中的各种苛刻的条件。WS2其晶体结构呈现层片状，具有一定程度的定向排列，这种结构降低了它的摩擦系数，所以添加WS2的合金也具有相对较低的摩擦系数。本专利技术提高CuW合金硬度的方法，WS2的添加使合金中形成结构良好的W骨架提高了CuW合金的硬度，其硬度最高可达215HB，高出国标23％。用这种方案制备的CuW合金不仅其润滑性得到了改善，同时还保持有良好的电击穿性能，其耐电压强度在3～4×107范围内浮动，而且随着WS2添加量的增加CuW合金的截流值越来越低，该方法操作简单，强化效果显著，绿色环保。实施例1将亚微米级钨粉、铜粉和WS2按质量比为1000：50：3混合后装入混料机中装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力350KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，将铜块放置毛坯上然后在氢气保护气氛下900℃烧结2h、1320℃熔渗2h，所得CuW合金的硬度为198HB，电导率27MS/m，耐电压强度为3.40×107V/M。实施例2将亚微米级钨粉、铜粉和WS2按质量比为1000：60：6混合后装入混料机中装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力400KN，保压35秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，将铜块放置毛坯上然后在氢气保护气氛下940℃烧结2h、1350℃熔渗2h，所得CuW合金的硬度为218HB，电导率25MS/m，耐电压强度为3.20×107V/M。图1是不含润滑相WS2的CuW合金组织，其中有球型W50颗粒与生产W颗粒两种W粉；图2是本实施例下的添加有润滑相WS2的CuW合金组织，球形W50颗粒之间和球形W50颗粒与生产W颗粒之间的烧结颈变得更好，这有利于硬度的提高，且球形W50周围被许多更小粒度的生产W颗粒包裹，形成了理想的微米级球型粉体周围被亚微米级球型粉体包裹着的微观结构，并还有润滑相WS2颗粒的加入，这都有利于摩擦性能和寿命的提高；图3是本实施例添加比下与其它添加比下的添加有润滑相WS2的CuW合金的硬度曲线，从图3中可以看到硬度随着WS2含量的增加先升高后降低，本实施例下的CuW合金的硬度为218HB。实施例3将亚微米级钨粉、铜粉和WS2按质量比为1000：70：9混合后装入混料机中装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力500KN，保压40秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，将铜块放置毛坯上然后在氢气保护气氛下960℃烧结2h、1300℃熔渗2h，所得CuW合金的硬度为190HB，电导率23.5MS/m，耐电压强度为3.0×107V/M。实施例4将亚微米级钨粉、铜粉和WS2按质量比为1000：80：12混合后装入混料机中装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高CuW合金硬度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，将WS2、钨粉和Cu粉混合后经过粘结处理、晾干、筛粉处理，得到混合粉末；步骤2，将步骤1得到的混合粉末通过冷压模具压制形成毛坯；步骤3，将铜块放置在步骤2形成的毛坯上一并装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结和熔渗，得到CuW合金。

【技术特征摘要】
1.一种提高CuW合金硬度的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1，将WS2、钨粉和Cu粉混合后经过粘结处理、晾干、筛粉处理，得到混合粉末；步骤2，将步骤1得到的混合粉末通过冷压模具压制形成毛坯；步骤3，将铜块放置在步骤2形成的毛坯上一并装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结和熔渗，得到CuW合金。2.根据权利要求1所述的提高CuW合金硬度的方法，其特征在于，步骤1中钨粉、铜粉和WS2的质量比为1000：50～80：3～12。3.根据权利要求1或2所述的提高CuW合金硬度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹军涛，赵聪，梁淑华，肖鹏，杨晓红，姜伊辉，卓龙超，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61