CN101537440A - 利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于新材料制造技术领域一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法。该方法按以下步骤进行，先按重量百分比分别称取铜粉、钨粉、镍粉，再另外称取乙醇，并将四种配料共同机械混合；再另外称取丁钠橡胶－溶剂汽油溶液，添加到前步所得的混合料中，混合均匀后过筛；石墨模压成型坯料；烧结、热旋锻获得一定直径、任意长度的丝材。本发明的有益效果是工艺简单，操作方便，制作成本低，同时还具有产品的性能稳定、质量高、成品率高的优点，解决了现有技术制备细长类钨铜材料工艺复杂，制作成本高的问题。广泛用于电极、LED灯、等离子体的材料加工。
Description
技术领域
本发明属于新材料制造技术领域，具体涉及用于电极、LED灯、等离子体的一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法。
背景技术
钨铜合金因良好的导电、导热及抗电弧腐蚀的性能被广泛用做电极材料、电子封装和电触头材料，在用作电极时，常常要求直径在3mm左右，长度越长越好，现有技术中，钨铜合金丝材的制备一般是采用冷等静压设备模压压制成数倍于要求的棒材，然后烧结成型再进行机械加工，最后获得所需要的合金丝材。目前由于钨铜合金是一种假合金，再加上钨的高硬度、高熔点，使其难以采用同致密材料一样拉拔或锻造加工成丝材或线材，机械加工虽然可以，但工艺复杂，制作成本太高，工业上难以承担。
针对线材的几种常用加工方法，如拉伸、辊拉、轧制等，它们在加工中的应力特点。拉伸、辊拉为二向压应力、一向拉应力，对塑性较好的金属线材有利，而对低塑性有色金属材料不利，后者加工时易出现拉裂或拉断现象，造成生产中断甚至无法加工；轧制法应力为三向压应力，对塑性较好或低塑性金属线材都有利，但型辊加工昂贵，轧机维护费用高。采用旋锻时所受的应力状态为三向压应力，三向压应力可提高材料塑性，而拉应力则使塑性降低，而且旋锻加工在工艺上兼有多向锻打和脉冲锻打的特点，每次锤击的加工量比较小，加工坯料每次都受到均匀分布在周向上的压缩变形，从而消除加工坯料内部的气孔、空洞等缺陷，破碎粗大的晶粒，改变材料的组织结构。而这不仅避免了材料的大量浪费，在降低钨铜合金直径的同时，大大的提高钨铜合金的致密度和强度，同时通过消除钨铜合金中的孔隙而提高其电导率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法，解决了现有技术制备细长类钨铜材料工艺复杂，制作成本高的问题。
一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法，其特征在于，该方法按以下
步骤进行：
步骤1.配料，先称取10～50wt％的铜粉和50～90wt％的钨粉，铜粉的粒径为200～250目，钨粉的粒径为6～8μm，再添加占材料总重量的0.05～0.15wt％的镍粉和0.5～1.5wt％的乙醇做添加剂，共同机械混合6～20小时；
步骤2.压制，将步骤1的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔，模腔直径为10mm的高纯度、高强度、高密度的“三高”石墨模具中，同时给予一定的冲击压制压力；
步骤3.熔渗烧结，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在氢气或氦气的保护气氛烧结炉内，气体流量为2L/h，控制温度1350℃～1400℃，保温2～2.5小时烧结成型，同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限；
步骤4.热旋锻，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上靠锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击，施加压应力的滚子随主传动轴围绕锤头转动，旋锻时主传动轴每转动一周，每个锤头被4个滚子分别锻击一次，从而将动力由锤头传至锻模，直到作用在坯料上，完成对加工材料的数次锤击。由于主传动轴高速旋转，每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，每次锤击的加工量比较小，加工坯料每次都受到均匀分布在周向上的压缩变形，从而消除加工坯料内部的气孔、空洞缺陷，破碎粗大的晶粒，改变材料的组织结构。在加工工艺过程中，对加工坯料选择进行一次或者多次退火处理，温度800℃～900℃，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
步骤5.无心磨削加工，将旋锻得到的WCu合金丝材坯料在无心磨削设备上进行磨削加工，以保证尺寸和表面质量要求。
所述保护气为氢气或氦气，气体流量为2L/h
本发明的优异效果是采用该方法，操作方便，整个制备工艺简单，制作成本降低，同时还具有较多优势：(1)丝材加工变形量大，旋锻工艺的变形程度远大于拉伸和辊模拉拔；(2)丝材变形均匀，材料内部处于3个方向压应力状态，周向均匀压缩，不会因变形不均匀导致材料形成裂口和裂纹，且丝材也较少发生扭曲；(3)所需变形力小，工具、模具寿命高；(4)设备所需的驱动力较小，采用小功率的电机作为动力源，运转成本低。
具体实施方式
本发明提供一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法，解决了现有技术制备细长类钨铜材料工艺复杂，制作成本高的问题。下面举例说明。
实施例1
制取直径为3毫米，长度300毫米，重量百分数分别为70和30的钨铜合金W70Cu30的丝材。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为6μm的钨粉和镍粉以及添加的乙醇按下述重量比配制铜、钨和镍粉，并将四种配料共同机械混合6小时，
铜粉20克 钨粉35克
镍粉0.05克 乙醇0.5毫升即1wt％；
步骤2，将步骤1所得的混合料再添加浓度为55wt％的丁钠橡胶-溶剂汽油溶液5毫升，阴半干，混合均匀过80目筛子得到粉粒；
步骤3，将步骤2的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm，长度200mm的“三高”石墨模具中，同时给予10kg的冲击压制压力；
步骤4，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在高温保护气氛(气体流量为2L/h的氢气)烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.5小时进行烧结成型。同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块10克(铜块放置一定要与坯料接触)，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限；
步骤5，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上，开动旋锻设备，靠装在设备上锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，直至达到直径3.3毫米。注意在旋锻时要进行一次或多次退火处理(温度约890℃)，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
最后将烧结好的直径约3.3毫米，长310毫米的细棒在无心外圆磨床上磨削至直径3毫米，表面达到1.6光洁度的丝材即可。
实施例2
制取直径为2毫米，长度为400毫米，重量百分数分别为85和15的钨铜合金W85Cu15的丝材。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为8μm的钨粉和镍粉以及添加的乙醇按下述重量比配制，并将四种配料共同机械混合6小时。
铜粉11.25克 钨粉29.75克 镍粉0.045克 乙醇0.45毫升即1wt％；
步骤2，将步骤1所得的混合料再添加浓度为55wt％丁钠橡胶-溶剂汽油溶液4.5毫升，阴半干，混合均匀过80目筛子得到粉粒；
步骤3，将步骤2的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm，长度200mm的“三高”石墨模具中，同时给予10kg的冲击压制压力；
步骤4，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在高温保护气氛(气体流量为2L/h的氦气)烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.5小时进行烧结成型。同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块9克(铜块放置一定要与坯料接触)，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限；
步骤5，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上，开动旋锻设备，靠装在设备上锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，直至达到直径2.3毫米。注意在旋锻时要进行一次或多次退火处理(温度约900℃)，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
最后将烧结好的直径约2.3毫米，长410毫米的细棒在无心外圆磨床上磨削至直径2毫米，表面达到1.6光洁度的丝材即可。
实施例3
制取直径为3毫米，长度500毫米的钨铜合金W80Cu20的丝材。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为7μm的钨粉和镍粉以及添加的乙醇按下述重量比配制，并将四种配料共同机械混合6小时。
铜粉15克 钨粉40克 镍粉0.05克 乙醇 0.5毫升即1wt％；
步骤2，将步骤1所得的混合料再添加浓度为55wt％丁钠橡胶-溶剂汽油溶液5毫升，阴半干，混合均匀过80目筛子得到粉粒；
步骤3，将步骤2的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm，长度200mm的“三高”石墨模具中，同时给予10kg的冲击压制压力；
步骤4，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在高温保护气氛(气体流量为2L/h的氦气)烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.5小时进行烧结成型。同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块10克(铜块放置一定要与坯料接触)，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限。
步骤5，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上，开动旋锻设备，靠装在设备上锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，直至达到直径3.3毫米。注意在旋锻时要进行一次或多次退火处理(温度约870℃)，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
最后将烧结好的直径约3.3毫米，长510毫米的细棒在无心外圆磨床上磨削至直径3毫米，表面达到1.6光洁度的丝材即可。
实施例4
制取直径为3毫米，长度500毫米的钨铜合金W60Cu40的丝材。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为7μm的钨粉和镍粉以及添加的乙醇按下述重量比配制，并将四种配料共同机械混合6小时。
铜粉40克 钨粉48克 镍粉0.08克 乙醇0.8毫升即1wt％
步骤2，将步骤1所得的混合料再添加浓度为55wt％丁钠橡胶-溶剂汽油溶液8毫升，阴半干，混合均匀过80目筛子得到粉粒；
步骤3，将步骤2的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm，长度200mm的“三高”石墨模具中，同时给予10kg的冲击压制压力；
步骤4，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在高温保护气氛(气体流量为2L/h的氢气)烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.5小时进行烧结成型。同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块16克(铜块放置一定要与坯料接触)，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限。
步骤5，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上，开动旋锻设备，靠装在设备上锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，直至达到直径3.3毫米。注意在旋锻时要进行一次或多次退火处理(温度约850℃)，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
最后将烧结好的直径约3.3毫米，长510毫米的细棒在无心外圆磨床上磨削至直径3毫米，表面达到1.6光洁度的丝材即可。
实施例5
制取直径为3毫米，长度600毫米的钨铜合金为W50Cu50的丝材。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为7μm的钨粉和镍粉以及添加的乙醇按下述重量比配制，并将四种配料共同机械混合6小时。
铜粉48克 钨粉40克 镍粉0.08克 乙醇0.8毫升即1wt％
步骤2，将步骤1所得的混合料再添加浓度为55wt％丁钠橡胶-溶剂汽油溶液8毫升，阴半干，混合均匀过80目筛子得到粉粒；
步骤3，将步骤2的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm，长度200mm的“三高”石墨模具中，同时给予10kg的冲击压制压力；
步骤4，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在高温保护气氛(气体流量为2L/h的氦气)烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.5小时进行烧结成型。同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块16克(铜块放置一定要与坯料接触)，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限。
步骤5，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上，开动旋锻设备，靠装在设备上锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击。每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，直至达到直径3.3毫米。注意在旋锻时要进行一次或多次退火处理(温度约900℃)，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
最后将烧结好的直径约3.3毫米，长610毫米的细棒在无心外圆磨床上磨削至直径3毫米，表面达到1.6光洁度的丝材即可。
下表列出了本发明与其他技术方法制备的直径3毫米、长度300毫米，成份为W80Cu20的合金丝材的有关性能指标比较表。
| 制备方法 | 抗拉强度MPa | 密度g/cm3 | 导电度IACS | 材料利用率 | 长度 |
| 本发明 | ＞600 | ≥15.5 | ≥38％ | ≥95％ | 不受限制 |
| 机械加工 | ＞300 | ≥15.1 | ≥34％ | ≥30％ | 受限制 |
| 其它技术 | ＞350 | ≥15.5 | ≥30％ | ≥85％ | 受限制 |
本发明的方法能够制备各种直径的丝材，长度不限，产品的性能稳定、质量高、成本低，整个制备过程操作简单，成品率高。
Claims (3)
1.一种利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1.配料，先称取10～50wt％的铜粉和50～90wt％的钨粉，铜粉的粒径为200～250目，钨粉的粒径为6～8μm，再添加占材料总重量的0.05～0.15wt％的镍粉和0.5～1.5wt％的乙醇做添加剂，共同机械混合6～20小时；
步骤2.压制，将步骤1的钨铜混合粉以高速流体的方式装入模腔直径为10mm的高纯度、高强度、高密度的“三高”石墨模具中，同时给予一定的冲击压制压力；
步骤3.熔渗烧结，将上述压制好的压坯连同石墨模具，一起放在氢气或氦气的保护气氛烧结炉内，控制温度1350℃～1400℃，保温2～2.5小时进行烧结成型，同时在石墨模具顶端放置装料重量20％的熔渗所用的铜块，周围加粒度100目的高纯氧化铝粉填料捣实，添加量以全部围住石墨模具顶端放置的铜块为限；
步骤4.热旋锻，将烧结好的坯块从石墨模具中取出，在箱式电阻炉里加热到950℃，保温40min，然后放到旋锻机上靠锻模之间产生往复相对运动，对加工材料施加压应力，产生锻击，施加压应力的滚子随主传动轴围绕锤头转动，旋锻时主传动轴每转动一周，每个锤头被4个滚子分别锻击一次，从而将动力由锤头传至锻模，直到作用在坯料上，完成对加工材料的数次锤击。由于主传动轴高速旋转，每个道次的加工量通过数十甚至上百次锻击完成，采用数十副异型锻模锤锻加工坯料，每次锤击的加工量比较小，加工坯料每次都受到均匀分布在周向上的压缩变形，从而消除加工坯料内部的气孔、空洞缺陷，破碎粗大的晶粒，改变材料的组织结构。在加工工艺过程中，对加工坯料选择进行一次或者多次退火处理，温度800～900℃，消除坯料加工过程产生的加工应力，减少加工缺陷，提高成材率；
步骤5.无心磨削加工，将旋锻得到的WCu合金丝材坯料在无心磨削设备上进行磨削加工，以保证尺寸和表面质量要求。
2.根据权利要求1所述利用热旋锻技术制备钨铜合金丝材的方法，其特征在于，所述保护气为氢气或氦气，气体流量为2L/h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述配料中铜含量大于待制备的钨铜合金丝材中的铜含量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090923 |