本發(fā)明屬于合金材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種鎢銅合金及其制備方法。

背景技術(shù)：

鎢銅具有非常好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗電弧燒蝕能力、高溫性能、塑性及其加工工藝性被作為發(fā)汗材料、電接觸材料等，由于該合金與半導(dǎo)體硅材料具有非常相似的熱膨脹系數(shù)而成為廣泛應(yīng)用的熱沉材料、封裝材料，因?yàn)楦呙芏?、高聲速和高塑性被?yīng)用為破甲彈藥型罩材料。

鎢和銅的熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)相差大，兩種金屬元素互不相溶，W和Cu組成的復(fù)合材料是一種典型的假合金。采用粉末冶金方法制備鎢銅合金在燒結(jié)時(shí)易于產(chǎn)生膨脹，難以燒結(jié)致密，最高密度一般僅為理論密度的92％～95％。與普通的粉末冶金方法相比，熔滲法制備鎢銅復(fù)合材料的相對(duì)密度高(密度達(dá)到理論密度98％以上)，力學(xué)性能好，成為鎢銅材料制備的主要技術(shù)方法之一。熔滲法是將W粉壓制成坯塊,在一定溫度下預(yù)燒制備成具有一定密度和強(qiáng)度的多孔W基體骨架,然后將熔點(diǎn)較低的金屬Cu熔化，滲入到W骨架中從而得到較致密的W-Cu合金的方法。

采用傳統(tǒng)的熔滲方法制備的鎢銅合金因鎢基體骨架制備過程中粉末粒度不同引起材料的燒結(jié)活性不同，骨架中形成大量的閉合空隙，再加上兩相的不互溶性，熔滲過程中很容易造成鎢銅兩相的成分偏析，存在相對(duì)較大尺寸的銅富集區(qū)。這種組織不均勻性導(dǎo)致鎢銅合金作為熱沉材料、壓鑄模具材料時(shí)，由于鎢、銅兩相較大的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致熱應(yīng)力變形開裂。藥型罩是靠高速金屬射流來實(shí)現(xiàn)侵徹毀傷目的的戰(zhàn)斗部類型，金屬射流成為炸藥能量的最終承載單元和毀傷功能的載體。而金屬射流是藥型罩材料在炸藥爆轟波作用下，超動(dòng)態(tài)瞬間翻轉(zhuǎn)形成的。如果藥型罩材料組織不均勻，爆轟波作用下，藥型罩材料的變形行為不協(xié)調(diào)一致，造成藥型罩材料翻轉(zhuǎn)過程中不同部位發(fā)生碰撞，大大消耗炸藥的侵徹動(dòng)能、減小射流的長度，從而降低侵徹威力。

為了消除鎢滲銅工藝制備鎢銅材料的組織不均勻性，通常會(huì)在熔滲工藝需要的鎢預(yù)燒結(jié)骨架坯料制備過程中，通過元素粉末混合的方式加入少量的銅粉，作為誘導(dǎo)劑，但是，因?yàn)樵鼗旌系姆绞揭埠茈y達(dá)到細(xì)觀層面的組織均勻性，因此如何通過改善誘導(dǎo)劑的添加方式是提高鎢銅合金組織均勻性的關(guān)鍵因素。

鎢粉化學(xué)鍍銅工藝是提高鎢銅元素混合均勻性的重要技術(shù)途徑，可是由于目前制備鎢銅合金用的鎢粉全部采用氧化還原法生成，粉末粒度分布廣泛，粉末團(tuán)聚現(xiàn)象非常嚴(yán)重，很難保證在化學(xué)鍍銅工藝保證鎢銅兩相的均勻分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：現(xiàn)有方法制備的鎢銅合金中鎢、銅兩相偏析，從而導(dǎo)致組織不均勻的問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為：提供一種組織均勻的鎢銅合金及其制備方法，其制備的鎢銅合金材料組織均勻致密、性能顯著提高。

本發(fā)明鎢銅合金的制備方法，包括以下步驟：

a、鎢粉的等離子球化處理

采用感應(yīng)等離子體粉體球化裝置,對(duì)鎢粉進(jìn)行等離子球化處理,得到球化鎢粉；

b、球化鎢粉化學(xué)鍍銅

將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調(diào)節(jié)pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進(jìn)行化學(xué)鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′-聯(lián)吡啶和甲醇；

c、壓制成型

將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預(yù)壓成型，進(jìn)行等靜壓復(fù)壓處理后,制得坯料；

d、預(yù)燒結(jié)

將步驟c所得的坯料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到滲銅用鎢銅合金坯體；

e、鎢銅熔滲

按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的鎢粉為粒徑8～15μm的鎢粉。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理操作步驟為：將鎢粉送入感應(yīng)等離子區(qū)，使鎢粉顆粒熔化，再冷卻收縮成球形。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理后，球形鎢粉的比例為85～90％。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的感應(yīng)等離子體粉體球化裝置參數(shù)為：

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理后進(jìn)行篩分，篩分采用超聲振動(dòng)篩分機(jī)，篩網(wǎng)為635目篩。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鍍液組成為：每升鍍液中含有10～30g硫酸銅，20～40mL甲醛，8～30mg酒石酸鉀鈉，10～50g 2,2′-聯(lián)吡啶，60～150mL甲醇，余量為水。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉與鍍液的重量比為：按化學(xué)鍍銅混合液中銅含量3～10wt％配比。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉在混合前先采用丙酮溶液配合超聲波清洗5～15min，再用稀氫氟酸進(jìn)行表面粗化5min后，用膠體鈀敏化活化液對(duì)鎢粉進(jìn)行敏化活化3min，真空烘干。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的攪拌速度以鎢粉懸浮在混合液中，與鍍液充分接觸為準(zhǔn)。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟c中所述的成型壓力為160～250MPa，冷等靜壓復(fù)壓的壓力為200～350MPa。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預(yù)燒結(jié)采用氫氣保護(hù)的鉬絲燒結(jié)爐進(jìn)行。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預(yù)燒結(jié)先升溫至750～900℃，保溫30～60min，再升溫至1300℃～1350℃，保溫60～180min，隨爐冷卻。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，所述的升溫速度為5～15℃/min。

其中，上述組織均勻的鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的升溫速度為5～15℃/min。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的熔滲保溫溫度1180℃～1250℃。

本發(fā)明還提供了一種鎢銅合金，由上述方法制備而成。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明通過等離子球化處理，使得鎢粉從多邊形變?yōu)榍蛐?，分散性大大改善，減少了鎢粉團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而保證了化學(xué)鍍銅工藝過程鎢銅的均勻分布，這樣化學(xué)鍍銅過程均勻分布的銅作為誘導(dǎo)劑，又可以保證鎢滲銅工藝中，銅在鎢當(dāng)中的均勻分布，從而使得鎢銅合金材料的組織均勻性得到較大幅度的改善。本發(fā)明制備了一種組織均勻性更好的鎢銅合金，并且制備方法簡單，便于推廣實(shí)施。

本發(fā)明制備的合金材料可以有效防止鎢銅兩相的成分偏析，較大程度改善合金材料的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、抗電弧燒蝕能力、高溫性能、塑性及其加工工藝性等，廣泛應(yīng)用于熱沉材料、封裝材料、破甲彈藥型罩材料。

附圖說明

圖1為實(shí)施例2中所用原料鎢粉SEM形貌；

圖2為實(shí)施例2中等離子球化處理后鎢粉SEM形貌；

圖3為實(shí)施例1中制備得到的鎢銅合金金相組織圖；

圖4為對(duì)比例3中制備得到的鎢銅合金金相組織圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種鎢銅合金的制備方法，包括以下步驟：

a、鎢粉的等離子球化處理

采用感應(yīng)等離子體粉體球化裝置,對(duì)鎢粉進(jìn)行等離子球化處理,得到球化鎢粉；

b、球化鎢粉化學(xué)鍍銅

將步驟a中所得的球化鎢粉與鍍液混合，調(diào)節(jié)pH值為11～14，水浴加熱至40～75℃，攪拌混合液，進(jìn)行化學(xué)鍍銅；所述的鍍液組成包括：硫酸銅、甲醛、酒石酸鉀鈉、2,2′-聯(lián)吡啶和甲醇；

c、壓制成型

將步驟b中鍍銅后的球化鎢粉在模具預(yù)壓成型，進(jìn)行等靜壓復(fù)壓處理后,制得坯料；

d、預(yù)燒結(jié)

將步驟c所得的坯料進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到滲銅用鎢銅合金坯體；

e、鎢銅熔滲

按重量比銅：鎢＝10～30﹕70～90稱取無氧銅板和鎢銅合金坯體，將無氧銅板置于鎢銅合金坯體表面，升溫至1180～1250℃，保溫1～3h,制備得到鎢銅合金。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，為了使鎢粉容易分散均勻，不易團(tuán)聚，步驟a中所述的鎢粉為氧化還原后的，粒徑為8～15μm的鎢粉；所述鎢粉的純度≥99.95％。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理操作步驟為：將鎢粉送入感應(yīng)等離子區(qū)，使鎢粉顆粒熔化，再冷卻收縮成球形。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，為了使制備的鎢銅合金組織更均勻，步驟a中所述的球化處理后，球形鎢粉的比例為85～90％。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的感應(yīng)等離子體粉體球化裝置參數(shù)為：

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟a中所述的球化處理后進(jìn)行篩分，篩分采用超聲振動(dòng)篩分機(jī)，篩網(wǎng)為635目篩。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鍍液組成為：每升鍍液中含有10～30g硫酸銅，20～40mL甲醛，8～30mg酒石酸鉀鈉，10～50g 2,2′-聯(lián)吡啶，60～150mL甲醇，余量為水。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉與鍍液的重量比為：按化學(xué)鍍銅混合液中銅含量3～10wt％配比。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的鎢粉在混合前先采用丙酮溶液配合超聲波清洗5～15min，再用稀氫氟酸進(jìn)行表面粗化5min后，用膠體鈀敏化活化液對(duì)鎢粉進(jìn)行敏化活化3min，真空烘干。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟b中所述的攪拌速度以鎢粉懸浮在混合液中，與鍍液充分接觸為準(zhǔn)。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟c中所述的成型壓力為160～250MPa，冷等靜壓復(fù)壓的壓力為200～350MPa。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預(yù)燒結(jié)和步驟e中所述的鎢銅熔滲都采用干氫氣氖，氣氛露點(diǎn)-55℃以下。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟d中所述的預(yù)燒結(jié)先升溫至750～900℃，保溫30～60min，再升溫至1300～1350℃，保溫60～180min，隨爐冷卻。

進(jìn)一步的，上述鎢銅合金的制備方法中，所述的升溫速度為5～15℃/min。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的升溫速度為5～15℃/min。

其中，上述鎢銅合金的制備方法中，步驟e中所述的熔滲保溫溫度1180℃～1250℃。

本發(fā)明還提供了一種鎢銅合金，由上述方法制備而成。

本發(fā)明主要通過對(duì)鎢粉進(jìn)行等離子球化處理，使得鎢粉表面由不規(guī)則形變成球形，分散性大大改善，減少團(tuán)聚現(xiàn)象，從而保證了化學(xué)鍍銅工藝過程鎢銅的均勻分布，這樣化學(xué)鍍銅過程均勻分布的銅作為誘導(dǎo)劑，又可以保證鎢滲銅工藝中，銅在鎢當(dāng)中的均勻分布，從而使得鎢銅合金材料的組織均勻性得到較大幅度的改善。球化處理后要求球形鎢粉的比例要在85～90％，球形鎢粉比例太小化學(xué)鍍銅效果不好，球形鎢粉在達(dá)到90％比例后很難再等離子球化，生產(chǎn)成本高。

將鎢粉等離子球化處理后，本發(fā)明采用化學(xué)鍍銅的方法先采用部分銅作為誘導(dǎo)劑，使銅粉均勻的分布在鎢粉表面，球化后的鎢粉不會(huì)造成團(tuán)聚，超聲分散效果好，不會(huì)把銅涂鍍?cè)阪u粉團(tuán)聚體上，而是涂鍍到單顆粒鎢粉表面，保證了鎢銅的均勻混合。

本發(fā)明主要通過將鎢粉球化解決了鎢粉的分散性，使化學(xué)鍍銅更容易均勻?qū)崿F(xiàn)，實(shí)現(xiàn)銅包鎢核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉料在細(xì)觀尺度上的均勻分布，化學(xué)鍍工藝中添加的銅是鎢滲銅工藝實(shí)施過程中的銅誘導(dǎo)劑，該部分銅的均勻分布，極大的改善了滲銅后鎢銅合金中鎢銅兩相的均勻分布，防止鎢銅合金鎢銅兩相偏聚，制備的鎢銅合金組織均勻，合金性能大幅提高。

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的解釋說明，但不表示將本發(fā)明的保護(hù)范圍限制在實(shí)施例所述范圍內(nèi)。

實(shí)施例中所述的膠體鈀敏化活化液利用淄博優(yōu)浦貿(mào)易有限公司的YWT—66型膠體鈀敏化活化液；其余各原料為市售產(chǎn)品。

實(shí)施例1 采用本發(fā)明方法制備組織均勻的鎢銅合金

一種鎢銅合金，其組成為：鎢90wt％，銅10wt％,制備工藝如下：

a、鎢粉的等離子球化處理

取純度≥99.95％，平均費(fèi)氏粒度為8微米的鎢粉,采用感應(yīng)等離子體粉體球化裝置進(jìn)行球化處理；

b、離子球化鎢粉化學(xué)鍍銅

采用丙酮溶液配合超聲波清洗步驟a所得的球形鎢粉，并利用稀氫氟酸水溶液對(duì)鎢粉進(jìn)行表面粗化處理，利用膠體鈀敏化活化液對(duì)鎢粉進(jìn)行敏化活化處理；

活化后的鎢粉與鍍液混合，水浴加熱至40℃，攪拌混合液，進(jìn)行化學(xué)鍍銅；所述的鍍液組成包括：每升鍍液中硫酸銅10g、甲醛20ml、酒石酸鉀鈉15mg、2,2′-聯(lián)吡啶20g和甲醇90mL；用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH為12.1～12.3；

將鎢粉與鍍液混合后，于45℃溫度下，控制攪拌速度，使鎢粉懸浮在鍍液中,從而使鎢粉與鍍液充分接觸,實(shí)現(xiàn)鎢粉均勻穩(wěn)定地包覆；

c、壓制成型

將步驟b化學(xué)鍍銅后的鎢粉置于預(yù)定形狀相應(yīng)的模具內(nèi)，并在壓機(jī)上壓制成型，壓機(jī)壓力為180MPa；

將模壓自動(dòng)成型的鎢銅生坯用鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行真空封裝后，在等靜壓機(jī)上等靜壓，等靜壓機(jī)的壓強(qiáng)為260MPa，再將等靜壓處理后的鎢銅生坯從真空鋁塑復(fù)合膜中取出；

d、預(yù)燒結(jié)

將步驟c壓制成型的鎢銅生坯進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，采用干氫氣氛，氣氛露點(diǎn)控制在-55℃以下，燒結(jié)溫度設(shè)定為，第一個(gè)保溫臺(tái)階為800℃，升溫速度5℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，繼續(xù)升溫至1350℃，升溫速度5℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，隨爐冷卻；

e、鎢銅熔滲

按照需要制備的鎢銅成分配比和化學(xué)鍍銅后鎢銅復(fù)合粉末的中的銅含量，確定鎢滲銅工藝中純銅的添加比例，熔滲處理工藝也在露點(diǎn)-55℃以下的干氫氣氛中進(jìn)行，熔滲保溫溫度1300℃，升溫速度5℃/min，保溫一小時(shí)后隨爐降溫。

本實(shí)施例制得的鎢銅合金的物理參數(shù)為：密度16.72g/cm3，電導(dǎo)率為22m/Ωmm²。

實(shí)施例2 采用本發(fā)明方法制備組織均勻的鎢銅合金

一種鎢銅合金，其組成為：鎢70wt％，銅30wt％,制備工藝如下：

a、鎢粉的等離子球化處理

取純度≥99.95％，平均費(fèi)氏粒度為15微米的鎢粉，采用感應(yīng)等離子體粉體球化裝置進(jìn)行球化處理；

b、離子球化鎢粉化學(xué)鍍銅

采用丙酮溶液配合超聲波清洗步驟a所得的球形鎢粉，并利用稀氫氟酸水溶液對(duì)鎢粉進(jìn)行表面粗化處理，利用膠體鈀敏化活化液對(duì)鎢粉進(jìn)行敏化活化處理；

活化后的鎢粉與鍍液混合，水浴加熱至55℃，攪拌混合液，進(jìn)行化學(xué)鍍銅；所述的鍍液組成包括：每升鍍液中硫酸銅10g、甲醛20ml、酒石酸鉀鈉15mg、2,2′-聯(lián)吡啶20g和甲醇90mL；用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的PH為12.6～13.3；

將鎢粉與鍍液混合后，于55℃溫度下，控制攪拌速度，使鎢粉懸浮在鍍液中,從而使鎢粉與鍍液充分接觸,實(shí)現(xiàn)鎢粉均勻穩(wěn)定地包覆；

c、壓制成型

將步驟b處理后的混合料置于預(yù)定形狀相應(yīng)的模具內(nèi)，并在壓機(jī)上壓制成型，壓機(jī)壓力為180MPa；

將模壓自動(dòng)成型的鎢銅生坯用鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行真空封裝后，在等靜壓機(jī)上等靜壓，等靜壓機(jī)的壓強(qiáng)為260MPa，再將等靜壓處理后的鎢銅生坯從真空鋁塑復(fù)合膜中取出；

d、預(yù)燒結(jié)

將步驟c壓制成型的鎢銅生坯進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，采用干氫氣氛，氣氛露點(diǎn)控制在-55℃以下，燒結(jié)溫度設(shè)定為，第一個(gè)保溫臺(tái)階為900℃，升溫速度15℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，繼續(xù)升溫至1300℃，升溫速度15℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，隨爐冷卻；

e、鎢銅熔滲

按照需要制備的鎢銅成分配比和化學(xué)鍍銅后鎢銅復(fù)合粉末的中的銅含量，確定鎢滲銅工藝中純銅的添加比例，熔滲處理工藝也在露點(diǎn)-55℃以下的干氫氣氛中進(jìn)行，熔滲保溫溫度1200℃，升溫速度15℃/min，保溫一小時(shí)后隨爐降溫。

本實(shí)施例制得的鎢銅合金的物理參數(shù)為：密度14.22g/cm³，電導(dǎo)率為32.1m/Ωmm²。

對(duì)比例3 不采用化學(xué)鍍銅的方法制備鎢銅合金

作為實(shí)施例1的對(duì)比試樣，本實(shí)施例所用原料的成分和實(shí)施例1一致，除不采用步驟b中的化學(xué)鍍銅外，其余步驟同實(shí)施例1。

一種鎢銅合金，其組成為：鎢90wt％，銅10wt％,制備工藝如下：

a、鎢粉的等離子球化處理

取純度≥99.95％，平均費(fèi)氏粒度為8微米的鎢粉，采用感應(yīng)等離子體粉體球化裝置進(jìn)行球化處理；

b、壓制成型

將步驟a處理后的粉末添加1wt％以下比例的活化劑后，混合料置于預(yù)定形狀的模具內(nèi)，并在壓機(jī)上壓制成型，壓機(jī)壓力為180MPa；

將模壓自動(dòng)成型的鎢銅生坯用鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行真空封裝后，在等靜壓機(jī)上等靜壓，等靜壓機(jī)的壓強(qiáng)為260MPa，再將等靜壓處理后的鎢銅生坯從真空鋁塑復(fù)合膜中取出；

c、預(yù)燒結(jié)

將步驟b壓制成型的鎢銅生坯進(jìn)行預(yù)燒結(jié)處理，采用干氫氣氛，氣氛露點(diǎn)控制在-55℃以下，燒結(jié)溫度設(shè)定為，第一個(gè)保溫臺(tái)階為800℃，升溫速度5℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，繼續(xù)升溫至1350℃，升溫速度5℃/min，保溫一個(gè)小時(shí)后，隨爐冷卻；

e、鎢銅熔滲

按照需要制備的鎢銅成分配比和化學(xué)鍍銅后鎢銅復(fù)合粉末的中的銅含量，確定鎢滲銅工藝中純銅的添加比例，熔滲處理工藝也在露點(diǎn)-55℃以下的干氫氣氛中進(jìn)行，熔滲保溫溫度1300℃，升溫速度5℃/min，保溫一小時(shí)后隨爐降溫。

本實(shí)施例制得的鎢銅合金的物理參數(shù)為：密度16.15g/cm3，電導(dǎo)率為17m/Ωmm²。

由實(shí)施例和對(duì)比例可知，采用本發(fā)明的方法先對(duì)鎢粉進(jìn)行等離子球化處理后，再采用銅作為誘導(dǎo)劑進(jìn)行化學(xué)鍍銅，可使制備的鎢銅合金組織更均勻，電導(dǎo)率大幅提高。