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鎢銅合金材料加工工藝流程
隨著鎢銅合金材料的發(fā)展，為了能夠繼續(xù)充分保持其自身優(yōu)異性能，又解決傳統(tǒng)加工工藝存在的弊端，近年來，許多學(xué)者不斷對(duì)合金材料的加工工藝進(jìn)行了研究，并且研制出多種加工工藝，例如：快速定向凝固技術(shù)、原位反應(yīng)鑄造法、金屬注射成型、功能梯度法、纖維代替粒子法、電弧熔煉法、固定結(jié)構(gòu)法等。 目前，制備鎢銅合金材料的傳統(tǒng)工藝有高溫液相燒結(jié)法、活化液相燒結(jié)法、真空燒結(jié)熔滲法三種。 高溫液相燒結(jié)法 W、Cu熔點(diǎn)差異巨大，因此可用高溫液相燒結(jié)法制備鎢銅合金材料。在銅熔點(diǎn)以上的高溫下，使其呈液相并對(duì)其燒結(jié)使之致密化。此種方法的優(yōu)是生產(chǎn)工序簡單且易于控制。相應(yīng)的，也存在著燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)間長、燒結(jié)性能較差，燒結(jié)密度僅相當(dāng)于理論密度的90%~95%等的劣勢(shì)，有時(shí)甚至不能滿足使用要求。為此，應(yīng)著手提高其密度，具體做法是在液相燒結(jié)之后增加燒結(jié)后處理工序包含復(fù)壓、熱壓、熱鍛等。這樣則增加了工藝的復(fù)雜性，使其應(yīng)用受限。 活化液相燒結(jié)法 高溫液相燒結(jié)法制備的復(fù)合材料致密度不可能達(dá)到接近理論密度的鎢銅合金電觸頭材料，增加了燒結(jié)的后序處理，既會(huì)增加工藝的復(fù)雜程度又會(huì)提高生產(chǎn)的成本。許多科學(xué)研究工作者研究了在制備鎢銅合金材料的過程中，通過加入微量元素以提高燒結(jié)活性的方法。這是基于純鎢的活化固態(tài)燒結(jié)理論而提出的，相比于高溫液相燒結(jié)，采用該方法不僅能夠降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，最重要的是能夠大大提高燒結(jié)致密度。雖然活化強(qiáng)化液相燒結(jié)有助于提高材料的斷裂強(qiáng)度、致密度、硬度等性能，但是活化劑的加入會(huì)導(dǎo)致材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能降低，這將影響其在微電子行業(yè)中的應(yīng)用，因此采用該方法制備的鎢銅合金材料只能適用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱性要求不高的場合 真空燒結(jié)熔滲法 熔滲法是制備難熔金屬與低熔點(diǎn)金屬假合金的常用方法。也是制備難熔金屬復(fù)合材料的最主要和最經(jīng)濟(jì)的粉末冶金技術(shù)。鎢與銅兩種元素在高溫下可以互相浸潤，但二者之間幾乎沒有溶解度。而且鎢與銅熔點(diǎn)相差很大，所以滿足熔滲條件。為提高鎢銅合金材料致密度的同時(shí)又不降低其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，熔滲法很好地平衡了以上兩種方法的優(yōu)劣勢(shì)，首先將鎢粉壓制成坯塊，隨后在一定溫度下預(yù)燒坯塊，獲得具有一定密度和強(qiáng)度的鎢骨架，接著將金屬銅加熱至熔點(diǎn)以上，在毛細(xì)血管作用下，銅液會(huì)填充鎢骨架中的孔隙，從而獲得致密度較高且性能良好的合金材料。因此，熔滲法是傳統(tǒng)制備鎢銅合金材料中應(yīng)用最為廣泛的一種方法。 鎢銅合金材料最新加工工藝 快速定向凝固技術(shù):快速定向凝固技術(shù)作為鎢銅合金材料加工中一項(xiàng)先進(jìn)的加工工藝，一般是由組織形態(tài)所決定的，主要是因?yàn)榭焖俣ㄏ蚰碳夹g(shù)在加工的時(shí)候，凝固和冷卻的過程的速率相對(duì)較大，其速度通常在1000~1000000K·s-1之間，導(dǎo)致冷度相對(duì)較大，這樣鎢銅合金材料的凝固過程與平衡狀態(tài)處于偏離的狀態(tài)。如果鎢銅合金材料中的溶解度相對(duì)較大，這時(shí)晶體組織就會(huì)呈現(xiàn)細(xì)化，偏析程度也之間減小。同時(shí)，鎢銅合金材料在利用快速定向凝固技術(shù)加工時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)良好導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等，以此提升鎢銅合金材料的耐高溫、高強(qiáng)度等性能，并且燒蝕等性能也有所改善，確保鎢銅合金材料具有良好的使用性能。 原位反應(yīng)鑄造法:原位反應(yīng)鑄造法進(jìn)行鎢銅合金材料加工，金屬液相中會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)相，并且暴露在空氣中，這樣可以有效避免鎢銅合金材料表面受到污染，或者產(chǎn)生氧化反應(yīng)，有效改善了材料與基體的結(jié)合，形成較為細(xì)小的顆粒，提升其材料性能。 金屬注射成型技術(shù):加工鎢銅合金材料，主要是利用注射鎢坯的基礎(chǔ)之上所形成的，并且由于傳統(tǒng)溶滲法存在一定的局限性，所以在鎢銅合金材料加工工藝優(yōu)化的時(shí)候，利用注射成型生產(chǎn)鎢坯，在向鎢坯熔滲銅，這樣可以簡化加工流程，也保證良好的加工效果。隨著金屬注射成型加工技術(shù)的發(fā)展，可以將鎢和銅復(fù)合粉末直接注射成型，其過程為先選擇符合的合金粘結(jié)劑，通過注射器機(jī)上注射成型，成型以后將所得的坯體脫去粘結(jié)劑后進(jìn)行致密化燒結(jié)，從而得到相應(yīng)的加工產(chǎn)品。 纖維代替粒子法:具一定的方向性，在鎢銅合金材料加工的時(shí)候，可以代替難溶金屬粉末顆粒與銅粉相互代替重疊，并且在燒結(jié)以后，纖維就會(huì)產(chǎn)生一定的變化，強(qiáng)化以后金屬基復(fù)合材料，具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。同時(shí)，利用纖維代替粒子法加工鎢銅合金材料時(shí)，可以對(duì)難溶金屬在高溫下的氧化飛濺狀態(tài)進(jìn)嚴(yán)格的控制，減少腐蝕問題產(chǎn)生。 電弧熔煉法:主要是以傳統(tǒng)的粉末冶金的方式為主，將所有需要加工的鎢銅合金材料制備成電極。同時(shí)，在加工的時(shí)候，在真空和惰性環(huán)境中，通過利用自耗電弧爐進(jìn)行熔化處理，凝固的速度較快，并且在固體熔化中可以獲取細(xì)小晶粒，偏析也相對(duì)較小，提升了鎢銅合金材料使用性能。 固定結(jié)構(gòu)法:鎢銅合金材料的最新加工方式有很多，固定結(jié)構(gòu)法就是其中一項(xiàng)常見的最新加工工藝，并且通過利用該項(xiàng)工藝，可以有效提升鎢銅合金材料的使用性能。同時(shí)，在對(duì)鎢銅合金材料最新加工工藝研究的時(shí)候，根據(jù)鎢銅合金電觸頭材料的使用要求，設(shè)計(jì)成專門或特殊結(jié)構(gòu)的器件，以此提升鎢銅合金材料的使用性能。如在鎢銅合金電觸頭材料加工的時(shí)候，利用中空型電觸頭，由于存在一空心區(qū)，這時(shí)電觸頭在接觸電弧以后，不僅散熱較快，燒蝕相對(duì)較小，從而提升了鎢銅合金材料使用性能。 功能梯度法:主要是根據(jù)鎢銅合金材料的使用方式，選擇不同性能的材料，并且選擇復(fù)合型技術(shù)，使中間部分的組成以及結(jié)構(gòu)，可以呈現(xiàn)連續(xù)的梯度變化，內(nèi)部的界面也比較明顯，鎢銅合金電觸頭材料的性能，也會(huì)隨著厚度方向，呈現(xiàn)梯度化，進(jìn)而提升材料使用性能。同時(shí)，由于鎢銅合金材料的是由鎢和銅組成，一面是高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、塑性較好。另一面是高熔點(diǎn)、高硬度，中間部分主要是組成梯度變化的鎢銅復(fù)合層。通過利用功能梯度加工方式，可以很好地調(diào)節(jié)鎢和銅熱能不匹配的現(xiàn)象，形成熱應(yīng)力，使合金整體性能相對(duì)較好，如力學(xué)性能、抗燒蝕性能、抗熱震性能等方面。
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