铜含量对粉末热挤压致密钨铜材料组织及性能影响

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1、五、难熔金属及合金391铜含量对粉末热挤压致密钨铜材料组织及性能影响于洋王尔德李达人刘祖岩(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要本文通过对不同铜含量(质量分数20％一50％)钨铜粉末进行热挤压，获得了近致密，组织细小，性能优异的材料。研究了铜含量对材料组织和性能的影响。结果表明，材料的电导率随着铜含量的增加逐渐升高，仍保持较高的硬度值。如热挤压w一40％Cu复合材料经过800。c真空退火2h后电导率最高可达到61％IACS，硬度仍然保持在215HV左右。关键词钨铜材料；热挤压；粉末致密1前言钨铜材料是由高熔点、高硬度的钨和高导电、导热率的铜通过粉末冶金方法

2、制造的，同时兼具钨、铜的优点，具有良好的耐电弧烧蚀性、抗熔焊性和较高硬度、导电率及导热率等优点；而且，可以通过其组成比例的改变，来控制和调整它相应的性能。因此，它可以广泛应用于航天、电子、机械、电器等高技术领域，如被广泛用作电子封装及热沉材料、电触头、电阻焊电极、等离子喷涂电极材料，电热合金等；钨铜材料在军事上也有应用，如电磁炮导轨，导弹引信，导弹的喉衬、燃气舵和鼻锥等¨曲o。近年来，由于钨铜复合材料优异的热、电性能，在大规模集成电路和大功率微波器件中应用钨铜材料作为基片、嵌块、连接件和散热元件得到了迅速的发展。例如，“宙斯盾”系统的AN／SPY相控阵雷达，就采用WCu作为雷达

3、微波管的热沉。但是，作为微电子技术应用的钨铜材料，需要很高的质量和性能，如高密度、高的均匀性和高的热、电性能，以及良好的可加工性，这是与常规使用的钨铜材料具有完全不同的高质量要求。目前，在某些极端制造条件下所亟需的钨铜材料，如电火花超精加工用微电极以及高精密钨铜元器件焊接时用的焊丝，则更是对高端钨铜材料的制备技术提出了更高的要求。目前我国所需的高性能钨铜材料主要依赖进口，价格昂贵，同时对于高端军事方面用到的钨合金常受到一些国家的限制。因此解决高端钨铜材料的国产化问题有着重要的意义。经过多年的研究，对钨铜及铜铬等两相不互溶材料采用热挤压大塑形变形的方式进行致密化，并取得了一定进展

4、【7“6l。本文主要研究热挤压致密工艺及挤压后热处理对不同铜含量钨铜复合材料组织及性能的影响。2实验过程本文所用电解铜粉粒度为50wm，纯度为99．9％；还原钨粉纯度99．9％，粒度为0．8wm。按照质量比例将粉末放人混粉筒进行粉末的混合。均匀混合后，粉末经钢模单向压制，获得直径40inln，高40mm的冷压坯，在1100。C热挤压，挤压比分别为10．4，14．8，25．0；热挤压设备采用3150kN四柱式液压机。2009全国粉$冶金学术会议3实验结果和讨论3．1热挤压后W—Cu复合材料的组织性能分析原始电解铜粉，形貌上表现为粗大的树枝晶，而钨粉则是细小的颗粒状，见围圄1原始铜

5、粉、钨粉形貌311热挤压后W—Cu复合材料的组织特征图2一圈4分别为W一20％～50％)Cu一次热挤压后的金相组织照片(挤压比分别为25．0、148、104)。由图2～4可知：在同一种挤压比的条件下，一方面，w—cu两相的分布都比较均匀，设有发生明显的偏析，w颗粒没有发生明显的塑性变形。随着cu含量的逐渐增JJⅡ，cu相发年了比较明显的变形，形成条状的趋势也越柬越明显，这砦条状分郴形态有利于导电率的提高。由图2～图4可以看出，不同挤压比对于组织彤态的影响还是比较明显的，随着挤压比的增^，在铜含量相同条件下，挤压比越大铜相变形越明显。3．12热挤压后w—cu复合材料的性能分析导电

6、性实验采用HZ2522型数字灵敏微欧表测茸试样电阻，域后换算成电导率。试样为直径1mm，长度Icm的细棒。图5给山了不同挤压比下电导率硬度随cu含量的变化曲线。可以看nj，随着cu含量的增加，坯料的电导率t升．硬度值下降。从挤压比对电导率和硬度的影响可以看出，挤压比对电导率和硬度影响不大．且对于低cu含量的坯料，变化无明显的规律。但随着cu含量的增加(cu质量分数夫于30％的坯料)，挤压比越大其电导率和硬度值均略有上升。由于增大挤压比后，有利于wcu材料的致密化，提高了坯料的相对密度；男一方面，增加挤压比后，变形程度增加，变形主要集中在cu相，cu的再结晶比较完全。同时，正如前

7、文所指出的，对于高cu含量的坯料，挤压比对于促进致密化效果f分显著，使得坯料电导率硬度值均增加。而对于低cu含量的坯料，w相产生的变形比较大，在挤压温度范周内，w相仍然处于冷加工状态，只有一定的回复而不发生再结晶，因此，使得大部分的加工硬化技果保留了下来。cu含量比较低的时候对促进致密化效果不利，相对密度较低且随挤压比增加提高的也不多，因此，电导率和硬度变化规律变得不明显。遴一一一藿～麓幽～■一麓～墨2009全国粉末冶金学术会议豳霞目4热挤压试样2目5Cu音量和挤压№对电导宰#硬度影响关K自