專利名稱：一種新型鎢銅鋅合金材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高熔點金屬和金屬復(fù)合材料的制備工藝，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型鎢銅鋅合金材料的制備方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的鎢基復(fù)合材料為鎢-銅鋅合金材料。鎢銅復(fù)合材料兼有鎢的高密度、低熱膨脹系數(shù)，又有銅的高導(dǎo)電導(dǎo)熱性，其導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能及熱膨脹系數(shù)可以通過調(diào)整鎢銅組分含量加以設(shè)計，因此廣泛應(yīng)用于微波器件、集成電路封裝材料、電接觸材料以及軍事工業(yè)中的破甲材料等領(lǐng)域。制備鎢銅復(fù)合材料的技術(shù)工藝通常有溶滲法以及粉末冶金燒結(jié)法等兩種方法。鎢銅材料雖然兼有鎢和銅的優(yōu)點，但也有其相應(yīng)的缺點。由于純銅的強度較低，一般低于200MPa，導(dǎo)致無論采用溶滲法還是粉末冶金燒結(jié)法制備的鎢銅復(fù)合材料強度以及韌性難以達到使用要求。本發(fā)明解決了鎢銅復(fù)合材料強度低、硬度低的問題，同時使新制備的鎢銅鋅合金材料具備鎢的高密度和黃銅較高的硬度、較高的強度和導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性能性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服鎢銅復(fù)合材料強度和硬度低的缺點，提供一種兼具鎢和銅優(yōu)點且具有較高強度、高硬度的鎢銅鋅合金復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是利用黃銅取代純銅作為鎢銅復(fù)合材料中的粘結(jié)相，黃銅和鎢互相包覆、貫通，其中鎢的含量為60% 80%，其余為黃銅，并且利用放電等離子燒結(jié)設(shè)備對材料進行電脈沖熱處理，控制鎢銅鋅合金材料內(nèi)部黃銅粘結(jié)相的相結(jié)構(gòu)來調(diào)整材料強韌性。對于上述鎢的質(zhì)量百分比含量可以為60-80% ；黃銅粘結(jié)相中銅的質(zhì)量百分比可以為 59-70%。針對上述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，包括如下步驟
(1)按照上述鎢銅鋅合金材料的成分含量進行配料，利用“V”型混料器將金屬鎢粉或表面鍍銅鎢粉、金屬銅粉以及金屬鋅粉按一定質(zhì)量百分比進行混合。
(2)將步驟(1)中混合好的合金元素粉末在氫氣氛中還原，得到混合充分且極少被氧化的三種純金屬粉末的機械混合物。
(3)將還原后的金屬粉末裝入石墨模具中，利用放電等離子體進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 800°C 1200°C，施加壓力為20MPa 50MPa，燒結(jié)保溫時間為Imin 5min，燒結(jié)氣氛為真空或氬氣保護。
(4)將燒結(jié)制備后的合金材料在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行電脈沖真空熱處理，調(diào)控合金組織中的析出相形貌及成分，熱處理采用溫度為400°C 800°C，保溫時間為池 4h， 隨爐卻至室溫。
相對于現(xiàn)有鎢銅復(fù)合材料，本發(fā)明制備的新型鎢-黃銅復(fù)合材料具有如下優(yōu)點 本發(fā)明制備的新型鎢銅鋅合金材料除具備鎢的高熔點、高密度和低的熱膨脹系數(shù)等特
點，兼具銅的高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電性，同時本材料還具有黃銅材料所具有的高硬度、高強度等特點?？梢酝ㄟ^放電等離子燒結(jié)設(shè)備進行真空熱處理，通過控制黃銅粘結(jié)相的相組成來調(diào)整材料的強度和硬度。


圖1為鎢銅鋅合金整體形貌； 圖2為鎢銅鋅合金局部放大形貌。
具體實施例方式以下結(jié)合六個具體實施例，示例性說明及幫助進一步理解本發(fā)明。但實施例具體細(xì)節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下的全部技術(shù)方案，因此不能理解為對本發(fā)明技術(shù)方案的限定。一些不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非實質(zhì)性改動，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改變或替換，均屬本發(fā)明權(quán)利保護范圍。實施例1
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相中銅 59%，鋅41%，制備方法包括以下步驟
步驟一，選用平均粒徑為2 4μ m的鎢粉、銅粉和鋅粉，利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度800°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行固相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢銅鋅合金材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理，熱處理溫度采用600°C，保溫時間為池，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢-銅鋅合金材料。實施例2
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相中銅 68%，鋅32%，制備工藝包括以下步驟
步驟一，選用平均粒徑為2 4 μ m的鎢粉、銅粉和鋅粉，利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度800°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行固相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢銅鋅合金材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理，熱處理溫度采用600°C，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢銅鋅合金材料。實施例3
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相中銅 59 %，鋅41 %，制備方法包括以下步驟
步驟一，在鎢粉表面利用化學(xué)鍍的方式包覆一層銅，鍍層厚度為50nm，將平均粒徑為
42 4 μ m的鍍銅鎢粉、銅粉以及鋅粉利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度800°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行固相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢-黃銅材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理， 熱處理溫度采用600°C，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢銅鋅合金材料。實施例4
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相中銅 59 %，鋅41 %，制備方法包括以下步驟
步驟一，選用平均粒徑為2 4 μ m的鎢粉、銅粉和鋅粉，利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度1200°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行液相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢銅鋅合金材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理，熱處理溫度采用400°C，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢銅鋅合金材料。實施例5
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相銅 68%，鋅32%，制備工藝包括以下步驟
步驟一，選用平均粒徑為2 4 μ m的鎢粉、銅粉和鋅粉，利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度1200°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行液相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢銅鋅合金材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理，熱處理溫度采用400°C，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢銅鋅合金材料。實施例6
一種鎢銅鋅合金材料，包含以下組分和含量(重量百分比)鎢80%，黃銅粘結(jié)相中銅 59 %，鋅41 %，制備方法包括以下步驟
步驟一，在鎢粉表面利用化學(xué)鍍的方式包覆一層銅，鍍層厚度為50nm，將平均粒徑為 2 4 μ m的鍍銅鎢粉、銅粉以及鋅粉利用“V”型混料器混合24h后利用氫氣進行還原，得到純度在95%以上的三種金屬粉末的混合物。
步驟二，將混合好的粉末放入石墨模具中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行真空燒結(jié)。燒結(jié)工藝采用燒結(jié)溫度1200°C，升溫速率為50°C /min，保溫時間5min進行液相燒結(jié)。
步驟三，將燒結(jié)制備得到的鎢銅鋅材料繼續(xù)在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行熱處理，熱處理溫度采用400°C，保溫時間為3h，然后隨爐冷卻至室溫，即得到調(diào)控粘結(jié)相組成的鎢銅鋅合金材料。
權(quán)利要求
1.一種新型鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于所述鎢銅鋅合金材料中鎢的含量為60-80%，其余為粘結(jié)相黃銅，其中銅的質(zhì)量百分比為59-70% ；其制備方法包括如下步驟(1)按照上述鎢銅鋅合金材料的成分含量進行配料，利用“V”型混料器將金屬鎢粉或表面鍍銅鎢粉、金屬銅粉以及金屬鋅粉按一定質(zhì)量百分比進行混合。(2)將步驟(1)中混合好的合金元素粉末在氫氣氛中還原，得到混合充分且極少被氧化的三種純金屬粉末的機械混合物。(3)將還原后的金屬粉末裝入石墨模具中，利用放電等離子體進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 800°C 1200°C，施加壓力為20MPa 50MPa，燒結(jié)保溫時間為Imin 5min，燒結(jié)氣氛為真空或氬氣保護。(4)將燒結(jié)制備后的合金材料在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中進行電脈沖真空熱處理，調(diào)控合金組織中的析出相形貌及成分，熱處理采用溫度為400°C 800°C，保溫時間為池 4h， 隨爐冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中， 鎢粉和表面鍍銅鎢粉、銅粉以及鋅粉的平均粒度為2 4μπι，鎢粉表面鍍銅的鍍層厚度為 20nm 200nm ；所述步驟O)中還原采用氫氣還原法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中的利用放電等離子體進行燒結(jié)為固相燒結(jié)、液相燒結(jié)或分步燒結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于粉末在“V”型混料器中混合Mh以上，應(yīng)使粉末混合充分，且燒結(jié)成型后黃銅粘結(jié)相能夠均勻的分布于鎢顆粒之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中，在放電等離子燒結(jié)設(shè)備中熱處理控制黃銅粘結(jié)相的α、β相的成分，控制析出相的成分含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢銅鋅合金材料的制備方法，其特征在于燒結(jié)后材料的致密度在95%以上，鎢晶粒的平均粒徑在3 6 μ m，燒結(jié)制備后的材料硬度在HRC40以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鎢銅鋅合金材料的制備方法。具體工藝為將微米級純鎢粉以及表面包覆純銅鎢粉與微米級銅粉、鋅粉經(jīng)配料、混合、冷等靜液擠壓以及放電等離子燒結(jié)(SPS)等方法制備出一種相對密度在95％以上的鎢銅鋅合金材料。其優(yōu)點在于通過本發(fā)明所述的制備方法能夠制備出相對密度在95％以上，同時具有較高硬度和較高強度的鎢銅鋅復(fù)合材料。黃銅相對于純銅具有較高的強度和硬度，綜合鎢的高強度、高密度以及黃銅的高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率、較高強度和硬度等性能，制備出一種適用于電火花加工、電子封裝及航空航天材料領(lǐng)域的耐高溫、耐腐蝕的鎢銅鋅合金材料。
文檔編號C22C1/04GK102492884SQ201110406530
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者劉金旭, 呂翠翠, 李樹奎, 王星, 郭文啟 申請人:北京理工大學(xué)