制備鉬銅合金的方法多種多樣,其中粉末冶金工藝因其工藝可控性強、成本較低、可實現(xiàn)復雜形狀的零件制造,而成為工業(yè)生產(chǎn)中最常用的方法之一。
粉末冶金工藝主要包括原料粉末制備、粉末混合、成型、燒結(jié)以及后處理等幾個關鍵步驟。
1.1 原料粉末制備
制備高性能的鉬銅合金,首先需要獲得高純度、合適粒度的鉬粉和銅粉。鉬粉通常采用氫還原法制備,而銅粉則可通過電解法或化學還原法獲得。
鉬粉:采用鉬氧化物(MoO?)在高溫下通過氫氣還原得到。鉬粉的純度、顆粒形態(tài)以及粒度分布對最終合金的性能有重要影響。通常,超細鉬粉有助于提高合金的均勻性和致密度。
銅粉:可采用電解沉積、氣霧化或化學沉淀等方法制備。銅粉的粒度影響燒結(jié)過程中的液相流動性以及最終的合金結(jié)構。
1.2 粉末混合
粉末混合是決定合金均勻性的重要步驟。鉬和銅粉按照一定比例混合,并采用球磨、機械攪拌等方法提高粉末的均勻性。為了避免混合過程中顆粒團聚和成分偏析,通常需要加入適量的助劑或采用濕法混合。
1.3 成型
混合后的粉末通過壓制成型,以獲得所需的幾何形狀。常見的成型方法包括:
冷等靜壓(CIP):通過各向均勻的壓力壓制粉末,使坯體密度較為均勻,提高后續(xù)燒結(jié)的致密度。
模具壓制:在特定的模具中施加壓力,使粉末成型。此方法適用于生產(chǎn)形狀較為規(guī)則的零件。
熱壓(HP):在高溫環(huán)境下進行壓制,有助于提高坯體的致密度并減少燒結(jié)收縮。
1.4 燒結(jié)
燒結(jié)是粉末冶金工藝的核心步驟,主要用于提高材料的致密度并實現(xiàn)鉬銅顆粒的有效結(jié)合。鉬銅的燒結(jié)方式主要包括固相燒結(jié)和液相燒結(jié):
固相燒結(jié):在低于銅熔點(1083℃)的溫度下進行,主要依靠鉬顆粒間的擴散結(jié)合。該方法能較好地控制材料的組織均勻性,但燒結(jié)致密度較低,通常需要后續(xù)處理以提高密度。
液相燒結(jié):在高于銅熔點的溫度(通常在1100~1300℃之間)進行,銅在燒結(jié)過程中部分熔化并滲透到鉬顆粒間,使得材料致密度顯著提高。這種方法能夠獲得較高的熱導率和機械強度,但需要嚴格控制燒結(jié)溫度和時間,以避免銅的過度流失。
燒結(jié)過程通常在氫氣或惰性氣氛(如氬氣)中進行,以防止銅氧化。同時,通過優(yōu)化燒結(jié)溫度、保溫時間和升溫速率,可以改善鉬銅的微觀結(jié)構,提高材料的綜合性能。
1.5 后處理
為進一步優(yōu)化材料的組織結(jié)構和性能,燒結(jié)后的鉬銅通常需要經(jīng)過后處理工藝,包括:
熱等靜壓(HIP):在高溫高壓環(huán)境下進一步致密化,減少孔隙,提高材料的強度和熱導率。
機加工:由于鉬銅較為脆硬,傳統(tǒng)機加工較為困難,因此常采用電火花加工(EDM)或激光加工來精確成型。
表面處理:對材料表面進行鍍鎳或鍍銀處理,以提高其耐腐蝕性和焊接性能。