铜包钨复合粉体的优化制备及其所制W70Cu30合金抗烧蚀性能的研究

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钨铜合金作为典型的假合金具有高密度、高强度、高的抗烧蚀性和抗熔焊性以及良好的导热导电性能和高温性能。因而广泛应用于各种高压断路器核心部件的电触头材料、电火花加工的电极材料以及传递大热流装置的材料等。针对当前钨铜合金在制备过程中存在的组织均匀性差,致密度低的现象,旨在为提高钨铜合金的使用性能,延长其服役寿命。本文以合金组织均匀化作为切入点,通过热化学镀法制备铜包钨复合粉体,讨论不同因素对化学镀过程的影响。复合粉体经模压成型、熔渗烧结后获得实验用W70Cu30(wt%)合金,并以机械混合粉体作为对照组,探索原料粉体存在状态对合金组织、性能的影响,模拟包覆粉体制备合金的致密化过程。另外在高电压下,研究不同粉体状态、不同表面粗糙度对W70Cu30合金抗电弧烧蚀性能的影响。研究结果表明:1.通过正交试验优化了热化学镀工艺参数,制备出含量准确,包覆均匀的铜包钨复合粉体。最佳化学镀参数为:施镀温度60℃;NaOH溶液浓度为10g/L;添加还原剂甲醛与钨粉的比值为0.7ml/g;酒石酸钾钠含量为13.3g/L;乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na)含量为26.7 g/L。实验中四个因素对镀覆过程的影响从大到小依次为:NaOH含量、甲醛添加量、温度、络合剂含量。2.铜包钨复合粉体的粒径分布规律与化学镀前钨粉的粒径分布规律基本一致,只是平均粒径由12.05 μm变为18 μm,中位径由10.55μm变为16.63 μm,铜包钨复合粉体的镀层厚度为2~4μm。3.铜包钨复合粉体通过熔渗法制备出组织分布均匀,铜相呈网络状分布于钨颗粒之间的W70Cu30合金,合金硬度值为238 HV,致密度达到了 99.1%,电导率为56.4 IACS%。而利用机械混合粉制备合金的组织中出现了铜相的偏聚,合金硬度为213 HV,致密度为97.2%,电导率为 48.5 IACS%。4.机械混合粉制备W70Cu30合金的抗电弧烧蚀性能较差,首击穿后,电弧在合金表于电弧的集中作用,使得烧蚀区域铜相进一步挥发出现了明显的孔洞,烧蚀前后质量损失达到0.5 mg。而包覆粉体制备合金具有较好的抗电弧烧蚀性能,表现为首击穿区域大,电弧分散性好,200次电弧烧蚀后,电弧对试样的侵蚀主要在表层进行,烧蚀程度缓和,质量损失较小。5.通过机械磨光和机械抛光工艺对W70Cu30合金试样进行表面处理,获得了从0.044μm到2.052μm之间不同的表面粗糙度。随着合金表面粗糙度的降低,W70Cu30合金的击穿场强逐渐增大,烧蚀区域面积逐渐缩小,烧蚀产物的分布逐渐集中,烧蚀产物的量也在不断的减少,烧蚀区域逐渐由划痕转向铜相所在区域。
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