铜含量对热挤压致密wcu合金组织性能的影响

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1、2009全国粉末冶金学术会议铜含量对热挤压致密W—Cu合金组织性能的影响①李达人1'2蔡一湘1刘祖岩2王尔德2(1．广州有色金属研究院粉末冶金研究所，广州510651；2．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(20％一50％)w—Cu混合粉末进行热挤压，获得了具有不同成分配比的w—Cu合金。研究了铜含量对热挤压坯料组织和性能的影响。结果表明，随着铜含量的增加，热挤压坯料的相对密度也随之增加。同时相对电导率，相对热导率和硬度值也提高。当铜含量比较低的时候(20％～30％)挤压坯中的钨相出现了微小的变形

2、，而当铜含量比较高的时候(40％一50％)挤压过程中钨相形态基本不发生改变，主要是铜相变形。关键词W—Cu合金；铜含量；热挤压；粉末致密化中图法分类号：TG146．4文献标识码：A文章编号：1002—185X(2005J06—0777-071前言钨铜合金材料是由高熔点的钨和导电、导热性能良好的铜所制成的不互溶的复合材料。它综合了钨与铜各自的特性，已被应用于真空开关电触头材料、电热合金和高密度合金、电阻焊、电火花加工和等离子电极材料、电镦等电加工用的电极和砧块，电子封装材料，计算机中央处理系统、大规模集成电路的引线框架，固态微波管等电子器件的

3、热沉基片等¨“o。由于钨铜之间互不相溶，两者之间仅形成假合金，所以常规的冶金法难以生产高致密化的钨铜材料。然而某些特殊要求的钨铜复合材料对性能提出了更高的要求。例如，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、高组织均匀性和高的热、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，因此，钨铜材料的制取工艺必须要有一个新的飞跃‘5—8

4、。由于钨铜合金较低的塑性，其压力加工是比较困难的，特别是对含铜量低的钨铜合金至今未得到很好的解决。因此本文开展了铜含量对热挤压致密钨铜合金组织和性能的研究，分析了钨

5、铜合金中铜含量变化对组织性能的影响。对于研究钨铜合金的变形机理，制定合理的热加工工艺参数等有着重要的意义。2实验过程本文所用铜粉粒度为50斗m，纯度为99．9％；钨粉纯度99．9％，粒度为0．8斗m。按照不同铜含量配比将粉末放入高能球磨机球磨桶内球磨混粉。为了防止球磨过程中粉末氧化，球磨桶密封好并抽真空，之后充入高纯氩气(99．99％)，重复一次后充入氩气达0．15MPa。球磨时球磨桶壁采用循环水冷却。球料质量比为5：1。转速为150rpm。混合粉末经单向冷压，获得直径40inIn，高40mm的冷压坯，在1100。C热挤压，挤压比约为10．

6、4。热挤压的设备采用315吨四柱式液压机。模具在挤压前预热①作者简介：李达人，男，1981年生，博士，工程师，广州有色金属研究院粉末冶金研究所，广州510651，电话：020一61086127Email：darenli@126．cⅧ五、难熔金属及合金至300。C。坯料的体积采用排水法测量，并计算坯料的相对密度。采用S一570型扫描电子显微镜，S一4700型场发射扫描电镜观察材料显微组织。采用HVS一5型数显小负荷维氏硬度计测量材料维氏硬度。每个试样取七点平均值。用HZ2522型数字灵敏微欧表测量电阻，试样尺寸均为ckl×10mln，电阻率按

7、p=尺×S／L计算，并转换为IACS标准值。使用热导仪测定材料热导率和热膨胀系数。3实验结果与讨论3．1冷压制坯预成形坯的密度是影响材料性能的重要参数，一般来说预成形坯密度越大，不仅需要较大吨位的设备，而且也降低了模具的使用寿命。本节采用刚性模常温单向压制方法研究了不同铜含量钨铜粉末的冷压制特性。复合粉末的冷压坯密度在一定程度上影响着坯料烧结后的密度。一般说来，冷压坯料的密度越高，越有利于最终密度的提高。w、cu粉末混合后，其理论密度p。可根据下式计算：pl=p／pmxl00％p。=1／(mI／pl+1TI,2／p2)其中tp，——相对密度

8、／g·em～；p——实际测量密度／g·em一；m。和m：——w和Cu(质量百分比)／％；p。和p：——W和Cu的理论密度／单位g·em一。表1给出了不同成分钨铜合金计算得到理论密度值。表l不同成分钨铜合金理论密度值成分(质量分数％)WCul0WCu20WCu30WCu40WCu50p。／g-cm‘317．30315．68114．33713．20512．238图1给出了在800MPa压力下钨铜粉末冷压坯相对密度与铜质量百分比之间的关系。图1铜含量与相对密度的关系2009全国粉末冶金学术会议从图中可以看出，随着铜的质量百分比增加，冷压坯压制性能

9、变好，相对密度值上升。这是因为在需要依靠粉末颗粒塑性变形来填充孔隙的冷压过程的第二阶段，钨颗粒很难变形。随着铜含量的增加，钨颗粒占的比重越来越小，使得冷压坯致密效果增加，相对密度