W-50Cu与Mo-15Cu的制备研究

【摘要】：本文分别研究了用液相烧结法制备W-50wt.%Cu (W-50Cu)和用预熔渗-中温模锻-轧制新工艺制备Mo-15wt.%Cu (Mo-15Cu)。 1.液相烧结法制备W-50wt.%Cu 在传统的工业应用中,采用液相烧结方法制备大体积分数液相存在的合金时,因没有仔细考虑烧结前粉末混合的均匀性、粉末粒度、生坯密度和烧结温度等多种参数的影响,所以合金在液相烧结时容易出现宏观上的块体垮塌、扭曲、漏液,以及微观上的成分偏析等严重的问题。因此液相烧结中液相体积分数一般不超过35%。本文研究了以上工艺参数对液相体积分数高达68.4%的W-50wt.%Cu合金的液相烧结过程的影响,并研究了轧制烧结前高速压制成型工艺和烧结后轧制工艺对合金组织性能的影响,结果发现： (1)采用平均粒度为1.85μm的W粉制备合金,混粉时加入过量酒精进行湿磨,球料比为3：1,生坯密度为72.4%,烧结温度为1400℃时,可以得到形状规则、表面光洁、无漏铜现象,微观组织均匀无明显成分偏析,致密度达到96.8%的合金； (2)混粉均匀性和生坯密度的提高,或者w粉粒度和烧结温度的降低能有效防止合金液相烧结过程中出现漏铜。当混粉不均匀,或者致密度低于68.8%的生坯在1400℃烧结时,铜液从基体四周溢出。当使用9.45μmW粉粒时,铜液从基体顶部溢出； (3) W-50wt.%Cu合金液相烧结后致密度随生坯密度的降低而增加。当密度为65.6%生坯在1400-C烧结后,致密度达到97.3%,但此时已经出现漏铜。而在1050℃下固相烧结后密度随生坯密度变化规律与之正好相反,最高致密度只有92.0%。 (4)由于合金生坯在垂直方向上存在密度梯度差,导致烧结后纵截面由矩形收缩成梯形。提出收缩差H0来量化垂直方向上的变形程度： 发现生坯密度越低,垂直方向收缩差越大,变形越严重； (5)用平均粒度为1.85μm的W粉制备W-50wt.%Cu合金,其液相烧结后组织中,中部比上部和下部的Cu含量略低,成分偏析可以忽略不计,但是用平均粒度为9.45μm的W粉制备的合金组织在重力方向上存在严重的成分偏析。 (6)将烧结后的W-50wt.%Cu合金在700℃轧制,每道次变形量为10%,可以达到总变形量60%而不开裂,轧制后致密度达到99.1%,组织均匀性大大提高,热导率达到296 W·M-1·K-1,热膨胀系数为11.6×10-6·K-1。 (7)用混合粉末室温锻造、预压坯在室温和950℃锻造三种方法成型,发现预压坯热锻后的致密度可达到91.9%,在1400℃烧结后致密度达到95.0%,但组织均匀性比普通模锻降低。 2.预熔渗-中温模锻-轧制新工艺制备Mo-15wt.%Cu Mo-Cu合金由于其高导热性和可调的低热膨胀性得到广泛应用。但是目前Mo含量高于80wt%的Mo-Cu合金的制备存在很大困难。本文提出了一种制备高Mo含量的Mo-Cu合金的新方法：(1)将Mo粉压成相对合金质量分数为60%的骨架；(2)Mo骨架与合金成分配比所需质量的Cu片一起在1200℃熔渗2 h得到预熔渗坯；(3)预熔渗坯在950℃模锻得到接近完全致密的合金；(5)模锻所得合金先在600℃热轧变形70%,然后冷轧变形10%。结果如下： 实验结果表明,用此工艺制备Mo-15wt.%Cu合金的综合性能良好,低致密度(83%)的预熔渗坯经锻造后相对密度提高到99.8%,导热系数(CTC)从146Wm-1K-1提高到188 Wm-1K-1,热膨胀系数(CTE)降低到7.810-6/℃,硬度也显著提高。经轧制后总变形量达到80%材料保持不开裂。