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熔渗CuW/CrCu整体材料的界面行为及CuW合金性能的研究

王强  
【摘要】:CuW/CrCu整体材料结合了CuW合金优良的抗电弧性能和铬青铜的高弹性 及优良的传导性能,广泛应用于高压开关断路器触头材料。本文采用立式整体烧 结熔渗法制备了钨含量分别为50wt%、60wt%、70wt%和80wt%的CuW/CrCu整 体材料,研究了CuW与CrCu界面结合方式;分析了CuW/CrCu结合面处存在 的暗灰色物质的成分及其产生的原因;研究了Cr元素穿越CuW/CrCu界面的扩 散、Cr在CuW合金中的分布及其对CuW合金导电性能的影响以及CuW合金的 低温氧化行为及耐磨性;并在物理学的基础上建立了CuW/CrCu复合电导模型。 研究结果表明: 1.CuW与CrCu通过Cu-Cu结合偶及Cu-W结合偶结合在一起。在这两种 结合偶中,Cu-Cu结合偶占主导地位,对结合强度的贡献较大,而Cu-W结合偶 占次要地位,对结合强度的贡献相对较小。 2.随钨含量的增加,压制CuW/CrCu整体材料结合面抗拉强度降低,且松 装CuW60/CrCu结合面的抗拉强度较压制CuW60/CrCu显著降低。 3.CuW/CrCu结合面处可能存在的少量氧化物杂质主要是WO_3、W_3O和 SiO_2,它们的存在必将降低CuW/CrCu的结合性能及传导性能。 4.CuW/CrCu整体材料制备过程中,CrCu中的Cr原子穿越CuW/CrCu界面 扩散进入CuW合金中,部分Cr原子优先与W相形成混合固溶体并团聚在大的 钨颗粒周围,当然也有少部分Cr原子仍固溶于Cu相中。钨含量越高,扩散进 入CuW合金中的Cr量越少;离CuW/CrCu结合面距离越远,扩散进入其中的 Cr越少。在固溶时效处理过程中,由于Cr质点的溶解和析出,引起CuW合金 电导率的上升,且随钨含量升高,CuW合金的电导率值随时效时间的延长变化 的幅度逐渐减小。 5.应用所建立的 CuW合金和 CuW/CrCu整体材料的电导模型可评价材料的 微观状态。当用式(3-10)计算所得 CuW合金的电导率值与实测值差别较大时, 表明CuW合金中缺陷数量较多,应检查CuW合金的显微组织。当用四点式电 桥实测的CuW/CrCu整体材料的复合电导率值明显小于表3-5所列值(应用 L_1=L_2试样)或模型计算值(应用 L_1≠L_2试样)时,说明 CuW/CrCu界面结合 不好或界面可能存在氧化、夹杂等,需检查烧结熔渗工艺。 6.温度越高,CuW合金的氧化程度越严重,即抗氧化性越弱;300℃时,CuW -互- pZ 一 合金的氧化以铜相氧化为主,钨相不氧化;400℃时,CUW合金的氧化仍以铜相 氧化为主,钨相部分氧化;500’C时铜相与钨相均严重氧化;随钨含量升高,300 C时,CllW合金的抗氧化性升高,400’C和 500oC时,CllW合金的抗氧化性降低。 7.CUW合金与调质45钢之间的磨损机制属于粘着磨损与磨粒磨损共同作用 的复合磨损,且随钨含量的增加,磨损机制由粘着磨损为主向磨粒磨损为主转变。 随钨含量的增加,压制CUW合金中铜、钨颗粒的结合状态变好,硬度值升高, 耐磨性提高;松装CU WW60合金由于其铜、钨颗粒之间结合较弱,耐磨性较压制 CuW60合金差。


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1 王强;熔渗CuW/CrCu整体材料的界面行为及CuW合金性能的研究[D];西安理工大学;2001年
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