[发明专利]一种提高钨铜合金热导率的方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料制备技术领域，特别涉及一种提高钨铜合金热导率的方法。

背景技术

钨铜合金是以钨、铜元素为主组成的一种合金，属于金属基复合材料。由于钨铜合金综合了金属钨和铜的特点，因此具有耐高温、强度大、耐电弧烧蚀、密度大、导电、导热性能高等优良性能，可以作为军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料等使用，其做为零部件和元器件在航空航天、电力电子、机械冶金、体育器材等领域中广泛应用。

制备钨铜合金的主要方法有粉末冶金法、注模法、氧化铜粉法、钨骨架熔渗法等。其中粉末冶金方法是最常用的钨铜合金制备方法，其工艺流程为：钨铜混合粉末经过压制成型，然后在1300-1500℃液相烧结。这种方法的优点是可以制备各种成分配比的钨铜合金，但在不添加活化剂(镍、铁等)的情况下，很难达到致密，存在较多闭空隙，致密度通常低于98%，如果添加活化剂，却会使合金的传导能大大下降，满足不了使用要求。现实生产中，经常通过添加少量镍的活化烧结法、机械合金化法或者氧化物共还原法制备超细、纳米粉末能提高烧结活性，从而提高钨铜合金的致密度。但镍活化烧结会使材料的导电、导热性能显著降低，机械合金化引入杂质也会降低材料传导性能。如何提高粉末冶金法制备的钨铜合金的导热性能一直以来是材料科学工作者关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高钨铜合金热导率的方法，针对粉末冶金法制备的钨铜合金致密度不高、导热性能较低的问题，主要采用超高压热处理工艺，可实施性强，工艺简单，质量稳定，能较大幅度提高钨铜合金热导率。

本发明采用以下技术方案：

一种提高钨铜合金热导率的方法，其中，包括如下步骤：

步骤一，采用粉末冶金法制备的钨铜合金，其中钨的质量分数为80-85%，其余为铜；

步骤二，将粉末冶金法制备的钨铜合金进行超高压热处理，超高压的压力为3.0-5.0GPa，超高压下加热温度为820-900℃，保温20-30min，并在超高压下自然冷却至室温；

步骤三，将上述超高压热处理后的合金材料放入氮气保护的常压电阻炉中加热到450-550℃，时效处理90-120min，自然冷却到室温。

作为优选，所述步骤二中，在六面顶压机中进行超高压处理。在进行超高压低温热处理时，组装方式采用旁热式的方法。

作为优选，所述常压电阻炉为SK2-2-13型管式电阻炉。

本发明采用超高压热处理的方法提高钨铜合金材料的导热性能的原因在于：⑴ 超高压可以消除钨铜合金的残余显微空隙、疏松等结构缺陷，有效提高钨铜合金试样的致密度，使得晶粒连续性增强；⑵ 超高压可以使得合金内部点阵畸变及内能的升高, 为析出相的形核及生长提供有利条件，因此主相的晶格更加完整，显微组织结构更加均匀致密；⑶ 最高经过时效处理，使得钨铜合金显微结构中位错等缺陷消除，加上钨铜合金致密性的提高，其结果是降低了晶体缺陷对电子的散射作用，提高了钨铜合金的导热性能。

本发明的有益效果为：

本发明的可实施性强，工艺简单，经过超高压热处理的产品质量稳定。由于采用了低温短时间的超高压处理方式，不仅使得钨铜合金晶粒不会异常长大、而且其机械性能还有所提高。经过该方法处理的钨铜合金可获大幅度提高导热性能，且显微组织结构更加均匀致密，与未经过处理的钨铜合金相比导热率可提高 40.0-45.2%，具有显著的经济效益。

具体实施方式

实施例1：

取质量分数（wt%）为钨85%、铜15%、热导率为165.0 W/(m·K)的粉末冶金法制备的钨铜合金，将其放在RC-51 型六面顶压机上进行超高压处理，压力为 3.0GPa，加热温度为 820℃，保温时间为20min，自然冷却至室温。然后再将上述经过高压处理后的钨铜合金放在SK2-2-13型管式电阻炉中进行时效处理，流动氮气保护下加热温度为450℃，退火处理90min，出炉自然空冷。经过本发明处理过的该试样的热导率为231.0W/(m·K)，其导热性能提高40.0%。

实施例2：