專(zhuān)利名稱：一種CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雙金屬?gòu)?fù)合材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
CuW合金是通過(guò)粉末冶金燒結(jié)熔滲法制備的一類(lèi)具有高強(qiáng)度和硬度、高的導(dǎo)電性，并具有較強(qiáng)耐電弧燒蝕能力的假合金，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)行業(yè)；尤其是通過(guò)熔滲法將其與鉻青銅連接在一起構(gòu)成的CuW/CuCr整體材料，成為高壓及特高壓開(kāi)關(guān)自力型觸頭的主導(dǎo)材料。但是隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，觸頭材料居高不下的成本稱為制約高壓開(kāi)關(guān)行業(yè)的主要瓶頸之一，因此迫切需要開(kāi)發(fā)低成本的自力型觸頭材料。ZLlOlA是鑄造鋁硅合金的一種，其具有良好的鑄造性能，與銅及銅合金具有相近 的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和導(dǎo)電性，而且比銅及銅合金價(jià)格便宜。若將CuW假合金與ZLlOlA兩種異質(zhì)材料通過(guò)熔接方法連接在一起，制備成CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料，成為部分對(duì)電導(dǎo)率要求不高的自力型觸頭的替代品，將有效節(jié)約觸頭材料的成本。由于CuW假合金和ZLlOlA兩種材料在物理、化學(xué)及力學(xué)性能等方面存在顯著差異，采用傳統(tǒng)的焊接方法，容易在焊接接頭產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致各種焊接裂紋，并且不可避免存在其它焊接缺陷，無(wú)法達(dá)到CuW/ZL101A整體觸頭材料的對(duì)結(jié)合界面強(qiáng)度的要求。因此，需要開(kāi)發(fā)一種高可靠性無(wú)缺陷的CuW和ZLlOlA的界面連接方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，解決了現(xiàn)有焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)結(jié)合界面無(wú)缺陷連接，導(dǎo)致各種焊接裂紋，存在其它焊接缺陷的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，按照以下步驟實(shí)施步驟I，合金錠機(jī)加工將CuW合金錠與ZL101A合金錠分別加工出潔凈的表面，并確保能夠裝進(jìn)相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝；步驟2，合金熔接前預(yù)處理首先，用金相細(xì)砂紙打磨ZL101A合金鑄錠，除去氧化皮；其次，用流動(dòng)水沖洗表面殘留物；再次，用超聲波清洗殘留在表面的油污，最后，用溫水洗，進(jìn)一步除去殘余的油污，Cuff合金用磷酸電解腐蝕10-50s ；步驟3，液固熔接將步驟2預(yù)處理完成的兩種合金放置于相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝內(nèi)，ZL101A合金錠豎直放在CuW合金上方，隨后同金屬型坩堝一起在真空爐中進(jìn)行立式熔接，首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不大于5.0 X 10_2Pa;以16_18°C/min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到450°C -500°C時(shí)，再以7-10°C /min的升溫速率繼續(xù)升溫至670°C _720°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)真空管式爐的出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，之后冷卻至常溫，得到CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料；步驟4，機(jī)加工對(duì)經(jīng)步驟4處理過(guò)的CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料進(jìn)行機(jī)加工后，即成。本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，步驟2中電解腐蝕CuW表面的磷酸采用體積濃度為75%的磷酸。本發(fā)明的有益效果是，銅鎢合金和鋁硅合金都是導(dǎo)電、導(dǎo)熱的電工材料，通過(guò)對(duì)兩者進(jìn)行一定的表面清潔處理和液固熔接，促進(jìn)液相與固相互擴(kuò)散和反應(yīng)更充分，結(jié)合強(qiáng)度聞。


圖I為本發(fā)明一種CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法的工藝流程圖；圖2為本發(fā)明的方法制備的CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料界面過(guò)渡層的低倍SEM照片；圖3是本發(fā)明的方法制備的CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料界面過(guò)渡層的高倍SEM照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供一種CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，是一種低熔點(diǎn)金屬和粉末冶金成型的難熔金屬熔接的方法。首先對(duì)CuW及ZL101A合金表面進(jìn)行潔凈化處理；其次，在真空和Ar氣氛保護(hù)環(huán)境中進(jìn)行立式(上ZL101A，下CuW)熔接；最后，冷卻成型。如圖I所示的流程，具體按照以下步驟實(shí)施步驟I，合金錠機(jī)加工將CuW合金錠與ZL101A錠分別加工出潔凈的表面，并確保能夠裝進(jìn)相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝；步驟2，合金熔接前預(yù)處理首先，用金相細(xì)砂紙打磨鋁硅合金，除去氧化皮；其次，用流動(dòng)水沖洗表面殘留物；再次，用超聲波清洗殘留在表面的油污，最后，用溫水洗，進(jìn)一步除去殘余的油污，CuW表面采用體積濃度為75%磷酸的電解腐蝕10-50s。步驟3，液固熔接將步驟2預(yù)處理完成的兩種合金放置于步驟I中的金屬型坩堝內(nèi)，ZL101A合金豎直放在CuW合金上方，隨后一起在真空爐中進(jìn)行立式熔接。首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不大于5.0X10_2Pa ;以16-18°C /min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到4500C -500°C時(shí)，再以7-10°C /min的升溫速率繼續(xù)升溫至670°C _720°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，之后在空氣中冷卻至常溫。真空是對(duì)ZL101A熔液和連接界面的凈化處理。Ar氣氛是為了便于冷卻成型的實(shí)施。步驟4，對(duì)CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料進(jìn)行機(jī)加工后，即成，并可以觀察到界面清晰結(jié)合的過(guò)渡層。實(shí)施例I將CuW合金鑄錠與ZLlOlA合金鑄錠分別加工出潔凈的表面，并確保能夠裝進(jìn)相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝；用金相細(xì)砂紙打磨ZLlOlA合金鑄錠，除去氧化皮；再用流動(dòng)水沖洗表面殘留物；用超聲波清洗殘留在表面的油污，最后，用溫水洗，進(jìn)一步除去殘余的油污。CuW表面采用體積濃度為75%磷酸的電解腐蝕10-50s。將預(yù)處理完成的兩種合金放置于相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝內(nèi)，ZLlOlA合金豎直疊放于CuW合金上方，隨后一起在真空爐中進(jìn)行立式熔接。首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不大于5. OX KT2Pa ;以16-18°C /min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到450°C _500°C時(shí)，再以7-10°C /min的升溫速率繼續(xù)升溫至670°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，然后冷卻，即得到該復(fù)合材料。實(shí)施例2將預(yù)處理完成的兩種合金放置于相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝內(nèi)，ZLlOlA合金豎直疊放于CuW合金上方，隨后一起在真空爐中進(jìn)行立式熔接。首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不大于5. OX KT2Pa ;以16-18°C /min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到450°C _500°C時(shí)，再以7-10°C /min的升溫速率繼續(xù)升溫至690°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，然后冷卻，即得到該復(fù)合材料。實(shí)施例3將預(yù)處理完成的兩種合金放置于相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝內(nèi)，ZLlOlA合金豎直疊放于CuW合金上方，隨后一起在真空爐中進(jìn)行立式熔接。首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不 大于5. OX KT2Pa ;以16-18°C /min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到450°C _500°C時(shí)，再以7-10°C /min的升溫速率繼續(xù)升溫至720°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，然后冷卻，即得到該復(fù)合材料。以上所列出的三個(gè)實(shí)施例中的制備工藝如圖I所示。制備出的雙金屬?gòu)?fù)合材料結(jié)合界面過(guò)渡層微觀組織形貌如圖2所示；圖3是界面過(guò)渡層的局部放大圖；通過(guò)圖2可以看出界面過(guò)渡層是以樹(shù)枝狀向ZLlOlA側(cè)延伸生長(zhǎng)，通過(guò)圖2可以看出CuW基體，在ZLlOlA熔體的高溫作用下，Cuff中的W由于ZLlOlA熔體的熱腐蝕與溶解作用，使得原先完整的W骨架少量溶解掉，隨著ZLlOlA熔體的自擴(kuò)散以及CuW中Cu原子的互擴(kuò)散，零星的分布于界面擴(kuò)散過(guò)渡層中。因此，液固熔接CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料的界面是由界面原子的熔合、熱溶解與擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，開(kāi)發(fā)一種新的CuW/ZLlOlA雙金屬?gòu)?fù)合材料，同時(shí)提供一種低熔點(diǎn)金屬和粉末冶金成型的難熔金屬熔接的方法，解決了現(xiàn)有焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)合界面無(wú)缺陷連接問(wèn)題。更為重要的是，本發(fā)明可以緩解銅材的緊張，并且易加工、可回收循環(huán)再利用，成本低。
權(quán)利要求
1.一種CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，其特征在于，按照以下步驟實(shí)施 步驟I，合金錠機(jī)加工 將CuW合金錠與ZLlOlA合金錠分別加工出潔凈的表面，并確保能夠裝進(jìn)相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝； 步驟2，合金熔接前預(yù)處理 首先，用金相細(xì)砂紙打磨ZLlOlA合金鑄錠，除去氧化皮；其次，用流動(dòng)水沖洗表面殘留物；再次，用超聲波清洗殘留在表面的油污，最后，用溫水洗，進(jìn)一步除去殘余的油污，Cuff合金用磷酸電解腐蝕10-50S ； 步驟3，液固熔接 將步驟2預(yù)處理完成的兩種合金放置于相應(yīng)尺寸的金屬型坩堝內(nèi)，ZLlOlA合金錠豎直放在CuW合金上方，隨后同金屬型坩堝一起在真空管式爐中進(jìn)行立式熔接， 首先，對(duì)真空爐抽真空，使真空度不大于5. OX 10_2Pa;以16-18°C /min的升溫速率進(jìn)行加熱，當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到450°C -500°C時(shí)，再以7-10° C/min的升溫速率繼續(xù)升溫至6700C _720°C時(shí)，保溫30min，然后，向爐中充Ar，當(dāng)爐子的出氣塑料管所在盛有自來(lái)水水瓶中的氣泡穩(wěn)定后，保溫30min，之后在冷卻至常溫，得到CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料； 步驟4，機(jī)加工 對(duì)經(jīng)步驟4處理過(guò)的CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料進(jìn)行機(jī)加工后，即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟2中電解腐蝕CuW表面的磷酸采用體積濃度為75%的磷酸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，先對(duì)合金錠機(jī)加工，然后進(jìn)行合金熔接前預(yù)處理，之后再進(jìn)行液固熔接，最后對(duì)材料機(jī)加工后即成。解決了現(xiàn)有焊接方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)合界面無(wú)缺陷連接問(wèn)題。具體是指通過(guò)液固熔接法使得ZL101A熔體與高熔點(diǎn)的CuW合金發(fā)生液固擴(kuò)散和反應(yīng)，形成一種冶金結(jié)合的界面過(guò)渡層，從而保證CuW/ZL101A雙金屬?gòu)?fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度。制備過(guò)程包括ZL101A與CuW的表面潔凈化處理；真空與Ar氣氛保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行立式液固熔接；冷卻成型。
文檔編號(hào)B22D19/16GK102773462SQ201210260510
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月26日
發(fā)明者梁淑華, 肖鵬, 鄧穎, 鄒軍濤 申請(qǐng)人:西安智通自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)發(fā)公司, 西安理工大學(xué)