钨铜合金材料的性能、用途及其制取工艺

钨铜合金材料是以钨和铜两种元素组成的材料。钨与铜不形成固溶体,也不形成金属间化合物,而是以各自金属组元独立、均匀的存在。因此,开始称之谓“假合金”,后来也归入“复合材料”中。具有钨骨架(骨架密度一般为70%~86%理论密度)的钨铜材料,在高温作用下,由于铜熔化、蒸发吸收了材料表面的热量,对钨基体有冷却效果,就像人体发汗降低体温一样,是一种金属发汗材料。钨具有高熔点、高强度和高硬度,铜具有良好导电性、导热性和韧性,钨铜材料综合了钨和铜的性能,具有很高的使用价值。

钨铜材料简史         

20世纪30年代,德国首先用粉末冶金法制成钨铜假合金,用作高压电器开关触头,代替纯铜触头性能有很大改善。中国于50年代制造和应用钨铜(铜钨)触头。60年代中至80年代末,中同研究了钨铜材料的抗固体燃气烧蚀性和热震性,研制出用于固体燃料火箭的喷管、燃气舵和其他部件。

钨铜材料品种、性能和用途        

钨铜材料具有较高的高温强度、硬度,良好的导电性、导热性和其他物理性能,可作为电工材料、瞬时高温材料、破甲材料以及一些特殊用途的材料。

钨铜材料制取工艺

钨熔点(34()(]C)与铜熔点(1083(、)相差很大,并且钨与铜不发生合金化,无法用熔炼法制造钨铜材料。这种材料用粉末冶金法制造,主要有混粉烧结法和熔渗法两种工艺。混粉烧结法是将钨粉和铜粉按所需比例混合、压制、烧结、复压制得产品,一般用于制造含钨量较低(一般低于60%)的产品。熔渗法,也叫熔浸法,是将钨粉压坯(或加有少量铜粉的钨粉压坯)预烧结成多孔钨体(骨架),然后放在铜液中浸渗;或压坯不经预烧结而是烧结和熔渗合为一道工序在高于铜的熔点温度下进行熔渗。借助毛细力作用,熔融铜便渗透到钨体的孔隙中而制得产品。中国钨铜和钨银材料的国家标准有GB832087铜钨触头和银钨触头技术条件。

钨铜合金材料


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碳化钨铜合金的简介及其应用

碳化钨铜,采用高品质碳化钨粉及无氧铜粉,应用压制成型-高温烧结-渗铜工艺,保证产品纯度及准确配比,组织细密,性能优异。断弧性能好,导电性好、导热性好、热膨胀小。耐高温、耐电弧烧蚀、强度高、比重大、导电、导热性好,易于切削加工,并具有发汗冷却特性,作为真空触头材料、电极材料。

这种合金材料是采用特种工艺生产的,其组织均匀而致密,既具有碳化钨的高熔点、高沸点、高强度和高硬度等优点又具有铜的导电、导热性强,接触电阻低等优点。

钨铜,钨和铜组成的合金。常用合金的含铜量为10%~50%。合金用粉末冶金方法制取,具有很好的导电导热性,较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下,如3000℃以上,合金中的铜被液化蒸发,大量吸收热量,降低材料表面温度。所以这类材料也称为金属发汗材料。钨铜合金有较广泛的用途,主要是用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件,也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。

碳化钨铜是通过压制-烧结-熔渗工艺生产制造的难溶金属材料。一般碳化钨的含量从50%到70%( 重量百分比),这种材料具有非常高的机械强度并具有卓越的抗电弧烧损能力。

WD10250E因为铜含量增加,相比其它的等级有较高的电导率,所以广泛用于抽头式切换开关中的滑动块。这种材料也用于变压器开关和负荷很大的接触器中。

WD10256是最常用的电接触器材料,因为他们的抗机械磨损性能最好。在油浸开关中,因为冲击压力很大,常用该材料作为弧接触器。

WD10270E常用严酷的电镦以及电锻造应用,该材料具有极高的硬度以及强度。这中材料的最大不足就是因为他们及其优异的抗烧损能力而导致极其难加工。

碳化钨铜


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W75钨铜合金的用途及其物理、化学性质

W75钨铜合金是利用高纯钨粉优异的金属特性和高纯紫铜粉的可塑性、高导电性等优点,经静压成型、高温烧结、溶渗铜的工艺精制而成的复合材料。断弧性能好,导电导热好,热膨胀小,高温不软化,高强度,高密度,高硬度。

W75钨铜合金用途

1.电阻焊电极:综合了钨和铜的优点,耐高温、耐电弧烧蚀、强度高、比重大、导电、导热性好,易于切削加工,并具有发汗泠却等特性,由于具有钨的高硬度、高熔点、抗粘附的特点,经常用来做有一定耐磨性、抗高温的凸焊、对焊电极。

2.电火花电极:针对钨钢、耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时,普通电极损耗大,速度慢,而钨铜高的电腐蚀速度,低的损耗率,精确的电极形状,优良的加工性能,能保证被加工件的精确度大大提高。

3.高压放电管电极:高压真空放电管在工作时,触头材料会在零点几秒的时间内温度升高几千摄氏度,而钨铜的抗烧蚀性能、高韧性,良好的导电、导热性能给放电管稳定的工作提供必要的条件。

4.电子封装材料:既有钨的低膨胀特性,又具有铜的高导热特性,其热膨胀系数和导电导热性可以通过调整材料的成分而加以改变,从而给材料的使用提供了便利。

W75钨铜合金化学成份——主要化学成份% :钨W70.00   铜Cu30.00
W75钨铜合金应用:电阻焊电极,电火花电极,高压放电管电极,电子封装材料。
W75钨铜合金物理性能及机械性能——密度g/cm:313.8-14;导电率%IACS:42;硬度:185HV。

W75钨铜


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钨铜棒的特点及其用途

钨和铜组成的合金,常用合金的含铜量为10%~50%。合金用粉末冶金方法制取,具有很好的导电导热性,较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下,如3000℃以上,合金中的铜被液化蒸发,大量吸收热量,降低材料表面温度。所以这类材料也称为金属发汗材料。钨铜是利用高纯钨粉优异的金属特性和高纯紫铜粉的可塑性、高导电性等优点,经静压成型、高温烧结、溶渗铜的工艺精制而成的复合材料。断弧性能好,导电导热好,热膨胀小,高温不软化,高强度,高密度,高硬度。

钨铜合金有较广泛的用途,主要是用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件,也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。

电阻焊电极

电阻焊电极(选择钨铜WD10080):综合了钨和铜的优点,耐高温、耐电弧烧蚀、强度高、比重大、导电、导热性好,易于切削加工,并具有发汗泠却等特性,由于具有钨的高硬度、高熔点、抗粘附的特点,经常用来做有一定耐磨性、抗高温的凸焊、对焊电极。

电火花电极

电火花电极(选择钨铜WD10070,WD10075,放电钨钢应该选择WD10080):针对钨钢、耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时,普通电极损耗大,速度慢,而钨铜高的电腐蚀速度,低的损耗率,精确的电极形状,优良的加工性能,能保证被加工件的精确度大大提高。

高压放电管电极

高压放电管电极(选择WD10070):高压真空放电管在工作时,触头材料会在零点几秒的时间内温度升高几千摄氏度,而钨铜的抗烧蚀性能、高韧性,良好的导电、导热性能给放电管稳定的工作提供必要的条件。

化学成分:

主要化学成分% :钨W70.00 铜Cu30.00;应用:电阻焊电极,电火花电极,高压放电管电极,电子封装材料。

物理性能及机械性能

密度g/cm3 :13.8-14 导电率%IACS:42 硬度:185HV 抗弯强度Mpa: 700 软化温度℃:900

钨铜合金棒


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钨铜的物理性能及其应用

钨铜合金综合了金属钨和铜的优点,其中钨熔点高(钨熔点为3410℃,铜的熔点1080℃),密度大(钨密度为19.34g/cm,铜的密度为8.89/cm3) ;铜导电导热性能优越,钨铜合金(成分一般范围为钨铜7~钨铜50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大;导电、导热性能适中,广泛应用于军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料,做为零部件和元器件广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

军用耐高温材料

钨铜合金在航天航空中用作导弹、火箭发动机的喷管、燃气舵、空气舵、鼻锥,主要要求是要求耐高温(3000K~5000K)、耐高温气流冲刷能力,主要利用铜在高温下挥发形成的发汗制冷作用(铜熔点1083℃),降低钨铜表面温度,保证在高温极端条件下使用。

铜钨合金综合铜和钨的优点,高强度、高比重、耐高温、耐电弧烧蚀、导电导热性能好、加工性能好,ANK 钨铜合金采用高品质钨粉及无氧铜粉,应用等静压成型 - (高温烧结) - 渗铜,保证产品纯度及准确配比,组织细密,性能优异。本司铜钨系国内优质钨铜合金材料,极适合应用于高硬度材料及薄片电极放电加工,电加工产品表面光洁度高,精度高,损耗低,有效节约电极材料提高放电加工速度并改善模具精度。另可用作点焊 /碰焊电极。钨铜与模具钢焊接成一体,在电极的使用上非常方便。

应用

1.电极材料:应用于高硬度材料及溥片电极放电加工,电加工产品表面光洁度高,精度高,损耗低,有效节约。

2.触点材料: 高中压开关或断路器的弧触头和真空触头,线路板焊接和电器接触点。

3.焊接材料:埋弧焊机,气体保护焊机焊咀,无线电电阻厂(生产炭膜电阻,金属镀膜电阻)电阻对焊机碰焊材料(铜钨合金焊接圆盘) 。

4.导卫材料:各种线材轧钢,用于导向保护作用材料。


钨铜合金


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钨铜合金的简介及其特点

钨和铜组成的合金,常用合金的含铜量为10%~50%。合金用粉末冶金方法制取,具有很好的导电导热性,较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下,如3000℃以上,合金中的铜被液化蒸发,大量吸收热量,降低材料表面温度。所以这类材料也称为金属发汗材料。

钨铜合金有较广泛的用途,主要是用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件,也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。

钨铜选用精细钨、铜粉末,经一流浸透烧结工艺精制而成,可承受近2000度高温和高应力,具有高熔点、高硬度、抗烧损和良好抗粘附性,电蚀产品表面光洁度高,精度极高,损耗低。

钨铜广泛用作高压,超液压开关和断路器的触头,保护环,用于电热墩粗砧块材料,自动埋弧焊导电咀,等离子切割机喷嘴,电焊机,对焊机的焊头,滚焊轮,封气卯电极和点火花电极,点焊,碰焊材料等。

钨铜合金特点

1.电阻焊电极:综合了钨和铜的优点,耐高温、耐电弧烧蚀、强度高、比重大、导电、导热性好,易于切削加工,并具有发汗冷却等特性,由于具有钨的高硬度、高熔点、抗粘附的特点,经常用来做有一定耐磨性、抗高温的凸焊、对焊电极。

2.电火花电极:针对钨钢、耐高温超硬合金制作的模具需电蚀时,普通电极损耗大,速度慢。而钨铜高的电腐蚀速度,低的损耗率,精确的电极形状,优良的加工性能,能保证被加工件的精确度大大提高。

3.高压放电管电极:高压真空放电管在工作时,触头材料会在零点几秒的的时间内温度升高几千摄氏度。而钨铜高的抗烧蚀性能、高韧性,良好的导电、导热性能给放电管稳定的工作提供必要的条件。

4.电子封装材料:既有钨的低膨胀特性,又具有铜的高导热特性,其热膨胀系数和导电导热性可以通过调整材料的成分而加以改变。

钨铜合金


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纯钨钨极电极

根据DIN 8571的规定,在焊接时通电的焊丝和焊棒称为电极。非熔化的仅仅作为电弧载体用的电极则称为永久电极,它不属于焊接填充材料。一般在气体保护焊时应用钨极和焊丝电极(下称焊丝)。

钨极气体保护焊和等离子切割用的永久电极已纳入DIN 32528标准。钨极多呈圆柱形棒,由于钨的熔点高(3390°C)不能用铸造,而只能用粉末冶金法制造。

在德国标准中,钨棒的标准直径有: 0.5;1.0;1.6;(2.0);2.4;(3.0);3.2;4.0;(5.0);(6.0);6.4;8.0 毫米,括号内的尺寸应尽可能不用。

除了有圆形截面的钨棒外,还有扁形钨棒,标准中将这类钨棒称为特殊电极。

德国标准中规定了以下几种钨棒长度: 50,75,150和175 毫米。

除了可以用纯钨棒电极外,有的在钨中添加入一定百分比的氧化物以改善钨棒的电子发射性能。添加剂有氧化钍(ThO2)、氧化锆(ZrO2)和氧化镧(LaO2)。

标准钨棒的氧化物成分均匀分布在整个截面内。按现在一般的观点,这种氧化物成分的功用在于减少输出功。输出功的单位为eV(电子伏特)。有以下数据:

纯钨的输出功为5.36eV,而添加了氧化钍的钨的输出功则仅为2.62eV。

由于氧化物中的电子比从金属中释放容易,故添加了这种氧化物的钨棒的输出功可降低一些。

添加氧化物钨棒的优点为:改善引弧性能;稳定电弧;在相同电流强度或较高的电流负荷下发热较小;

在同样的电流强度下具有较长的耐用度;

添加氧化物钨棒的缺点为:比未添加氧化物的钨棒价格贵;较硬的电弧。

纯钨钨极电极


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纯钨钨极的分类及其适用性

钨极分类:钨极氩弧焊按操作方法可分为手工钨极氩弧焊和机械化焊接两种。对于直线焊缝和规则的曲线焊缝,可采用机械化焊接。而对于不规则的或较短的焊缝,则采用手工钨极氩弧焊。目前使用较多的是直流手工钨极氩弧焊,直流钨极氩弧焊通常分为两种。

直流反极性:在钨极氩弧焊中,虽很少用直流反极性,但是,它有一种去除氧化膜作用。所谓去除氧化膜作用,在交流焊的反极性半波也同样存在,它是成功地焊接铝、镁及其合金的重要因素。铝、镁及其合金的表面存在一层致密难熔的氧化膜覆盖在焊接熔池表面,如不及时清除,焊接时会造成未熔合,在焊缝表面还会形成皱皮或产生内气孔、夹渣,直接影响焊接质量。实践证明,反极性时,被焊金属表面的氧化膜在电弧的作用下,可以被清除掉而获得成形美观的焊缝。这种作用要求阴极斑点的能量密度要很高和被质量很大的正离子撞击,致使氧化膜破碎。

直流正极性:直流正极性时,焊件接正极,焊件接受电子轰击放出的全部动能和逸出功,产生大量的热,因此熔池深而窄,生产率高,焊件的收缩和变形都小。当采用直流正极性时,钨极是阴极,钨极的熔点高,在高温时电子发射能力强,电弧燃烧稳定性好。除焊接铝、镁及其合金外,一般均采用直流正极性接法进行焊接。

钨极适用性:钨极氩弧焊,以人工或自动操作都适宜,且能用于持续焊接、间续焊接(有时称为‘跳焊’)和点焊,因为其电极棒是非消耗性的,故可不需加入熔填金属而仅熔合母材金属做焊接,然而对于个别的接头,依其需要也许需使用熔填金属。钨极氩弧焊是一种全姿势位置焊接方式,且特别适于薄板的焊接—经常可薄至0.005英寸。   

焊接的金属 :钨极氩弧焊的特性使其能使用于大多数的金属和合金的焊接,可用钨极氩弧焊焊接的金属包括碳钢、合金钢、不锈钢、耐热合金、难熔金属、铝合金、镁合金、铍合金、铜合金、镍合金、钛合金和锆合金等等。   

铅和锌很难用钨极氩弧焊方式焊接,这些金属的低熔点使焊接控制极端的困难,锌在1663氟汽化,而此温度仍比电弧温度低很多,且由于锌的挥发而使焊道不良,表面镀铅、锡、锌、镉或铝的钢和其它在较高温度熔化的金属,可用电弧焊接,但需特殊的程序。

纯钨钨极


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纯钨钨极的原理和特点

纯钨钨极原理:钨极氩弧焊是用钨棒作为电极加上氩气进行保护的焊接方法。焊接时氩气从焊枪的喷嘴中连续喷出,在电弧周围形成保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区,从而获得优质的焊缝。焊接过程中根据工件的具体要求可以加或者不加填充焊丝。

纯钨钨极特点:这种焊接方法由于电弧是在氩气中进行燃烧,因此具有以下优缺点   

1) 氩气具有极好的保护作用,能有效的隔绝周围空气;它本身既不与金属起化学反应,也不溶于金属,使得焊接过程中的冶金反应简单易控制,因此获得较高质量的焊缝提供良好条件。   

2)钨极电弧非常稳定,即使在很小电流情况下(<10A)仍可稳定燃烧,特别适用于薄板材料焊接。   

3)热源和填充焊丝可分别控制,因而热输入容易调整所以这种焊接方法可进行全方位焊接,也是实现单面焊双面成型的理想方法。   

4)由于填充焊丝不通过电流,故不产生飞溅,焊缝成型美观。   

5)交流氩弧焊在焊接过程中能够自动清除焊件表面的氧化膜作用,因此,可成功地焊接一些化学活泼性强的有色金属,如铝、镁及合金。   

6)钨极承载电流能力较差,过大的电流会引起钨极的熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而引起夹钨。因此,熔敷速度小、熔深浅、生产率低。   

7)采用氩气较贵,熔敷率低,且氩弧焊机有较复杂,和其他焊接方法(如焊条电弧焊、埋弧焊、CO2&shy;气体保护焊)比较,生产成本较高。   

8)氩弧周围受气流影响较大,不易室外工作。

纯钨钨极


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钨电极材料的起源与发展

1913年平奇(Pintsch)发现了钨- 二氧化钍电极材料,在纯钨中添加2%(质量分数)左右的二氧化钍,其逸出功率降低近一半而减小至2.63eV(纯钨为4.55eV),大大提高了发射效率,可达50mA/W~70mA/W(经碳化的纯钨电极只有25mA/W~40mA/W).而且钨- 二氧化钍的引弧和稳定性能也比纯钨大大提高。但是钍属于天然放射性元素,其α射线的半衰期长达1.4×1014年,在生产和使用中的放射性污染对环境和人体健康造成危害;日益高涨的环保意识限制了它的发展,而且钨- 二氧化钍电极的电弧稳定性和耐久性也不能满足日益发展的焊接技术的需求,因此各国材料工作者都一直在进行研究和开发新的代钍钨电极材料。

铈钨是为了取代具有放射性污染的钍钨材料而发展起来的新型钨电极材料,前苏联在上世纪60年代已有研制新型电极材料的报道,我国上海灯泡厂在1973年开始研究钨- 二氧化铈电极,首先试制成功并应用,并已被国际标准化组织列入非熔化极标准中。目前国外大多采用纯钨粉与铈化合物直接混合的方法制取铈钨粉末。国内则通过采用蓝钨湿法掺杂二氧化铈,一次性还原、酸洗、等静压成型、轧制开坯等工艺所研制的铈钨电极,经检测和使用表明,所研制的铈钨粉末纯度高,压制性能和烧结性能好;铈钨坯的铈含量均匀,加工性能良好。电极一致性好,起弧性能佳,赢得了用户的广泛好评。实践证明,铈钨电极在小规格焊接用钨电极方面成功取代了钍钨,但在交流氩弧焊电极、气体放电光源等方面尚不能完全取代钍钨,而且铈钨电极还存在引弧较差,使用寿命较短等不足之处。

在我国90年代,为了制取性能优良且无污染的钨电极,在三氧化钨粉末中添加氧化镧,经过还原、压制、垂熔、旋锻、拉伸制得了镧钨电极。经分析,镧钨电极的电性能明显优于铈钨和钍钨电极,镧钨中的氧化镧的迁移速率和蒸发速率低,能形成较好的燕尾搭接金相组织,具有良好的高温抗蠕变性能。采用高能球磨和真空热压烧结工艺制备出块体纳米晶钨-氧化镧电极材料,研究了不同氧化镧含量对纳米晶钨电极材料电性能的影响,同时用扫描电镜和能谱仪测定了燃弧后电极尖端La的分布及显微组织。结果表明:纳米晶钨-氧化镧电极的电性能优于传统的粉末冶金粗晶钨电极。当氧化镧含量在6%~8%时,其热电子发射能力和稳定性最好,但是随着稀土氧化镧含量的增大,镧钨电极的成型性和加工性更加困难。

钨电极


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