不同工艺下钨铜材料的性能对比

目前常用的成型方法有模压成型、挤压成型和注射成型，其中在钨铜材料中应用较为广泛的是模压工艺与注射成型工艺。模压成型又被称为压制成型或压缩成型，其是先将粉状，粒状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压而使其成型并固化的作业。其主要优势在于对原料损失小，设备成本低、一次成型、可成型较大尺寸的平板制品，而缺点是周期长、效率低、不适合复杂制品成型、不适合尺寸精度要求很高的制品、压机大小的限制等。而注射成型工艺这里特指金属粉末注射成型（MIM），其是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。粉末注射成型的优势在于制品密度高、适用材料范围广、产品一致性高、可成型尺寸较小且结构形状复杂的制品。而相应的缺陷是对注射工艺要求较高、模具设计成本费用高、适合小批量生产等。

以W-10Cu钨铜制品为例，比较模压成型和注射成型两种工艺下的钨铜材料性能。W-Cu的理论密度值为17.28g/cm3，通过计算得出相对致密度及其相对值密度随烧结峰值温度的变化趋势如下图所示：

从图中我们不难看出，随着烧结温度的不断上升，两种工艺下所制得的钨铜复合材料的密度都呈现先升后降的变化趋势。而有所不同的是二者密度的峰值所对应的温度不同，模压样在1350℃时密度最高，达到17.16g/cm3,而注射样则在1400℃下密度达到最高的17.17 g/cm3。之后温度进一步升高，二者的密度开始下降。这是由于温度过高时，样品发生了过烧，钨铜内部的铜相渗出至表面，内部存在了一定的孔隙缺陷。在两种工艺的最佳烧结温度下，注射样的致密度达到了99.31%，属于完全致密，而模压样达到99.78%，密度低于注射样。另外，钨铜复合材料的硬度（HRB）与其密度呈正相关，密度越大，相应的材料的硬度也越大。

除了致密度和硬度之外，我们还对两个工艺下的钨铜样品微观结构进行了对比。其具体过程为将经研磨、抛光后的钨铜复合材料试样用FeCl3盐溶液进行腐蚀2分钟后，用清水将其表面腐蚀液冲洗干净，然后用酒精棉擦拭其表面，再进行烘干，最后放置在金相显微镜下进行金相显微组织结构的观察。通过对比金相照片和SEM照片可以发现，模压成型的钨铜样品中的W、Cu两相分布较为均匀，晶粒尺寸均匀，但是在一定温度下内部发生了偏析现象，造成了铜的区域性富集，有一定的孔隙存在。而对于注射成型工艺下的钨铜样品，内部的W、Cu两相分布均匀，不存在W相和Cu相富集的现象，并且Cu相在W颗粒的四周形成了网络状结构。