热化学法制备钨铜合金电极

随着电加工行业技术的飞速发展，对其所使用的电极的性能要求也越来越高。无论是钨含量较高（W质量分数达50%-90%）的高钨型钨铜合金，还是铜含量较高（Cu质量分数达60%-90%）的高铜型钨铜合金，目前主流的生产方法都是混料法和渗铜法。从理论上说，混料法简单方便可以生产出任意配比的钨铜合金。但是这种传统的方法所生产的出的原料粉末颗粒较为粗大，且密度分布不均，这会使得在压制成型和烧结后很难获得组织结构致密的钨铜合金电极。而渗铜法适合于制备含铜量在8%-40%之间的钨铜合金，其通过熔融状态的铜对钨骨架进行熔渗，以达到致密的效果。虽然熔渗法是目前使用范围最广，且制备出的钨铜合金性能较为稳定的工艺方法，但是其也存在着一定的问题，如控制参数较多、孔隙度的控制较难、孔隙分布情况难以判断等。

因此，在近些年来，相关的学者和研究人员围绕着原料的制备和成型工艺进行了进一步的探索。一些新的工艺也逐步发展起来，其中较为有实际效果和可操作性的有：1.预合金化处理：其通过机械和高能球磨的方法使粉末细化甚至微合金化，从而达到增加分体活性以及促进烧结致密化的目的；2.超细颗粒/纳米级粉末：通过加入晶粒长大抑制剂、高能球磨、加入元素以及改变原料形态等方法对粉末进行细化，甚至达到纳米级别；3.热压成型：其是将预先配好的混料装入模腔中，在高温高压下进行快速成型，实现坯块压制与烧结一体化，使之达到致密的效果；4.注射成型法：该工艺适合于结构复杂且体积较小的零件的制备，其所制备的产品组织结构均匀，尺寸精确，但是工艺参数的控制较为复杂、且模具的生产成本较高；5.包覆粉法：以钨包铜粉为主，其将两者的氧化物、化合物或化合溶液掺杂在一起，进行干燥煅烧、还原后制得包覆粉。除此之外，真空烧结、微波烧结、活化烧结、等离子弧焊烧结等工艺都有各自的优点及适用范围。这里我们主要介绍通过热化学法生产包覆粉的工艺。

以生产W-25Cu钨铜合金电极为例，原料为三氧化钨以及氧化铜，将二者的粉料按一定比例均匀混合、过筛，在煅烧炉中煅烧2h，还原后制得包覆粉。最后在一定的压力下进行压制成型并送入马弗炉中烧结。在检测的过程中，用阿基米德法测定密度；用扫描电子显微镜观察粉末和合金断口形貌；用拉伸机测定抗拉强度；用电桥法测定电导率；用X-ray能谱分析仪分析其成分；用激光透射法测定粉末粒度分布。在煅烧过程中，两种氧化物发生化学反应，W原子和Cu原子发生键合作用生成钨酸铜（CuWO4）。从微观的角度分析，Cu还原时紧随着W原子析出，从而形成钨包铜的细颗粒粉末，且颗粒大小相接近。细颗粒的表面能较大能够促进烧结致密化。从断口形貌上看，相比于其他工艺所制备的钨铜合金电极只有沿晶断裂的现象，其自然拉伸断口呈现明显的穿晶断裂现象。这是由于烧结时颗粒表面的钨粉发生相互焊合与重排，且结晶较为完全，进而形成牢固的钨网状骨架，极大地提升了钨铜合金电极内部的组织结构强度。而对于钨铜电极材料来说，其抗拉或抗弯强度以及电导率是两个极为重要的性能表征。钨包铜复合粉压坯在烧结过程中可以是钨和铜两相分布均匀，而均匀的组织有利于在通电过程中有效加大传导电子的平均运行速度，从而显著增强钨铜合金电极的导电性能。

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