与传统的粉末冶金的方法相比，钨铜合金电极纳米复合材料一般也有制粉、成型以及烧结的过程，但是由于纳米颗粒的特性使得其纳米钨铜电极复合材料中的铜粉的制备方法有着一定的不同之处。

1.气相蒸发法

将金属铜在惰性气体中蒸发气化，然后与惰性气体冲突、冷却、凝结而形成纳米铜微粒。粉末的形成需经过三个阶段：其一是金属蒸发产生蒸汽阶段，其二是金属蒸汽在稀薄惰性气体中扩散并凝聚形核阶段以及晶核生长阶段。而粉末粒度主要决定于从蒸发液面到这一温区内的生长过程，这一过程受蒸发温度、惰性气体的压力和种类、装置内的温度梯度和对流情况的影响。通过工艺参数的控制可以制备出10nm-1μm的金属超微粉末。该方法是制备金属超微粉末最直接、最有效的方法，法国某公司采用感应加热法，用改进的气相蒸汽法制粉技术成功制备了铜超微粉末。

2.等离子体法

等离子体法温度高、反应速度快，可以获得均匀、小颗粒的纳米粉体，易于实现批量生产，几乎可以制备任何纳米材料。其可分为直流电弧等离子体法（DC），高频等离子体法（RF）以及混合等离子体法（HP）。直流等离子体法设备简单、易于操作，生产速度快，几乎可制备任何纯金属超细粉，但高温下电极易于熔化或蒸发而污染产物；高频等离子体法五点几污染，反应速度快、反应区大，可广泛运用于生产超细粉，其缺点是能量利用率较低、稳定性较差；而混合等离子体法将前两种方法有机结合，不但具有较大的等离子体空间、较高的纯度以及生产效率且稳定性也较好。

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1.纯红铜：又被称为紫铜，纯度高，组织致密，含氧量极低，无气孔、沙眼、疏松等问题，导电性能极佳，电蚀出的模具表面精度高，经热处理工艺后，电极无方向性，适合精打细打。可塑性良好，易于热压和冷压力加工，大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用电蚀铜等对导电导热性能要求较高的场合。其Cu≥99.95%，氧化物＜0.003%，电导率≥57ms/m，硬度≥85.2HV.

2.铬铜：硬度: >75HRB,导电率：>75%IACS，在常温及较高温度下（400°С)具有较高的强度及硬度，导电性和导热性好，耐磨性和减摩性也很好，经时效硬化处理后，强度，硬度，导电性和导热性均显著提高，易于焊接和钎焊，在大气和淡水中具有良好的抗蚀性，高温抗氧化性好，能很好的在冷态和热态中承受压力加工，但其缺点是对缺口的敏感 性较强，在缺口和尖角处造成应力集中，容易引起机械损伤。故不宜作整流子片。

3.铍铜是以铍为主要合金元素的铜合金，又称之为铍青铜。它是铜合金中性能最好的高级有弹性材料，有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度、弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能。密度为8.3g/cm³，抗拉强度≥1000MPa，电导率≥18%IACS，热导率≥105w/m·k20℃。

4.钨铜，采用粉末冶金的制备方法，针对钨钢、高碳钢、耐高温硬质合金的模具需要电蚀，一般的电极材料损耗较大且加工速度慢，其自身电极损耗低并且有着极高的材料蚀除率是EDM中应用最为广泛的一种电极材料。密度达14g/cm3，硬度184HV，电导率≥42%IACS。

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本文第4部分提到根据上述原理开发的具有新型横向截形设计的整体硬质合金麻花钻，因合理安排了钻芯厚度和截形曲线，故能适应不同工件材料和加工性能要求。本部分介绍对上述几款具有新型横向截形设计的硬质合金麻花钻的对比试验，以验证其性能。

具体参数见下表:

测量仪器为Kistler 9265B三向压电式测力仪,试验装置及连接如图7所示。

（未完待续。本文分为若干部分，这是第5部分；第4部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80744-ti-10474）

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本文第3部分提到整体硬质合金麻花钻的横向截形设计要素包括Primary和Secondary两部分曲线，其变化形成不同的槽形，也决定了钻头的不同钻削性能。本部分介绍几款具有新型横向截形设计的硬质合金麻花钻。

3、新型横向截形设计的整体硬质合金麻花钻

根据上述横向截形设计原理可开发不同横向截形的新型整体硬质合金麻花钻，如SU、ST和SH系列钻头产品。SU定位于通用加工（适用于P类、N类、K类等多种材料的加工)）。根据被加工材料特点,适用的工件硬度范围为15～35HRC，其横向截形设计如图4所示。

ST钻头定位于专用（适用于M类，S类，低碳钢等多种材料）加工，被加工材料大多塑性、韧性较高。钻削时切屑变形要消耗很大的能量，特别是对高温强度大、加工硬化严重的材料，在切削过程中，切屑变形负荷大，且不易折断，容屑空间要大。其横向截形设计如图5所示。

SH专用于硬材料(硬度可达48HRC) 、高强度钢（抗拉强度δb 1500NPmm2）的加工。根据被加工材料特点,其横向截形设计如图6所示。由于被加工材料的硬度、强度高，钻削过程中塑性变形抗力很大。因此，相对SU，ST的容屑槽，芯径d1 与内切圆d2 尽可能接近，保证足够的刚性。

（未完待续。本文分为若干部分，这是第4部分；第3部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80743-ti-10473；第5部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80746-ti-10475）

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本文第2部分提到整体硬质合金麻花钻的主刃由前刀面和后刀面相交形成，横向截形的是前刀面容屑槽的形状。前刀面形状研究较多，而横向截形的研究较少。本部分讲述横向截形设计要素。

2.2　横向截形设计要素

由于钻头主刃各点几何参数(前角、后角)不同,切削过程受力也不同，同时钻削又是一个半封闭的加工过程，因此容屑槽的设计较为复杂，我们可以从横向截形分析入手，实现对容屑槽结构的设计。如图3所示，横向截形可看成由两部分组成，“Primary”和“Secondary”。其中“Primary”部分与后刀面构成的切削主刃起到参与切削作用，而“Secondary”部分主要控制切屑的形状和流动，起到排屑的作用。

在当今制造业中常用的硬质合金钻头容屑槽形有很多种，其中比较典型的有如下几种：圆弧刃背型、菱形等前角型、增大钻芯型、菱形直线刃型和传统截形。在对传统型、菱形直线刃型、菱形等前角型、TiN涂层菱形直线刃型、TiN菱形等前角型进行磨损实验后得出，在未涂层的三种钻头中，菱形等前角型钻头钻孔数量最多，传统型最少，菱形直线刃型在两者之间。因此，该表钻头容屑槽形，不仅可以提高刚性，扩大排屑空间，增加钻孔深度，而且可以提高使用寿命。

（未完待续。本文分为若干部分，这是第3部分；第2部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80742-ti-10472；第4部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80744-ti-10474）

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本文第1部分提到钻削加工是机加工中重要的加工方式之一，整体硬质合金麻花钻使用十分广泛，其性能决定因素有材质、表面涂层、容屑槽结构和钻尖形状等。本部分讲述整体硬质合金麻花钻的主刃形成因素。

由于后刀面的伸展方向较大，在此方面许多学者做了大量的工作，主要开发了圆锥面型、双曲面型、椭球面型和凸圆柱面型等4种后刀面曲面形式的钻头产品。而前刀面容屑槽的形状即横向截形对主刃的影响研究不多。

（未完待续。本文分为若干部分，这是第2部分；第1部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80741-ti-10471；第3部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80743-ti-10473）

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横向截形是麻花钻螺旋面容屑槽的一个特征参数。钻头前刀面是由螺旋面容屑槽构成的,而后刀面的构成主要有平面、圆锥面、椭圆面和双曲面等多种形式很多学者在后刀面曲面构成和磨削方式上做了大量的研究工作，而在改变钻头前刀面，即改变螺旋面容屑槽和横向截形方面的研究不多。本文对整体硬质合金麻花钻横向截形进行了应用研究，设计和制造了SU、ST和SH三种不同钻头的截面轮廓，并进行了切削试验。结果表明：可以通过改变钻头横截面轮廓来得到不同的刀具几何形状，适用于不同的加工条件。

1、引言

钻削在制造领域内占有十分重要的地位，它是金属切削加工中最重要的工序之一，约占所有金属切削加工工序的33%。在机械加工中，尤其是在汽车与航空等孔加工占重要比重的制造业中，整体硬质合金麻花钻的应用极为广泛。该钻头涉及的关键技术有材质、表面涂层、容屑槽结构和钻尖形状等。对于基体材质一般采用超细硬质合金棒材，表面涂层大多采用PVD工艺，有TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN等多种复合纳米涂层；容屑槽根据被加工材料特性以及加工条件、切削参数并结合基体材质和涂层性质，设计成多种结构，对切屑的形成和排出起到至关重要的作用；而钻尖形状综合上述提到的多种切削因素，直接参与对金属的切削，决定了切削变形和切削过程。近几年来，国外许多大的刀具制造厂商对容屑槽结构进行了大量的研究和改进。如下图所示为整体硬质合金麻花钻R840和R41515不同的横向截面形状对比。

由于R840容屑槽设计得更宽、更深、更有利于断屑和排屑，同时增强了钻头刀尖的强度，因而R840的钻孔深径比可达到7倍, 进给速度可提高50%。由此可见，横向截形作为麻花钻螺旋面容屑槽的一个特征参数，对其进行研究是十分有意义的。

（未完待续。本文分为若干部分，这是第1部分；第2部分请参考：http://news.chinatungsten.com/cn/tungsten-information/80742-ti-10472）

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离子交换法

自20世纪80年代APT生产工艺采用离子交换法以来,便以流程短、投资少、环境好、收率高等优点迅速发展起来,APT结晶母液的处理方法也开始转向离子交换法,其基本原理是利用钨在各种不同pH值范围内形成不同的络合阴离子(同多酸及杂多酸),当APT结晶母液由弱碱性调到酸性时,钨酸根离子聚合成HW6O5-21和W12O6-39及H2W12O6-40等,P、As、Si、Mo等与钨形成PW12O3-40、PMo12O3-40、AsW12O3-40、SiW12O4-40等,与碱性树脂接触时,发生以下反应
 

6R3NHCl+H2W12O6-40=(R3NH)6H2W12O40+6Cl

再用碱液解吸,发生以下反应:

(R3NH)6H2W12O40+6NaOH=Na6H2W12O40+6(R3NH)OH

Na6H2W12O40+18NaOH=12Na2WO4+10H2O

文献报道,在早期用D296强碱离子交换树脂的基础上,选用D354弱碱性离子交换树脂,从APT结晶母液回收钨,制得固体钨酸钠,工艺流程见图2。

生产主要工艺条件为: 母液调酸pH值 3.5～4.0;吸附线速度 2～3m/h;尾液WO3含量 ≤1g/L;解吸线速度 3m/h;解吸剂浓度 2.5mol/LN。

回收所得钨酸钠产品质量符合工业一级品标准,见表3。

文献报道,通过对多种树脂进行筛选,采用大孔弱碱性树脂处理母液在吸附钨的同时将母液中Cl-大部分除去,解决了母液中Cl-含量太高,不能直接返回主流程的难题,达到解吸液直接返回主流程且简化工艺目的,从而实现母液中钨的回收,母液及解吸液的杂质元素含量见表4。

其生产过程的主要工艺参数如下:母液调酸控制 pH<5;吸附线速度 2～3cm/min;

解吸剂浓度 2.5mol/LNaOH。

处理后的母液进入主流程后,各项工艺技术指标稳定,取得较好的经济效益。

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余碱分解法

据文献报道,结晶母液中WO3主要以正钨酸盐或仲钨酸盐形态存在,并存有少量的杂多酸盐和含有较高的Mo及其他杂质元素。余碱分解法利用粗钨酸钠溶液中的余碱(含碱大约为30～40g/L)与母液中的钨、钼酸铵反应:

2NaOH+(NH4)2WO4→Na2WO4+2NH4OH

2NaOH+(NH4)2MoO4→Na2MoO4+2NH4OH
 

反应后液按理论量的5倍加入Na2S,在pH=2.5～310的情况下沉淀,Mo以MoS3形式沉淀,压滤后溶液返回主流程与粗钨酸钠溶液合并净化除杂,供后续工序,主要工艺流程见图1。
 

经余碱分解法处理后的母液与粗钨酸钠液合并后,净化除杂效果十分明显,见表2。未对主流程产生任何不良影响,整个工艺所生产的APT均可达到高纯产品的要求。

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钨铜合金电极是电火花加工（Electric Discharge Machining, EDM）中使用最广的电极材料之一。由于电火花加工过程是通过工具和工件之间不断产生脉冲性的放电火花，靠放电时产生的局部瞬时高温将金属蚀除下来。因此，应用在电火花加工中的电极，一方面要求有一定的耐电蚀及高温腐蚀性和良好的导电性。另一方面还要求其具有良好的组织均匀性。而电导性能的优劣可以从一定程度上反映出钨铜合金电极的组织是否均匀。

相关研究人员通过热导值理论模型（也适用于电导率分析）实验发现实测的电导率都普遍低于理论值。其经过仔细研究发现，影响钨铜合金电导率主要有三个因素，即杂质、孔隙度以及微观结构。而杂质是其中最主要的影响因素，即使是微量的杂质，也会显著降低钨铜材料的的热导和电导性能。

杂质的来源有以下几个方面：1.为提高钨铜材料的致密度而加入活化剂所形成的杂质，它们与铜形成固溶体，从而影响铜的导电性，就如加入一些微量元素（Co，Ni等），其电导率就下降的很快。2.原料本身纯度不高，可能在制备的过程中由外界引入一定的杂质。

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