一种自润滑铜钨材料的制备方法与流程

本发明属于铜钨合金材料制备技术领域，具体涉及一种自润滑铜钨材料的制备方法。

背景技术：

铜钨(CuW)电触头是电器开关的接触元件，主要担负着接触、断开负载电流的任务。开关的安全性、可靠性、开断和关合特性很大程度上取决于触头材料的物理性质及其电学特性。铜钨(CuW)系触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高的强度而广泛应用于各种断路器、负荷开关和变压器转换开关的元件。

铜钨合金在实际应用中需要经过上千甚至上万次的开合，在每次开合过程中都会发生磨损现象，从而严重降低铜钨合金的使用寿命。目前市场上应用的多数铜钨合金的摩擦系数较高，耐摩擦磨损性能较差，导致了铜钨合金的实际应用中因为磨损而造成的失效情况较多，从而严重降低了铜钨合金的使用寿命。所以基于以上情况，本发明提出在铜钨合金中添加高温润滑剂的方案，从而使铜钨合金在使用过程中能够产生自润滑的作用，延长其使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自润滑铜钨材料的制备方法，制备得到的铜钨(CuW)合金具有较高的硬度、较低的摩擦系数和较长的使用寿命。

本发明所采用的技术方案是，一种自润滑铜钨材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将氮化硼、钨粉和诱导铜粉进行机械混合，然后经过粘结处理、晾干、筛粉处理，得到混合粉末；

步骤2，将步骤1得到的混合粉末通过冷压模具压制成毛坯，然后将毛坯装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结熔渗，得到自润滑铜钨材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中氮化硼、钨粉和铜粉的质量比为0.2～1:70:10。

步骤1中机械混合是在混料机中进行，其中碳化钨磨球与混合粉末的质量比为1：1，混料机以100～200r/min的转速混粉4～4.5h。

步骤2中压制的压力为300～350KN，保压时间为30～35s。

步骤2中烧结熔渗的具体参数为：20℃经过40～60分钟升温至900～950℃，然后保温30～60分钟，再经过5～10分钟升温至960～1000℃，再保温30～60分钟，再经过40～80分钟升温至1350～1400℃，保温120～180分钟，随炉冷却至常温。

本发明的有益效果是，本发明制备方法自润滑铜钨材料的制备方法，通过在制备过程中添加氮化硼，改善了铜钨材料的性能，提高了铜钨材料的硬度、降低了其摩擦系数；在使用过程中能够产生自润滑的作用，延长其使用寿命。

附图说明

图1是本发明制备方法制备得到的自润滑铜钨材料的组织形貌图；

图2是实施例1～5制备得到的自润滑铜钨材料的硬度曲线图；

图3是实施例1～5制备得到的自润滑铜钨材料的摩擦系数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明自润滑铜钨材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将氮化硼、钨粉和诱导铜粉放入混料机中进行机械混合，(氮化硼、钨粉和铜粉的质量比为0.2～1:70:10)碳化钨磨球与混合粉末的质量比为1:1，混料机以100～200r/min的转速混粉4～4.5h；

步骤2，将步骤1混合后的粉末经过粘结处理晾干、筛粉(200目筛网)处理，得到混合粉末；

步骤3，将步骤2得到的混合粉末通过冷压模具压制成毛坯，压制的压力为300～350KN，保压时间为30～35s；

步骤4，将步骤3压制得到的毛坯装在高纯石墨坩埚中，在氢气保护气氛下进行烧结熔渗(20℃经过40～60分钟升温至900～950℃，然后保温30～60分钟，再经过5～10分钟升温至960～1000℃，再保温30～60分钟，再经过40～80分钟升温至1350～1400℃，保温120～180分钟，随炉冷却至常温)，得到自润滑铜钨材料。

氮化硼热稳定性好，在中性还原气氛中，可耐热到2000℃，在氮气和氩中使用温度可达2800℃。BN化学性质稳定，在1500℃以下不与Cu和W发生反应。氮化硼能够满足铜钨(CuW)合金在制备过程中以及实际应用中的各种苛刻的条件。

氮化硼(BN)硬度高，添加在合金中能够提高合金的硬度。

氮化硼俗称白石墨，其晶体结构呈现层片状，具有一定程度的定向排列，这种结构降低了它的摩擦系数，所以添加BN的合金也具有相对较低的摩擦系数。

本发明通过添加BN制备铜钨(CuW)合金，由于BN所具有的各种优良的性能，改变了整个铜钨(CuW)合金的性能。用这种方案制备的CuW70合金的硬度最高可达到207HB，而CuW70合金的标准硬度是175HB，所以用这种方法制备的CuW合金的硬度高出国标18％。用这种方案制备的CuW70合金的摩擦系数可降低到0.082，而不添加BN的铜钨(CuW)合金的摩擦系数是0.099，所以用这种方法制备的CuW合金的摩擦系数降低了17％。

实施例1

称取亚微米级W粉70％、BN粉0.2％、诱导Cu粉10％，装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以100r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，在毛坯上放置铜块进行烧结熔渗，即20℃经过40分钟升温至950℃，然后保温40分钟，再经过10分钟升温至960℃，再保温50分钟，再经过80分钟升温至1350℃，保温150分钟，随炉冷却至常温，得到自润滑铜钨材料。

所得CuW合金的硬度为194HB，电导率34.17MS/m，摩擦系数为0.097。

实施例2

称取亚微米级W粉70％、BN粉0.4％、诱导Cu粉10％，装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以120r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，在毛坯上放置铜块进行烧结熔渗，即20℃经过50分钟升温至900℃，然后保温30分钟，再经过8分钟升温至980℃，再保温40分钟，再经过40分钟升温至1360℃，保温180分钟，随炉冷却至常温，得到自润滑铜钨材料。

所得CuW合金的硬度为196HB，电导率33.07MS/m，摩擦系数为0.095。

实施例3

称取亚微米级W粉70％、BN粉0.6％、诱导Cu粉10％，装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以140r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，在毛坯上放置铜块进行烧结熔渗，即20℃经过60分钟升温至920℃，然后保温35分钟，再经过6分钟升温至1000℃，再保温30分钟，再经过70分钟升温至1370℃，保温120分钟，随炉冷却至常温，得到自润滑铜钨材料。

所得CuW合金的硬度为199HB，电导率31.33MS/m，摩擦系数为0.093。

实施例4

称取亚微米级W粉70％、BN粉0.8％、诱导Cu粉10％，装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以160r/min的转速混粉4h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，在毛坯上放置铜块进行烧结熔渗，即20℃经过45分钟升温至930℃，然后保温60分钟，再经过5分钟升温至970℃，再保温60分钟，再经过50分钟升温至1380℃，保温160分钟，随炉冷却至常温，得到自润滑铜钨材料。

所得CuW合金的硬度为204HB，电导率30.07MS/m，摩擦系数为0.087。

实施例5

称取亚微米级W粉70％、BN粉1％、诱导Cu粉10％，装入混料机中，按粉末总质量的1:1加入碳化钨磨球，以180r/min的转速混粉4.5h，将机械混合后的粉末进行粘结处理、晾干、筛粉处理，粉末通过冷压模具压制，压制压力300KN，保压30秒形成毛坯，预压制形成的毛坯，在毛坯上放置铜块进行烧结熔渗，即20℃经过55分钟升温至910℃，然后保温45分钟，再经过9分钟升温至990℃，再保温45分钟，再经过60分钟升温至1400℃，保温170分钟，随炉冷却至常温，得到自润滑铜钨材料。

所得CuW合金的硬度为207HB，电导率28.67MS/m，摩擦系数为0.082。

如图1所示，图中黑色的小颗粒是BN，白色的大颗粒是钨颗粒，整片灰色的区域是铜基体。可以看出BN均匀地分散在钨颗粒之间，从而可以起到改变基体性能的作用。

如图2所示，可以看出BN添加量越多，铜钨合金的硬度越高、电导率越低。如图3所示，可以看出BN添加量越多，铜钨合金的摩擦系数越低，铜钨合金的耐磨性能越好。