本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种多次烧结制备的钨铜合金。
背景技术：
钨铜复合材料是以钨、铜元素为主组成的一种两相结构假合金，是金属基复合材料.由于金属铜和钨物性差异较大，因此不能采用熔铸法进行生产，一般采用粉末合金技术进行生产。钨铜合金有较广泛的用途，其中一大部分应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。其次也要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。
烧结，是指把粉状物料转变为致密体，是一个传统的工艺过程。人们很早就利用这个工艺来生产陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高温材料等。一般来说，粉体经过成型后，通过烧结得到的致密体是一种多晶材料，其显微结构由晶体、玻璃体和气孔组成。烧结过程直接影响显微结构中的晶粒尺寸、气孔尺寸及晶界形状和分布，进而影响材料的性能。
技术实现要素：
本发明的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种多次烧结制备的钨铜合金。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
多次烧结制备的钨铜合金的制备原料包括：cuw80合金。
多次烧结制备的钨铜合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行球磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为90min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1mpa，保压90min。
多次烧结制备的钨铜合金的检测步骤为：物相组成采用xrd7000型x-射线衍射仪测定，显微组织形貌采用js-670f场发射扫描电子显微镜观察，表面形貌采用gx71型金相显微镜观察，晶粒大小采用nano软件统计，合金电导率采用d60k数字金属电导率测量仪测量，硬度采用hb300型布氏硬度计测定，密度采用排水法测试，孔隙率采用auto510型压汞仪测试。
所述的多次烧结制备的钨铜合金，随着烧结次数的增加，钨颗粒逐渐增大并连接，铜相分布更加均匀，多次烧结未见新相。经过多次烧结后，试样孔隙率由最初的0.5%变为2.0%，增加的孔径主要分布在3μm范围内，0.01μm左右的孔隙也稍有增加。
所述的多次烧结制备的钨铜合金，经9次烧结后，cuw80合金的显微硬度由hb210变化至hb195，合金密度由15.24g·cm-3变为15.13g·cm-3，降低了约1.2%，电导率由25.06ms/m降低至21.92ms/m。
本发明的有益效果是：
采用cuw80合金为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的多次烧结制备的钨铜合金。其中，随着烧结次数的增加，钨颗粒逐渐增大并连接，铜相分布更加均匀，多次烧结未见新相。cuw80合金的显微硬度增加，密度降低。所制得的多次烧结制备的钨铜合金，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本发明能够为制备高性能的钨铜合金提供一种新的生产工艺。
具体实施方式
实施案例1：
多次烧结制备的钨铜合金的制备原料包括：cuw80合金。多次烧结制备的钨铜合金的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入硬质合金球磨罐中进行球磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至单柱液压机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1200℃，保温时间为90min。当炉内温度达到烧结温度后充入氩气进行低压处理以减少ni的损失和降低孔隙率，低压压力为1mpa，保压90min。多次烧结制备的钨铜合金的检测步骤为：物相组成采用xrd7000型x-射线衍射仪测定，显微组织形貌采用js-670f场发射扫描电子显微镜观察，表面形貌采用gx71型金相显微镜观察，晶粒大小采用nano软件统计，合金电导率采用d60k数字金属电导率测量仪测量，硬度采用hb300型布氏硬度计测定，密度采用排水法测试，孔隙率采用auto510型压汞仪测试。
实施案例2：
烧结后的钨铜复合材料由钨、铜两相组成，无其他新相生成，钨与铜两者不随烧结次数的变化而固溶或者合金化。w相的衍射峰出现轻微的左移，随着烧结次数的增加，多次的热胀冷缩，容器以及合金中各组元的热膨胀系数相差较大，在组元间形成较大的内应力，使得衍射峰发生偏移。初始烧结后只有极少量孔径在8μm左右的孔隙，而经过3次烧结后试样中生成了少量孔径在0.1μm左右的孔隙，生成了大量孔径在3μm的孔隙，原始孔径在11μm左右的孔隙量变化不大。
实施案例3：
经3次烧结后，cuw80合金中，约0.2μm左右和0.6～4μm区间的孔径分布都有所增加，3次烧结后0.6～4μm区间的孔径分布增加更为明显，6次及9次烧结后试样的孔隙率有所降低。在高温液相烧结过程中，1400℃下，钨铜的润湿性并不是很好，液相铜生成后会产生蒸发溢出损耗，且由于液相润湿固相不完全，固–固界面的界面能低于固–液界面的界面能，固体颗粒与固体颗粒之间接触，使得铜的熔渗量减小，部分铜不得不溢出，烧结温度在铜的熔点之上，铜液不可避免的会有蒸发。固相钨颗粒之间会因为外界气体的介入而形成气孔，金属液态收缩或凝固收缩值大于固态收缩值从而产生大量缩孔，从而造成烧结体孔隙率的增加。之后增加烧结次数会使钨颗粒聚集长大，孔隙有更多的时间收缩，液相铜也存在一个反熔渗过程，但由于烧结后体积收缩，反熔渗过程中铜液不能完全补缩，钨收缩会形成闭孔隙，导致铜液无法渗入，长时间烧结会导致封闭孔隙球化和缩小，但不会消失，烧结体孔隙率虽然降低但不能达到完全致密化，之后随着钨颗粒的收缩以及反熔渗的进行，孔隙减少。经过3次烧结后试样的孔隙率大大增加，这可能是因为铜的大量流失，铜相内部及铜相与钨相相临处的闭孔随铜相流失而暴露，都会使得孔隙率大大增加。
实施案例4：
利用粉末冶金法烧结制备钨铜合金时，铜相可以浸入大部分团聚钨颗粒之间，有利于孔隙和钨颗粒的重排，但铜相流动性较低，未能充分填充孔隙，且由于多次烧结，每次都有铜的挥发，随着烧结次数的增多，产生了大量的孔隙。经过6次烧结后，钨相颗粒继续长大，长时间保温后原子的迁移使得烧结颈长大，由原来的颗粒接触变成晶体结合，孔隙则被球化或缩小，整个烧结体缓慢收缩，孔隙数量减少。经9次烧结后，合金中钨颗粒不断长大，相互连接，并且多次烧结的过程中表面的液相铜反而会起到熔渗补充的作用，从而使得孔隙数量降低，尺寸减小。
实施案例5：
随着烧结次数的增加，原有的钨晶粒不断增大，有小的晶粒产生。在烧结过程中原子的扩散和迁移使得晶界移动，以降低总的界面能，从而晶粒长大。烧结过程发生再结晶，晶粒形核及核长大的过程，从而有小的晶粒产生。
实施案例6：
随着烧结次数的增加，钨颗粒的平均颗粒尺寸不断增加，但相对于3次烧结后，6、9次烧结后钨的颗粒尺寸增加幅度稍低。高温下金属晶粒长大的驱动力是降低总的界面能，颗粒总表面积越大，晶粒自发长大以减少总表面积，降低总界面能，晶粒界面向曲率中心移动，当长大到一定阶段，曲率半径越大，接近稳定状态，晶粒长大速率降低。在经过3、6次烧结之后，合金的密度、硬度及电导率均下降，随后进行9次烧结，合金的硬度、密度及电导率均稍有增加。合金密度由15.25g·cm-4变为15.23g·cm-5，硬度由hb205变为hb189，电导率由25.60ms/m变为21.90ms/m。液相铜具有黏性流动和毛细作用力，铜相从相互连通的孔中逸出之前，当烧结温度达到一定值时，在具有高活性的钨颗粒中发生固相烧结，并形成一定量的闭孔。这些闭孔在随后的固相烧结阶段不能通过体积扩散和表面扩散消除，使得烧结体的致密化程度降低。铜相的向外渗漏也使得试样的孔隙率增加，试样的致密度、硬度和电导率下降。而9次烧结试样密度、硬度的增加主要是因为颗粒长大连接，在多次烧结下试样表面的液相铜反而会熔渗补充，试样之间的孔隙减少，致密度提高的结果。烧结温度达到了钨的再结晶温度发生再结晶，减少了晶体缺陷，且钨颗粒之间由于结合面的增大而使得电导率增强。