钨铜电极材料等静压技术

在电火花加工过程中,电极材料的作用是输送加工脉冲,并以自身最小的损耗去蚀除工件,它直接影响加工稳定性、加工速度、加工面的光洁度和精度,以及电极损耗及精细加工等参数。电火花电极材料常用的有铜、钢、黄铜、石墨及钨铜合金。然而对电极形状复杂、复制精度要求高的加工,如钢、石墨、铜及铜合金等电极材料已不适用,而具有良好导电性、抗烧蚀的钨铜合金正被广泛采用。钨铜合金通常采用普通烧结法和熔渗法制取。普通烧结法是将铜和钨混合粉末压型一烧结制取成品。熔渗法则是先将钨粉压制成具有一定孔隙度的毛坯,经预烧结成多孔骨架,再将铜熔渗到钨骨架中。这两种方法都难以制取高致密度和组织均匀的钨铜电极材料。国标中作为开关触头的钨铜合金相对密度也仅为97%。为了提高钨铜合金的性能,人们采用镍活化烧结、爆炸锻造、加压烧结、共还原粉末、高温挤压及粉末轧制等工艺制取钨铜合金,但这些方法作为工业应用仍有一定困难。本文所叙的冷、热等静压加工技术使大尺寸、异形、高性能的钨铜合金的制取成为可能。

制造工艺及特点
含铜量大于20%的钨铜合金由于铜含量较高,采用预混铜烧结熔渗工艺:即将部分铜粉与钨粉混合,经冷等静压成型,在铜熔点附近的温度进行烧结,得到多孔骨架,再熔渗铜达到所需含铜量再将熔渗后的钨铜毛坯件进行热等静压处理。含铜量小于20%的钨铜合金,直接将钨粉经冷等静压成形后,高温烧结骨架(烧结温度取决于所需的铜含量),熔渗铜,再将熔渗后的坯料进行热等静压处理。原料的选择要注重钨粉的纯度与粒度。钨粉的纯度及含氧量是保证钨粉良好浸润性和好的渗铜效果的前提。钨粉的氧含量增加,使钨粉与铜间的浸润角增大,浸润性变坏.当氧含量大于。.5%时,浸铜试样严重夹心,渗铜区局限于表面层。实验所用的钨纯度大于99.8%,氧含量低于0.2%。钨粉的粒度要综合考虑,细钨粉抗电弧烧蚀性好,但抗热震性差,电弧温度下烧结严重,易产生裂纹,而粗粉则相反。因此选择了平均粒度为4一8拜m的中颗粒钨粉,这种钨粉易成型.烧结收缩小,尺寸易控制,烧结密度对烧结温度的敏感性小,烧结钨坯的孔隙度易控制。本工艺有两大特点:
1.冷等静压成型
采用冷等静压的优点是:
1)可以压制大尺寸电极。大尺寸电极模压时需大
吨位压机,且坯件难以保证均匀,而采用本工艺,目前可制造中Zoomm以下的各种棒、管、盘、对角线长度不超过Zoomm的各种方形、长方形、三角形等异型截面的高性能钨铜电极,最长长度可达300mm。这是其它工艺难以达到的。
2)冷等静压压制时各向受力均匀,压制件的密度均匀,压坯强度高。
3)可以压制异形电极。这是因为冷等静压采用软模,易于加工,压制时加压均匀。
2.热等静压后续处理。热等静压是获得高密度、高性能粉末冶金材料的
有效途径.材料在高温高压下受压均匀,金属发生很好
的塑性变形,消除孔洞和缺陷,改善材料的晶体结构。
通过热等静压的高温高压作用,一方面钨铜坯料中的疏松、缩孔及熔渗缺陷由变形一闭合一扩散而得到消除,另一方面,改善内部组织结构,使之处于加工态,进一步提高性能,从而获得高密度、高性能的电加工用钨铜电极材料。料性能分析
表1所列为本工艺所制的钨铜电极性能。由表1可见其性能显著地高出国标要求,同时,热等静压的效果随含铜量的增加愈发明显。相对密度表明了粉末冶金材料的密实程度。相对密度越高,孔隙度越低,因而其抗烧蚀性和加工稳定性越好。致密度的提高,使得材料的导电率、硬度及强度有较大的提高。热等静压一方面提高密度和整体硬度及强度,另一方面相当于对材料进行了热加工,使之处于一种加工态,这也有利于硬度和强度的提高。
表2显示了热等静压对材料均匀性的作用。表中对均匀性不好的大圆环状钨铜电极进行了热等静压处理,热等静压前不同部位的硬度和导电率数据分散性大,硬度最高HRB85,低值HRB42.8,导电率最高37.3m/。·mm,,低值为27.Zm/。.mm,。经热等静压后.数据分散大为降低.硬度均在HRB83左右,导电率均为37m/n.mm,。冷等静压成型、热等静压处理的工艺是制造钨铜电极的好方法,特别是为制造大尺寸、异形电极提供了可能。电极的铜含量可根据需要在5~50wt写间调整。对于铜含量大于50wt%的可采用混合烧结热等静处理的工艺制取。用本工艺制造的WCuZ。、wCu25、wCu3。电火花加工经数家使用效果良好。

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