專利名稱：：一種制備鉬銅合金零部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鉬合金成形
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別提供了一種制備鉬銅合金零部件的新方法，適合于批量生產(chǎn)高性能，高精度和高形狀復(fù)雜度的鉬銅合金零部件產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
：鉬銅合金是由高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)的鉬和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好的銅所制成的互不固溶型特殊復(fù)合材料。該材料可以綜合鉬與銅的優(yōu)異性能，具備良好的高溫強(qiáng)度、低的熱膨脹系數(shù)以及優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，并且其膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)可以調(diào)節(jié)控制，即可以通過(guò)組分配比來(lái)調(diào)整其導(dǎo)熱率和熱膨脹系數(shù)等參數(shù)。因此，鉬銅合金可用作基片、連接件、散熱元件和電子封裝元件等，在大規(guī)模集成電路和大功率微波器件等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。鉬銅合金現(xiàn)有的生產(chǎn)方法主要有熱軋復(fù)合法、熱壓法、粉末混合壓坯液相燒結(jié)和熔浸燒結(jié)等。這些工藝所制備出來(lái)的產(chǎn)品都存在一定的限制或不足。如熱軋復(fù)合法生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一；混粉燒結(jié)法很難制得高密度坯料，一般只有理論密度的90%_95%，而且?guī)в休^多的孔隙，使導(dǎo)熱系數(shù)及其他性能降低；熔浸法得到的產(chǎn)品微觀組織不均勻，而且一般需要后續(xù)機(jī)加工以清除多余的銅；熱壓法則需要特殊的設(shè)備成本很高，不適合工業(yè)生產(chǎn)。此外，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝都不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜度比較高的產(chǎn)品，這大大限制了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的自由，不能很好的滿足現(xiàn)代微電子領(lǐng)域?qū)︺f銅合金的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)目前鉬銅合金零部件生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的產(chǎn)品形式單一，綜合性能一般，產(chǎn)品設(shè)計(jì)受限制，不適合批量生產(chǎn)或生產(chǎn)成本過(guò)高等問(wèn)題，提出了一種制備鉬銅合金零部件產(chǎn)品的方法，以解決目前生產(chǎn)工藝中的弊端。本發(fā)明是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的—種制備鉬銅合金零部件的方法，其特征在于采用粉末注射成形技術(shù)制備鉬銅合金注射坯，然后通過(guò)脫脂和燒結(jié)制備鉬銅合金零部件，具體工藝為步驟1:粘結(jié)劑配制；在整個(gè)粘結(jié)劑體系中，石蠟PW所占質(zhì)量百分比為60_80%，乙酸乙烯共聚物EVA所占質(zhì)量百分比為15-25%，高密度聚乙烯HDPE所占質(zhì)量百分比為5-10%，硬脂酸SA所占質(zhì)量百分比為1-5%;將以上四種組元于150-18(TC下攪拌混合均勻，制得粘結(jié)劑(溫度低于該溫度范圍，則四種組元無(wú)法混合均勻；溫度高于該范圍，則會(huì)由于低分子組元揮發(fā)嚴(yán)重而影響粘結(jié)劑性能)；步驟2:鉬銅喂料制備將銅含量為5-50wtX費(fèi)氏粒度為2_10ym的鉬銅復(fù)合粉末與所述的粘結(jié)劑按照粉末轉(zhuǎn)載量(粉末裝載量指喂料中鉬銅復(fù)合粉末所占的體積分?jǐn)?shù))為50-65%的比例混合均勻，然后投入到溫度為140-18(TC的密煉機(jī)或捏煉機(jī)中混煉，制得鉬銅喂料(該溫度范圍是為了保證在盡量較少粘結(jié)劑組元揮發(fā)的同時(shí)獲得鉬銅復(fù)合粉末與粘結(jié)劑混合均勻的喂料)；步驟3:注射成形將鉬銅喂料破碎制粒后，在注射成形機(jī)上注射，得到所需形狀的鉬銅注射坯，注射溫度為150-17(TC;注射壓力為70-120MPa。注射溫度和壓力為最主要兩個(gè)工藝參數(shù)，其余工藝參數(shù)對(duì)注射實(shí)踐影響不大，故沒(méi)有一一列出。步驟4:脫脂與預(yù)燒結(jié)對(duì)鉬銅注射坯采用溶劑脫脂+熱脫脂相結(jié)合的脫脂工藝，脫脂氣氛為保護(hù)性氣體；首先將鉬銅注射坯浸于35-4(TC二氯甲烷中進(jìn)行溶劑脫脂，溶劑脫脂完成后取出所得的樣坯并烘干，然后在80-70(TC之間進(jìn)行熱脫脂，脫脂完成后于700-100(TC溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；得到預(yù)燒結(jié)坯(脫脂氣氛為保護(hù)性氣氛主要是保證鉬銅在加熱狀態(tài)下不被氧化；溶劑脫脂溫度為35-4(TC，主要是考慮在避免二氯甲烷嚴(yán)重?fù)]發(fā)前提下盡量提高溫度；預(yù)燒結(jié)溫度主要是為了保證脫脂坯具有一定的強(qiáng)度，以避免在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生損壞)；步驟5:燒結(jié)將所得的預(yù)燒結(jié)坯在1100-140(TC溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)坯；燒結(jié)氣氛為保護(hù)性氣體；步驟6:熱處理將所得的燒結(jié)坯在800-100(TC溫度條件下的進(jìn)行退火處理，采用氫氣氣氛保護(hù)，最終即可得到鉬銅合金零部件成品。步驟2中的混煉步驟中，鉬銅復(fù)合粉末與粘結(jié)劑的混合物的裝載量為混煉容器體積的55-65%。步驟2中的混煉時(shí)間為1-3小時(shí)；步驟4中的熔劑脫脂時(shí)間為1-4小時(shí)；熱脫脂時(shí)間為6-12小時(shí)，步驟5中的燒結(jié)步驟的保溫時(shí)間為0.5-3小時(shí)。步驟4和步驟5中的保護(hù)性氣體為氫氣、氮?dú)饣驓鍤猓蛘邽闅錃?、氮?dú)饣驓鍤獾娜我鈨煞N或三種的混合氣體有益效果金屬注射成形技術(shù)具有一次成形復(fù)雜形狀制品、產(chǎn)品尺寸精度高、無(wú)需機(jī)械加工、易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化和產(chǎn)品性能優(yōu)異等特點(diǎn)，被國(guó)際上譽(yù)為"當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)之一"。本發(fā)明將鉬銅合金零部件制備與金屬注射成形工藝有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而得到高復(fù)雜度、高精度、綜合性能優(yōu)異的鉬銅合金零部件，而且該工藝材料利用率高，適合批量自動(dòng)化生產(chǎn)，正好可以解決鉬銅合金零部件目前制備方法所面臨的限制和不足，為鉬銅合金的廣泛應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用。此外，通過(guò)金屬注射成形技術(shù)來(lái)制備鉬銅合金可以有效控制合金的成分以及微觀組織結(jié)構(gòu)，從而提升鉬銅合金的性能。以下是注射成形技術(shù)制備Mo-15Cu合金與現(xiàn)有生產(chǎn)最常用的熔滲方法制備Mo-15Cu合金的性能對(duì)比制備工藝銅含量相對(duì)密度電導(dǎo)率MS/m熱導(dǎo)率W/mk微觀組織后續(xù)加工注射成形15±0.5>99%>18>150均勻無(wú)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1:原料粘結(jié)劑由質(zhì)量百分比為70%PW、7%HDPE、20%EVA和3%SA組成，鉬銅復(fù)合粉費(fèi)氏粒度為2.3m，粉末裝載量為60vol%。將Mo-15Cu復(fù)合粉Mo-15Cu指銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鉬銅復(fù)合粉末與配制好的粘結(jié)劑按上述比例按60%的裝載量混合均勻，然后投入到溫度為16(TC的密煉機(jī)中混煉1.5小時(shí)，混煉完畢后破碎制粒制粒過(guò)程，對(duì)粒度無(wú)特殊要求并在注射溫度為150°C，注射壓力為90MPa的注射成形機(jī)上注射，得到所需形狀的注射坯，之后將注射坯浸入37°C的二氯甲烷中120分鐘，溶劑脫脂完成后取出樣坯在恒溫干燥箱中干燥4小時(shí)；熱脫脂在80-70(TC之間進(jìn)行，共脫脂11小時(shí)，采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，脫脂后將脫脂坯加熱到80(TC預(yù)燒結(jié)，最后將預(yù)燒結(jié)坯置于125(TC燒結(jié)爐中燒結(jié)2小時(shí)，并在85(TC熱處理爐中退火1小時(shí)，即可得到相對(duì)密度99%，硬度為220HV，電導(dǎo)率為18MS*m—、熱導(dǎo)率為150W/m*k且尺寸精度為±0.2%的鉬銅合金零部件。實(shí)施例2:原料粘結(jié)劑由質(zhì)量百分比為72%PW、5%HDPE、20%EVA和3%SA組成，鉬銅復(fù)合粉費(fèi)氏粒度為3.5iim，粉末裝載量為57vol%。將Mo-10Cu復(fù)合粉指銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的鉬銅復(fù)合粉末與配制好的粘結(jié)劑按57%的裝載量上述比例混合均勻，然后投入到溫度為15(TC的捏煉機(jī)中混煉2.5小時(shí)，混煉完畢后破碎制粒并在注射溫度為155t:，注射壓力為lOOMPa的注射成形機(jī)上注射，得到所需形狀的注射坯，之后將注射坯浸入37t:的二氯甲烷中120分鐘，溶劑脫脂完成后取出樣坯在恒溫干燥箱中干燥4小時(shí)；熱脫脂在80-70(TC之間進(jìn)行，共脫脂11小時(shí)，采用氫氣保護(hù)，脫脂后將脫脂坯加熱到80(TC預(yù)燒結(jié)，最后將預(yù)燒結(jié)坯置于130(TC燒結(jié)爐中燒結(jié)2小時(shí)，并在90(TC熱處理爐中退火1小時(shí)，即可得到相對(duì)密度98%，硬度為210HV，電導(dǎo)率為15MS*m—、熱導(dǎo)率為145W/m*k且尺寸精度為±0.3%的鉬銅合金零部件。實(shí)施例3:原料粘結(jié)劑由質(zhì)量百分比為75%PW、5%HDPE、19%EVA和1%SA組成，鉬銅復(fù)合粉費(fèi)氏粒度為8iim，粉末裝載量為56vol%。將Mo-30Cu指銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的鉬銅復(fù)合粉末復(fù)合粉與配制好的粘結(jié)劑按56%的裝載量上述比例混合均勻，然后投入到溫度為15(TC的密煉機(jī)中混煉3小時(shí)，混煉完畢后破碎制粒并在注射溫度為15(TC，注射壓力為90MPa的注射成形機(jī)上注射，得到所需形狀的注射坯，之后將注射坯浸入37°C的二氯甲烷中150分鐘，溶劑脫脂完成后取出樣坯在恒溫干燥箱中干燥4小時(shí)；熱脫脂在80-70(TC之間進(jìn)行，共脫脂ll小時(shí)，采用氫氣保護(hù)，脫脂后將脫脂坯加熱到80(TC預(yù)燒結(jié)，最后將預(yù)燒結(jié)坯置于130(TC燒結(jié)爐中燒結(jié)2.5小時(shí)，并在85(TC熱處理爐中退火1小時(shí)，即可得到相對(duì)密度98%，硬度為200HV，電導(dǎo)率為20MS*m一、熱導(dǎo)率為135W/m*k且尺寸精度為±0.3%的鉬銅合金零部件。權(quán)利要求一種制備鉬銅合金零部件的方法，其特征在于采用粉末注射成形技術(shù)制備鉬銅合金注射坯，然后通過(guò)脫脂和燒結(jié)制備鉬銅合金零部件，具體工藝為步驟1粘結(jié)劑配制在整個(gè)粘結(jié)劑體系中，石蠟PW所占質(zhì)量百分比為60-80％，乙酸乙烯共聚物EVA所占質(zhì)量百分比為15-25％，高密度聚乙烯HDPE所占質(zhì)量百分比為5-10％，硬脂酸SA所占質(zhì)量百分比為1-5％；將以上四種組元于150-180℃下攪拌混合均勻，制得粘結(jié)劑；步驟2鉬銅喂料制備將銅含量為5-50wt％費(fèi)氏粒度為2-10μm的鉬銅復(fù)合粉末與所述的粘結(jié)劑按照粉末裝載量為50-65％(體積)的比例混合均勻，然后投入到溫度為140-180℃的密煉機(jī)或捏煉機(jī)中混煉，制得鉬銅喂料；步驟3注射成形將鉬銅喂料破碎制粒后，在注射成形機(jī)上注射，得到所需形狀的鉬銅注射坯，注射溫度為150-170℃；注射壓力為50-120MPa；步驟4脫脂與預(yù)燒結(jié)對(duì)鉬銅注射坯采用溶劑脫脂+熱脫脂相結(jié)合的脫脂工藝，脫脂氣氛為保護(hù)性氣體；首先將鉬銅注射坯浸于35-40℃二氯甲烷中進(jìn)行溶劑脫脂，溶劑脫脂完成后取出所得的樣坯并烘干，然后在80-700℃之間進(jìn)行熱脫脂，脫脂完成后于700-1000℃溫度下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)；得到預(yù)燒結(jié)坯；步驟5燒結(jié)將所得的預(yù)燒結(jié)坯在1100-1400℃溫度條件下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)坯；燒結(jié)氣氛為保護(hù)性氣體；步驟6熱處理將所得的燒結(jié)坯在800-1000℃溫度條件下的進(jìn)行退火處理，采用氫氣氣氛保護(hù)，最終即可得到鉬銅合金零部件成品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鉬銅合金零部件的方法，其特征在于步驟2中的混煉步驟中，鉬銅復(fù)合粉末與粘結(jié)劑的混合物的裝載量為混煉容器體積的50-85%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鉬銅合金零部件的方法，其特征在于步驟2中的混煉時(shí)間為1-3小時(shí)；步驟4中的溶劑脫脂時(shí)間為1-4小時(shí)；熱脫脂時(shí)間為6-12小時(shí)，步驟5中的燒結(jié)步驟的保溫時(shí)間為0.5-3小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備鉬銅合金零部件的方法，其特征在于步驟4和步驟5中的保護(hù)性氣體為氫氣、氮?dú)饣驓鍤?，或者為氫氣、氮?dú)饣驓鍤獾娜我鈨煞N或三種的混合氣體。全文摘要本發(fā)明提供一種制備鉬銅合金零部件的新方法，屬于鉬合金成形
技術(shù)領(lǐng)域：
，采用粉末注射成形技術(shù)制備鉬銅合金注射坯，然后通過(guò)脫脂、預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)等步驟制備鉬銅合金零部件。燒結(jié)好的產(chǎn)品經(jīng)熱處理后即為性能優(yōu)異、尺寸精度高的鉬銅合金零部件成品。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于材料的利用率高，不需要后續(xù)加工，可批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜度高、綜合性能優(yōu)異的鉬銅合金零部件產(chǎn)品。文檔編號(hào)B22F3/10GK101774020SQ20101002210公開(kāi)日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月20日優(yōu)先權(quán)日2010年1月20日發(fā)明者侯海濤,李昆,李篤信申請(qǐng)人:中南大學(xué)