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WCu电触头产品注射成型工艺与性能研究

作　者: 韩波
导　师: 史庆南
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: WCu复合材料机械合金化注射成型触头材料电弧侵蚀
分类号: TF124.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

WCu复合材料既具有铜的高塑性、良好的导电和导热性等特性,又具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性。这些特有的综合性能使钨铜合金在电触头,特别是作为升级换代的新产品在高压开关触头材料、电阻焊电极材料、电子封装和热沉积材料、代银铜合金触头材料等方面获得广泛应用,成为一种重要的功能材料。粉末注射成形源于塑料注射成形,是粉末冶金技术与塑料注射成形技术、金属压铸成形技术相结合而产生的一项新型近净成形技术,包括混料、成形、脱脂、烧结四道工序。利用金属粉末注射成形技术制造小尺寸且形状复杂的制品,相比较其他传统的成形方法具有技术上和成本上的优势。本论文采用机械合金化、注射成形等先进材料加工技术,成功地制备了WCu40和WCu15系列合金材料。通过X-ray衍射分析仪、扫描电镜等先进分析检测手段,以及理论分析和实验相结合的方法,对WCu系列合金材料进行了分析研究。在选择合理的制备工艺参数的条件下,对机械合金化粉末的外观形貌特征、粒度分布、晶格常数等做了进一步的分析研究；同时对WCu15的触点材料在直流条件下的电弧腐蚀特性、电弧腐蚀后触点表面形貌变化等方面进行了研究。研究结果表明：随着机械合金化过程的进行,Cu颗粒实现破碎且细小而均匀地分布在片状W基体上,随着球磨时间的延长,Cu的晶格常数增大,W的晶格常数减小,Cu扩散到W中形成不饱和固溶体。制备的WCu系列合金材料,第二相Cu颗粒细小均匀地分布在W基体上,具有弥散分布特征,组织细微；经过注射成形的产品,相对密度达到94.2%；随着W含量的增高,WCu系列合金材料的电导率和延伸率降低,硬度和强度提高；在17V，12A的条件下,WCu合金触点经过电接触试验后,触点表面出现富Cu区、富W区、孔洞、气孔等几种电侵蚀形貌。随着操作次数的增加,触点阴极的质量增加,随着W含量的增加,触点的总质量转移减少,WCu15合金触点的质量转移小于纯铜触点,WCu15触点的质量转移优于纯Ag触点,在代替贵金属Ag触点材料方面,进行了有意义的探索。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-25
  1.1 前言  9
  1.2 铜基触头材料的种类及国内外研究进展  9-10
    1.2.1 常用钨铜系触头材料  9
    1.2.2 铜铋合金触头材料  9
    1.2.3 铜铬触头材料  9-10
  1.3 电触头材料制备技术的研究现状  10-13
    1.3.1 粉末冶金法和熔渗法  10
    1.3.2 机械合金化法  10-11
    1.3.3 超声波场中压制法  11
    1.3.4 合金内氧化法  11
    1.3.5 烧结挤压轧制法  11
    1.3.6 离子注入法  11
    1.3.7 电弧熔炼法  11
    1.3.8 金属注射成形方法(MIM)  11-13
  1.4 械合金化简介  13-23
    1.4.1 机械合金化技术的发展概况  13-14
    1.4.2 机械合金化的球磨装置  14-20
    1.4.3 机械合金化的工艺参数的选择  20-22
    1.4.4 机械合金化的球磨机理  22-23
  1.5 论文的选题依据及研究意义、内容  23-25
第二章样品制备方法及分析方案  25-31
  2.1 样品制备工艺及主要成型设备  25-27
    2.1.1 样品制备流程  25
    2.1.2 样品制备设备  25-27
  2.2 分析测试的方法及主要设备  27-31
    2.2.1 热重分析  27
    2.2.2 密度测量  27-28
    2.2.3 粒度分析设备  28
    2.2.4 X-射线衍射分析设备  28-29
    2.2.5 显微组织结构图象分析仪  29
    2.2.6 扫描电镜设备  29
    2.2.7 硬度测试  29-30
    2.2.8 电导率  30
    2.2.9 电接触性能测试  30-31
第三章机械合金化球磨粉末性能研究  31-42
  3.1 实验方法  31-32
    3.1.1 实验方法  31
    3.1.2 机械合金化工艺参数的选择  31-32
  3.2 实验结果及分析  32-41
    3.2.1 粉末颗粒度分析  32-34
    3.2.2 粉末形貌分析  34-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章触头样品制备过程  42-70
  4.1 成形工艺设计  42-63
    4.1.1 喂料  42-45
    4.1.2 注射  45-48
    4.1.3 脱脂  48-56
    4.1.4 烧结  56-63
  4.2 触头成型缺陷分析  63-68
    4.2.1 触头低温脱脂过程分析  63-66
    4.2.2 触头成型过程鼓泡问题分析  66-68
  4.3 本章小结  68-70
第五章电触头材料性能研究  70-83
  5.1 硬度研究  70-71
    5.1.1 试验方法  70
    5.1.2 试验结果  70-71
  5.2 导电性能测试  71-72
    5.2.1 试验方法  71
    5.2.2 试验结果  71-72
  5.3 电弧腐蚀特性研究  72-78
    5.3.1 电弧腐蚀理论  72-73
    5.3.2 试验方法  73
    5.3.3 直流阻性负载下触点材料的质量的转移  73-75
    5.3.4 触点电弧侵蚀表面形貌和能谱分析  75-78
  5.4 注射触头与压制触头性能对比分析  78-81
    5.4.1 纯铜及钨铜触头制备  78-80
    5.4.2 注射成型触头与纯铜及钨铜压制触头性能对比  80-81
  5.5 本章小结  81-83
第六章结论与展望  83-85
致谢  85-86
参考文献  86-90
附录:攻读硕士学位期间发表论文  90

WCu电触头产品注射成型工艺与性能研究

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