CuW70合金与0Cr18Ni9不锈钢的连接工艺与性能研究

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W-Cu合金因具有良好的导热、导电性、抗熔焊性、耐电腐蚀性,而被广泛用作电接触材料和电极材料。当钨铜合金作为高压电器开关时,仅局部区域需要具备高的耐烧蚀性以及高导电导热性,而其余不与电弧直接接触部分只需承担部分连接强度以及具备一定的导电导热性,不锈钢兼有高的耐腐蚀性与耐磨性,并且生产工艺纯熟,产量大,价格低廉。在电压等级要求不是很高的情况下,钨铜合金/不锈钢比钨铜合金/铜或铜合金整体触头更具优越性,在当今倡导节约、可持续发展的社会背景下,推广钨铜合金/不锈钢整体触头具有很强的现实意义和经济价值。  本文采用氮气氛保护整体烧结法,并选择合适的中间层材料将CuW70合金和0Cr18Ni9不锈钢两部分材料连接在一起,其中中间层合金分别选择了纯铜和Ag-Cu-Ni合金,烧结工艺分别为1000℃下烧结并保温60 min、1150℃烧结保温30 min,最终均实现了两部分材料紧密可靠地连接。并且通过金相显微镜、XRD、显微硬度计、扫面电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、材料性能试验机等研究连接接头的显微组织、相组成、材料的力学性能及断口形貌、成分分布等。初步探讨了钨铜合金与奥氏体不锈钢连接界面的结合机理。并得出以下结论:  1、纯铜作中间层连接CuW70和0Cr18Ni9抗剪强度接近200 MPa,拉伸强度达到315 MPa,其对于两侧基体金属的影响宽度约1.4 mm;Ag-Cu-Ni作中间层连接两种金属时,抗剪强度是126 MPa,中间层对两侧金属影响宽度仅为1.1 mm。  2、纯铜作中间层时结合界面处形成一定厚度的扩散带,断裂发生在靠近钨铜一侧的扩散带上,断口为准解理断裂;Ag-Cu-Ni作为中间层时厚度必须大于0.5 mm才能够实现钨铜合金与不锈钢的连接,中间层与两侧金属表层原子相互作用,形成一定厚度的扩散层,剪切时扩散层分别附着在两侧界面上,断口呈现延性断裂。  3、无论选用哪种中间层,采用整体烧结连接钨铜合金与不锈钢两种异质材料,都会导致不锈钢奥氏体晶粒的长大从而影响其力学性能、但高温性能和电性能则有所提高。Ag-Cu-Ni中间层对钨铜合金的影响较小,对钨铜合金/不锈钢整体触头材料而言,是有利的。  4、结合界面主要存在熔合结合、晶界渗透和扩散结合三种结合形式。对铜中间层而言,三者共同作用实现了两种金属的连接,对Ag-Cu-Ni中间层而言,主要是熔合、扩散两种结合形式发挥作用。
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