Медь–вольфрам
Медь–вольфрам ( вольфрам–медь , CuW или WCu ) представляет собой смесь меди и вольфрама . Поскольку медь и вольфрам не растворяются друг в друге, материал состоит из отдельных частиц одного металла, диспергированных в матрице другого. Таким образом, микроструктура представляет собой скорее композит с металлической матрицей, а не истинный сплав.
Материал сочетает в себе свойства обоих металлов, в результате чего получается материал, который является термостойким, устойчивым к абляции , обладает высокой тепло- и электропроводностью , а также легко поддается обработке .
Детали изготавливаются из композита CuW путем прессования частиц вольфрама в нужную форму, спекания уплотненной детали, а затем пропитки расплавленной медью. Также доступны листы, стержни и бруски композитной смеси.
Обычно используемые смеси меди и вольфрама содержат 10–50 мас.% меди, остальная часть в основном вольфрама. Типичные свойства зависят от ее состава. Смесь с меньшим мас.% меди имеет более высокую плотность, более высокую твердость и более высокое удельное сопротивление. Типичная плотность CuW90 с 10% меди составляет 16,75 г/см 3 и 11,85 г/см 3 для CuW50. CuW90 имеет более высокую твердость и удельное сопротивление 260 HB кгс/мм 2 и 6,5 мкОм.см, чем CuW50.
Типичные свойства обычно используемых медно-вольфрамовых композиций [1]
| Состав | Плотность | Твёрдость | Удельное сопротивление | МАКО | Прочность на изгиб |
|---|---|---|---|---|---|
| вес. % | г/см 3 ≥ | HB Кгс/мм 2 ≥ | мкОм.см≤ | %≥ | МПа≥ |
| W50/Cu50 | 11.85 | 115 | 3.2 | 54 | – |
| W55/Cu45 | 12.30 | 125 | 3.5 | 49 | – |
| W60/Cu40 | 12.75 | 140 | 3.7 | 47 | – |
| W65/Cu35 | 13.30 | 155 | 3.9 | 44 | – |
| W70/Cu30 | 13.80 | 175 | 4.1 | 42 | 790 |
| W75/Cu25 | 14.50 | 195 | 4.5 | 38 | 885 |
| W80/Cu20 | 15.15 | 220 | 5.0 | 34 | 980 |
| W85/Cu15 | 15.90 | 240 | 5.7 | 30 | 1080 |
| W90/Cu10 | 16.75 | 260 | 6.5 | 27 | 1160 |
Приложения
Композиты CuW используются там, где необходимо сочетание высокой термостойкости, высокой электро- и теплопроводности и низкого теплового расширения. Некоторые из применений - это электросварка сопротивлением , в качестве электрических контактов и в качестве теплоотводов . Как контактный материал, композит устойчив к эрозии электрической дугой. Сплавы WCu также используются в электродах для электроэрозионной обработки [2] и электрохимической обработки . [3]
Композит CuW75 с 75% вольфрама широко используется в чип-носителях , подложках, фланцах и рамах для силовых полупроводниковых приборов . Высокая теплопроводность меди в сочетании с низким тепловым расширением вольфрама позволяет согласовывать тепловое расширение с кремнием , арсенидом галлия и некоторыми видами керамики . Другими материалами для этого применения являются медно-молибденовый сплав, AlSiC и Dymalloy .
Композиты с 70–90% вольфрама используются в облицовках некоторых специальных кумулятивных зарядов . Проникновение увеличивается в 1,3 раза по сравнению с медью для однородной стальной цели, поскольку увеличиваются как плотность, так и время разрушения. [4] Кумулятивные облицовки на основе вольфрамового порошка особенно подходят для заканчивания нефтяных скважин . В качестве связующего вместо меди можно использовать и другие пластичные металлы. В качестве смазки к порошку можно добавлять графит . [5]
CuW также может использоваться в качестве контактного материала в вакууме. Когда контакт очень мелкозернистый (VFG), электропроводность намного выше, чем у обычного куска медного вольфрама. [6] Медный вольфрам является хорошим выбором для вакуумного контакта из-за его низкой стоимости, устойчивости к дуговой эрозии, хорошей проводимости и устойчивости к механическому износу и контактной сварке. CuW обычно является контактом для вакуумных, масляных и газовых систем. Это не хороший контакт для воздуха, так как поверхность будет окисляться при воздействии. CuW менее склонен к эрозии на воздухе, когда концентрация меди в материале выше. CuW используется в воздухе в качестве наконечника дуги, дуговой пластины и направляющей дуги. [7]
Материалы из меди и вольфрама часто используются для дугогасительных контактов в выключателях среднего и высокого напряжения на основе гексафторида серы (SF6 ) в средах, где температура может превышать 20 000 К. Устойчивость материала из меди и вольфрама к дуговой эрозии можно повысить, изменив размер зерна и химический состав. [6]
Процесс искровой эрозии (EDM) требует использования медно-вольфрамовой стали. Обычно этот процесс используется с графитом, но поскольку вольфрам имеет высокую температуру плавления (3420 °C), это позволяет электродам CuW иметь более длительный срок службы, чем графитовые электроды. Это имеет решающее значение, когда электроды были обработаны с помощью сложной механической обработки. Поскольку электроды подвержены износу, электроды обеспечивают большую геометрическую точность, чем другие электроды. Эти свойства также позволяют изготавливать стержни и трубки для искровой эрозии меньшего диаметра и большей длины, поскольку материал менее склонен к сколам и короблению. [8]
Характеристики
| Массовая доля вольфрама, % | 55 | 68 | 70 | 75 | 78 | 80 | 85 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UTS (МПа) | 434 | 517 | 586 | 620 | 648 | 662 | 517 | 483 |
| Теплопроводность (Вт/(см·К)) | 2.4 | 2.1 | 2.01 | 1.89 | 1.84 | 1.82 | 1.75 | 1.47 |
| Электросопротивление при 20 °C | 3.16 | 3.33 | 3.41 | 3.51 | 3.71 | 3.9 | 4.71 | 6.1 |
| Удельная теплоемкость при 100°C [9] | 195 | 174 | 160 |
Электрические и тепловые свойства композитов различаются в зависимости от пропорций. Увеличение содержания меди увеличивает теплопроводность, что играет огромную роль при использовании в автоматических выключателях. Электрическое сопротивление увеличивается с увеличением процента вольфрама, присутствующего в композите, в диапазоне от 3,16 при 55% вольфрама до 6,1, когда композит содержит 90% вольфрама. Увеличение содержания вольфрама приводит к увеличению предела прочности на растяжение до тех пор, пока сплав не достигнет 80% вольфрама и 20% меди с пределом прочности на растяжение 663 МПа. После этой смеси меди и вольфрама предел прочности на растяжение начинает довольно быстро уменьшаться. [10]
Ссылки
- ^ «Свойства медно-вольфрамового сплава».
- ^ "Главная - Справочник Кредо".
- ^ "Сплав меди и вольфрама". chinatungsten.com . Получено 29 марта 2019 г. .
- ^ Tie-Fu, Wang; He-Rong, Zhu (1996). «Copper-Tungsten Shaped Charge Liner and its Jet». Пороха, взрывчатые вещества, пиротехника . 21 (4): 193–195. doi :10.1002/prep.19960210406.
- ^ «Вольфрамовый усиленный вкладыш для кумулятивного заряда».
- ^ ab "Вольфрам-медь для выключателей SF6". plansee.com . Получено 29 марта 2019 г. .
- ^ "Silver Contacts: CMW Electrical Contacts". Архивировано из оригинала 12 декабря 2013 года . Получено 6 декабря 2013 года .
- ^ "Электроды Sparkal Erosion". plansee.com . Получено 29 марта 2019 г. .
- ^ "Теплоотводы из вольфрамово-медного WCu CuW". torreyhillstech.com . Получено 21 марта 2022 г. .
- ^ "Поставщик медно-вольфрамовых прутков, пластин, листов, проволоки | Eagle Alloys Corporation".
