Новый сплав на основе вольфрама и меди открывает уникальные возможности для создания высокотехнологичных изделий. Обладая выдающимися физико-химическими свойствами, этот материал позволит конструкторам воплощать самые смелые идеи.
История создания сплава вольфрама с медью
Первые работы по созданию сплава вольфрама с медью были начаты в 1950-х годах учеными в исследовательском центре фирмы General Electric. Их целью было получить материал, сочетающий в себе огнеупорность вольфрама и высокую электропроводность меди.
«Мы понимали, что открываем новое направление в материаловедении, способное коренным образом изменить возможности инженеров в электротехнике и электронике», - вспоминал впоследствии руководитель исследовательской группы Роберт Уилсон.
Первый образец удалось получить в 1958 году методом порошковой металлургии с последующей инфильтрацией расплавленной меди. Новый сплав содержал 90% вольфрама и 10% меди и обладал уникальной термостабильностью.
Основные вехи развития технологии
- 1961 г. - запатентован состав сплава с содержанием Cu до 30%
- 1967 г. - разработана технология непрерывного литья заготовок
- 1972 г. - налажено промышленное производство на заводах General Electric
- 1981 г. - японские ученые используют сплав в качестве токопроводящих деталей в мощных генераторах
В настоящее время в мире ежегодно производится около 500 тонн сплава вольфрам-медь. Основные производители сосредоточены в США, Германии и Китае.
Физико-химические основы получения сплава вольфрам-медь
Сплав вольфрама с медью относится к псевдосплавам. Это связано с тем, что компоненты практически не растворяются друг в друге из-за большой разницы в температурах плавления (tплCu = 1083°C, tплW = 3410°C). Поэтому структура представляет собой тугоплавкие зерна вольфрама, «ццементированные» жидкой фазой меди.
Технология получения заготовок
- Измельчение исходных порошков меди и вольфрама
- Гомогенизация смеси в шаровой мельнице
- Прессование с давлением до 800 МПа
- Спекание при температуре 1100-1200°С
- Инфильтрация расплавленной медью в вакууме
| Cu, % | Теплопроводность, Вт/(м·К) | ТКЛР · 10-6, 1/К |
| 10 | 170 | 4.5 |
| 20 | 190 | 7.1 |
| 30 | 210 | 8.7 |
Как видно из таблицы, с увеличением содержания меди растет теплопроводность, а также увеличивается ТКЛР.
Механические и теплофизические характеристики
Благодаря наличию тугоплавкой и прочной вольфрамовой составляющей, сплав обладает высокими значениями твердости и вязкости разрушения. Например, при содержании 20% меди твердость по Виккерсу составляет 380 кг/мм2.
В то же время за счет меди достигается хорошая теплопроводность - порядка 200 Вт/(м·К) для того же состава. Для сравнения, у чистой меди этот показатель равен 400 Вт/(м·К), а у вольфрама лишь 170 Вт/(м·К).
Термостойкость
Благодаря высокой температуре плавления вольфрама (3410°C), сплав вольфрам-медь демонстрирует отличную термостойкость при температурах свыше 1000°C. При этом сохраняется достаточно низкий для таких условий температурный коэффициент линейного расширения.
Это позволяет использовать сплав в качестве конструкционного материала в высокотемпературных устройствах, например в ракетных двигателях.
Области применения сплава вольфрам-медь
Электрические контакты и токопроводы
Высокая электропроводность в сочетании с эрозионной стойкостью и термостабильностью определяют широкое использование данного сплава для изготовления разъемов, контактов, токосъемников и других токоведущих элементов.
Детали ракетно-космической техники
Применение сплава в аэрокосмической промышленности связано с его уникальными физическими свойствами при экстремальных температурах и ударах.
К таким деталям относятся сопловые блоки ракетных двигателей, элементы систем охлаждения, теплозащитные экраны.
Лабораторное оборудование
Сплав используется для изготовления тиглей, контейнеров и других емкостей, предназначенных для работы с агрессивными химическими веществами при высоких температурах.
Производство сплава вольфрам-медь
В настоящее время основными производителями тяжелых сплавов на основе вольфрама являются компании из США, Германии и Китая. Например, американская корпорация Plansee ежегодно выпускает до 300 тонн различных марок сплава.
Контроль качества
Для обеспечения стабильности физических свойств сплава на всех этапах технологического процесса осуществляется многоуровневый контроль:
- анализ исходных материалов и шихты
- проверка однородности прессовок
- металлография отливок
Сертификация продукции из сплава вольфрам-медь
Для подтверждения качества и безопасности изделий из инновационного сплава необходимо проведение обязательной сертификации в аккредитованных центрах.
Основные этапы
- Подача заявки на сертификацию и заключение договора
- Отбор и идентификация образцов продукции
- Испытания образцов на соответствие нормативам
- Анализ полученных результатов
- Принятие решения о выдаче сертификата
Проверяемые характеристики
- Химический состав
- Механические свойства
- Термостойкость
- Электропроводность
- Устойчивость к коррозии
Транспортировка и хранение сплава
Из-за высокой хрупкости заготовок и готовых изделий из сплава вольфрам-медь необходимо соблюдать особые меры предосторожности при транспортировке и хранении.
Требования к упаковке
- Жесткая тара, исключающая деформацию
- Вкладыши из вспененного полиэтилена или других амортизирующих материалов
- Герметичная упаковка для защиты от внешних воздействий
Условия хранения
Складские помещения для хранения сплава и изделий из него должны быть оснащены системами кондиционирования, обеспечивающими:
- Температуру 18-22°С
- Влажность не более 60%
Утилизация отходов производства
Отходы вольфрам-медного сплава подвергаются переработке на предприятиях цветной металлургии. Технология включает следующие этапы:
- Измельчение отходов
- Химическое выщелачивание
- Электролитическое извлечение металлов
