钨铜合金是如何进行铜熔融浸渗的？
钨铜合金（WCu）渗铜工艺中的铜熔融浸渗（Liquid Copper Infiltration）
铜熔融浸渗是粉末冶金法制备 W–Cu 合金的核心步骤，其本质是：利用烧结后的多孔钨骨架的开口孔隙结构，在高温下让液态铜在毛细力驱动下沿孔道自动渗入并填充，从而形成致密的钨铜合金复合材料。该步骤决定了 W–Cu 合金的密度、组织均匀性、导热导电性能、力学性能。
一、钨铜合金（WCu）渗铜工艺的铜熔融浸渗原理机制
液态铜进入钨骨架的驱动力主要来自：
1）毛细压力（Capillary Pressure），P = 2γ cosθ / r。其中：
γ = Cu-气界面张力，θ = Cu 对钨骨架的润湿角（约 70–110°，根据表面活化程度变化），r = 孔隙等效半径。烧结后钨骨架孔隙率典型 18–28%，孔径 1–10 μm，可产生数 MPa 的毛细吸力。
2）重力及外加压力（少量贡献）
通常采用自然浸渗，不施加外压，但真空和保护气气氛可以显著提升润湿性。
3）界面润湿和活化
真空可降低氧含量，使铜对钨润湿角降低，氢气可“活化”表面，提高渗透速度，少量Ni、Co可改善润湿（仅在特殊导电材料中使用）。
二、钨铜合金（WCu）渗铜工艺的铜熔融浸渗工艺流程（铜熔融浸渗步骤）
浸渗一般在 1083°C（铜熔点）以上 50–200°C 区间进行，在此温度液态铜黏度降低、流动性增强。工艺步骤如下：
步骤 1：烧结钨骨架（前置条件）
1450–2000°C（需根据 W 粉粒度决定）
真空（10⁻³–10⁻⁵ Pa）或 H₂
得到 15–30% 开口连通孔隙的 W 多孔体（典型密度 70–85% 理论密度）
步骤 2：装配浸渗组合
典型方法有：
上置铜法（Top Feeding）
铜块放在 W 骨架上方，熔化后下渗
底置铜法（Bottom Feeding）
铜放下方，高温池中向上浸渗
包覆铜法（Encapsulation）
铜粉填入周围，整体加热
步骤 3：升温至铜熔融
升温速度：5–20°C/min
保温温度：1100–1250°C（常用）
特种高致密 W–Cu 可用 1200–1350°C炉型：
真空炉
H₂ 气体炉，Ar 保护炉。
步骤 4：铜熔融 → 向孔隙浸渗
触发浸渗条件：
铜完全熔化（1083°C）
界面氧含量 <10 ppm（理想）
骨架孔隙开放、连通
浸渗速度控制因素：
温度越高 → 黏度降低 → 浸渗速度增加
孔隙率越大 → 流量大
润湿角越小 → 驱动力大
气氛和真空度决定浸渗质量
典型浸渗时间：
小件 5–20 min
中型件 20–40 min
大型与复杂结构：45–120 min
步骤 5：饱和判断
浸渗完成的标志：
液态铜不再继续吸入
零件外表开始出现“溢铜”
称重确认达到目标密度
步骤 6：降温及后处理
控制冷却以避免热裂纹
表面可机械加工或去除多余铜
若需要高均匀性，可进行二次扩散热处理（800–1000°C）
三、钨铜合金（WCu）渗铜工艺铜熔融浸渗的典型工艺参数
下表为常用浸渗参数范围（适用于 W–Cu 70/30、80/20、90/10 等常见配比）：
钨铜合金（WCu）渗铜工艺铜熔融浸渗的典型工艺参数
四、浸渗过程的组织与微观结构变化
1）初始阶段
铜刚熔化，沿孔壁形成细小液膜
润湿改善，界面氧化物逐渐减少
2）快速浸渗阶段
液态铜在毛细力驱动下迅速进入微孔
形成“液体前沿”向内部推进
3）逐渐填充分岔孔隙
毛细通道高度分布决定浸渗均匀性
孔径越小的区域渗透越慢
4）完全填充阶段
铜在孔隙中凝聚、连通形成网络
若有过量铜，则形成包覆与表层渗铜区
最终组织特点：
钨为骨架连续相（高熔点、高强度）
铜分布在孔隙中作为分散相（导热导电）
五、钨铜合金（WCu）渗铜工艺铜熔融浸渗中常见问题及解决方案
钨铜合金（WCu）渗铜工艺铜熔融浸渗中常见问题及解决方案
六、钨铜合金（WCu）渗铜工艺铜熔融浸渗中常见问题及解决方案核心要点
铜熔融浸渗依靠毛细力+ 润湿性+连通孔隙自动完成
真空或氢气气氛是获得高质量浸渗的关键
1100–1250°C 是最常用的浸渗温度区间
烧结出高连通度孔隙的钨骨架是成功浸渗的前提
浸渗决定最终密度、组织均匀性、导热导电性能
工艺窗口狭窄，需要严格控制氧含量、温度和孔隙结构
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