如何在钨铜合金（CuW）生产中改善钨铜润湿角？
一、钨铜合金的Cu/W 润湿角核心物理、工程原理
毛细驱动的浸渗压力
γ：液铜表面张力（随温度下降）
θ：润湿角（Cu 在 W 表面的接触角，越小越利于浸渗）
r：孔隙等效半径（骨架设计决定）
减小 θ、增大 cosθ，或减小 r，都能提高毛细压力并改善浸渗。在工业上优先通过降低 θ（改善润湿）与优化孔隙结构来实现。
二、在钨铜产线上可实施的钨铜CuW 润湿角改善
1.钨铜合金材料、胚料表面与前处理（首要、成本低效果明显）
脱脂与化学清洗
去除油脂、表面有机物
有机溶剂超声清洗或碱洗 → 去除残渣可显著改善润湿。
建议流程
溶剂脱脂（丙酮或异丙醇）→去油洗（碱液、去离子水冲洗）→真空烘干（120°C, 1–2 h）。
真空脱气/预烧结脱气
在浸渗前进行300–600°C真空脱气1–3 h，去除吸附H₂O、CO₂、油膜，减少界面氧化物。
真空度建议10⁻³–10⁻⁵ Pa。
氧化物去除与表面活化
H₂还原退火（forming gas，5–10% H₂/Ar或纯H₂）在600–800°C 处理0.5–2 h，能还原表面少量氧化物，提高润湿性。
注意安全与工艺防护（防爆、排气）。
等离子或真空等离子清洗（Plasma cleaning）
在装炉前对骨架短时间O₂ 或Ar等离子处理以去污并激活表面（工业上常用）。
2.钨铜合金钨骨架界面/薄层改性（极有效，工程常用）
镀/涂金属湿润层（薄层）
在钨骨架表面镀一层薄的 Ni、Co 或 Cu-Ni（10–500 nm 至几 µm）可将润湿角显著降低（Ni 对 Cu 有很好的亲和性）。
工艺方式：电镀（化学镀或电镀）、喷涂或真空蒸镀。
典型：电镀 Ni 厚度 1–5 µm 即可在 1100–1200°C 下表现良好。
活化涂层/反应性层（活性金属）
在表面沉积极薄层的 Ti、Zr、Cr 等在高温下与 Cu 或 W 发生局部反应，形成亲湿界面（注意这类工艺需验证不会造成脆性相）。
使用须谨慎并做小试。
助浸渗剂/ 剂（Flux）
工业上有时使用低量 B₂O₃ 类熔剂或活性助剂改善润湿；但需评估残余物对后续性能（腐蚀、洁净度）的影响。
半导体或高洁净行业慎用（会产生气体或夹杂）。
3.钨铜合金的合金化与微量元素设计（从粉体或铜溶液中添加）
在铜中加入少量的亲湿元素（Ni、Co、Ag、Fe）
在Cu中加入 1–5 wt% Ni或Co，或采用 Cu-Ni 合金作为浸渗金属，可显著降低 θ 并改善润湿速率。需要注意的是，这会改变最终电导与导热，需权衡（Ni 降低导热/导电，增韧界面）。
在钨粉中加入活化微量元素
少量Ti/Zr（≪1 wt%）可以在高温下形成局部反应相促进润湿，但可能影响高温强度与界面相稳定性；需试验验证。
4.钨铜合金烧结浸润工艺气氛与温度控制（最关键的参数）
钨铜合金烧结浸润气氛
优先：高真空（10⁻³–10⁻⁵ Pa）或高纯 H₂（还原气氛）。
H₂（或 forming gas）可还原表面氧化物；真空可更彻底去除气体。
在实际产线，常用真空炉或 H₂/Ar 混合保护气。
浸渗温度
提高温度能减少铜表面张力 γ 并降低 θ。建议范围（按生产线可控性）：1100–1250°C 为常规；对难浸渗体系（高 W 含量、未活化表面）可升到 1300–1450°C（注意设备与热应力限制）。温度提升须与炉衬与夹具材料相匹配并做好热应力管理。
加压辅助浸渗（压力浸渗 / 压力辅助）
使用外加气压（0.1–1 MPa）或液压辅助可在润湿角不理想时推动铜进入细孔。工艺称为压力渗注（pressure infiltration），常用在W含量极高或孔隙复杂的大件。
5.钨铜合金骨架结构与烧结窗口（通过微观设计降低r，提高连通性）
控制钨骨架孔径与连通率
目标孔径范围常取 1–10 µm；连通率 > 80% 更利于浸渗。
调整压制密度、烧结温度、保温时间来控制孔隙结构。
无合同金预烧结参数
预烧结温度与时间决定孔隙连通与晶粒尺寸。根据中钨智造的实际生产的经验总结的建议是，1450–1600°C、保温 1–3 h（视粉体粒径而定），以获得 70–85% 的初始致密度/合适孔隙率。
6.钨铜合金浸渗辅助物理方法（工艺放大与难浸渗件）
超声/振动辅助浸渗
在浸渗过程中对坯体施加超声振动可以促进液体进入盲孔、减少气体滞留（工业上有应用，但设备与工艺需匹配）。
真空–压力交替循环
交替抽真空与加压可去除孔隙内气体并推动液体渗透。
多次浸渗/二次浸渗
根据中钨智造的实际生产经验，初次浸渗后存在残余微孔时可进行二次浸渗或局部加热再渗。
三、不同W/Cu比对钨铜合金润湿角与浸渗难易的影响
不同W/Cu比对钨铜合金润湿角与浸渗难易的影响
四、中钨智造钨铜合金的典型工艺钨铜配方与浸渗操作
方案A —常规中低难度（W70Cu30、W80Cu20）
预处理：溶剂脱脂 → H₂ 还原退火 700°C/1h → 真空脱气 300°C/1h。
预烧结：1500°C / 1.5 h 真空，目标致密度 70–78%。
浸渗：真空炉或 Ar/H₂；温度 1150–1250°C；保温 10–30 min；目标密度 ≥ 98%。
后处理：缓冷 3–5°C/min → 机加 → 表面检测（SEM）。
方案 B — 高难度（W85Cu15、W90Cu10）
表面改性：电镀 Ni（1–5 µm）或化学镀镍（0.5–2 µm）。
预烧结：1550–1600°C / 2 h，形成连通孔隙（控制孔径 1–5 µm）。
浸渗：真空炉 + H₂ 还原；温度 1300–1400°C；采用加压浸渗（0.1–0.5 MPa 气体压力或 0.1–1 MPa 压力注入）或真空-正压循环；时间 20–60 min。
后处理：二次热处理 800–1000°C 以促进界面扩散、降低残余应力。
方案 C — 超高 W 件（>90%W）若必须制备
考虑替代工艺：SPS 卧式快速烧结或金属化表面＋局部激光熔覆铜通道；浸渗仅作为最后手段并配合极强表面活化（Ti、Zr 层）和多次真空/压力循环。
五、钨铜合金生产工艺中，如何判定润湿与浸渗改进是否有效？
高温接触角测量（sessile drop）
在真空/气氛炉中对 W 小试样做 Cu 熔滴接触角测量（温度梯度 1100→1500°C），观察 θ 随温度与处理的变化。
浸渗速率/质量
称重法：浸渗前后质量差对应填充量，计算相对密度。
X-ray CT（工业 CT）：检测内部残余孔隙分布。
界面显微检查（SEM/EDS）
检查 W–Cu 界面是否存在氧化物、析出相、间隙或裂纹；EDS 检测 Ni 或活化元素分布。
热物性/电性能测试
导热率（laser flash）、电阻率；若发生表面改性后仍满足设计要求则成功。
电弧/烧蚀试验（若用于触头）
进行标准电弧循环试验评估寿命与质量。
六、钨铜合金润湿与浸渗常见故障与快速排查表
钨铜合金润湿与浸渗常见故障与快速排查表
七、钨铜合金生产工艺的工程要点
润湿角θ是决定是否能自然浸渗的核心参数；生产上以降低 θ（通过表面活化、薄层镀覆、气氛与温度）为首要手段。W含量越高→骨架越致密→浸渗越困难；高 W(≥85%) 件需更激进的改性（Ni 涂层、高温、高压或压力浸渗）。
建议工艺路线
对常规 W70–80Cu20，优先用真空或 H₂ + 1150–1250°C；对 W≥85，采用 Ni 涂层 + 1300–1450°C 或压力辅助浸渗。
实施顺序
清洗→真空脱气/H₂ 激活→合理预烧结（获得连通孔隙）→浸渗（温度+气氛+可能的压力）→缓冷→检验。
验证手段
高温接触角、CT 扫描、SEM/EDS、导热/电阻测试以及电弧寿命试验。
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