鎢鎳銅合金是以鎢為基體、鎳銅為粘結(jié)相的重合金，主要採(cǎi)用粉末冶金與液相燒結(jié)工藝製備。鎢鎳銅合金的核心特性為高密度、無(wú)磁性，並具備良好的輻射遮罩能力及導(dǎo)電導(dǎo)熱性，該合金在綜合力學(xué)性能上略遜於鎢鎳鐵合金，但其無(wú)磁特性是關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。鎢鎳銅合金主要應(yīng)用於醫(yī)療與工業(yè)輻射防護(hù)設(shè)備、航空航太及汽車領(lǐng)域的精密配重部件，以及需要無(wú)磁環(huán)境的電子電氣元件中。
1.鎢鎳銅合金的特性
鎢鎳銅合金是一種以鎢為基體、鎳和銅作為粘結(jié)相的高密度材料，其主要特性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
鎢鎳銅合金具有很高的密度，密度一般在16.5~18.5g/cm3的範(fàn)圍內(nèi)，具體數(shù)值視鎢的含量而定。這一物理特性使鎢鎳銅合金在需要高比重的場(chǎng)合具有明顯優(yōu)勢(shì)。
在力學(xué)性能上，鎢鎳銅合金保持了鎢的高強(qiáng)度和高硬度，同時(shí)鎳銅粘結(jié)相的加入使材料的韌性和延展性得到一定改善，比純鎢更容易進(jìn)行塑性加工或機(jī)械加工。但與鎢鎳鐵合金相比，鎢鎳銅合金的強(qiáng)度通常稍低一些。
鎢原子序數(shù)高且鎢鎳銅合金密度大，使得鎢鎳銅合金對(duì)X射線和γ射線具有較強(qiáng)的遮罩能力，常被用在輻射防護(hù)領(lǐng)域。鎢鎳銅合金另一個(gè)重要特點(diǎn)是無(wú)磁性，這是因?yàn)殒囥~形成的固溶體本身不帶磁性，這一點(diǎn)與含鐵的鎢鎳鐵合金有明顯不同。
在加工性能方面，鎢鎳銅合金比純鎢或碳化鎢材料更易於進(jìn)行車削、銑削等切削加工，能夠製成形狀相對(duì)複雜的零件。
耐腐蝕性上，鎢鎳銅合金在常溫下對(duì)水、大氣和一些非氧化性酸還算穩(wěn)定，但在硝酸、王水這類強(qiáng)氧化性環(huán)境中，鎢鎳銅合金的腐蝕速度會(huì)加快。
由於銅相的引入，鎢鎳銅合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性得到顯著提升，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好，其電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率均高於鎢鎳鐵合金。這一特性讓鎢鎳銅合金也可以用於需要散熱或?qū)щ姷牟考小?/p>
鎢鎳銅合金特性一覽表
2.鎢鎳銅合金的製備工藝
鎢鎳銅合金主要通過(guò)粉末冶金方法來(lái)製備，液相燒結(jié)是整個(gè)過(guò)程的核心步驟，典型的製備流程包括以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)。
首先進(jìn)行原料準(zhǔn)備。一般選用粒徑在1~10μm左右的高純度鎢粉，以及粒徑為1~5μm的鎳粉和銅粉。按照設(shè)計(jì)比例精確稱量各組分後，進(jìn)入粉末混合階段，粉末混合階段通常採(cǎi)用球磨機(jī)或V型混料機(jī)進(jìn)行濕法混合，過(guò)程中常添加乙醇等作為分散劑，混合約4~24小時(shí)，完成後經(jīng)過(guò)乾燥和過(guò)篩，使各種粉末均勻分佈。
接著是成型環(huán)節(jié)。成型環(huán)節(jié)常採(cǎi)用冷等靜壓的方法，壓力控制在150~300MPa，也可以選擇模壓或者注射成型的方式，得到具有一定強(qiáng)度的生坯。如果採(cǎi)用注射成型，還需要在燒結(jié)前完成脫脂處理。
隨後進(jìn)行液相燒結(jié)。在氫氣或真空環(huán)境下，將生坯在1350~1500℃的溫度中燒結(jié)，這一溫度高於約1350℃的鎳銅共晶點(diǎn)，會(huì)促使金屬液相的生成，液相能夠潤(rùn)濕鎢顆粒，並通過(guò)溶解再沉澱機(jī)制幫助材料緻密化。保溫1~3小時(shí)後，燒結(jié)體的相對(duì)密度通?？梢赃_(dá)到98%以上。
最後可能還需要進(jìn)行一些後處理。有時(shí)會(huì)通過(guò)熱等靜壓進(jìn)一步消除殘留孔隙，或者採(cǎi)用退火工藝，在800~1200℃下消除內(nèi)應(yīng)力，根據(jù)實(shí)際要求，進(jìn)行車削、銑削等機(jī)械加工，或進(jìn)行拋光、電鍍等表面處理，以滿足尺寸和性能需要。
3.鎢鎳銅合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域
鎢鎳銅合金的應(yīng)用主要集中在輻射遮罩、配重平衡以及電氣電子領(lǐng)域。
在輻射遮罩方面，鎢鎳銅合金因密度高且無(wú)磁性，常用於需要防護(hù)X射線或γ射線的場(chǎng)合。醫(yī)療設(shè)備中，用於製造直線加速器、CT設(shè)備、PET-CT以及γ刀的防護(hù)罩、準(zhǔn)直器和擋塊。在工業(yè)領(lǐng)域則常見(jiàn)鎢鎳銅合金用於工業(yè)探傷儀器、核電站相關(guān)部件、放射性同位素的儲(chǔ)存運(yùn)輸容器，還有石油鑽井用的測(cè)井源罐。
在配重和平衡部件方面，鎢鎳銅合金的高密度使其成為合適的配重材料。在航空航太領(lǐng)域，它用於飛機(jī)、導(dǎo)彈和衛(wèi)星的陀螺儀轉(zhuǎn)子、配重塊以及減振部件。汽車行業(yè)中，鎢鎳銅合金多應(yīng)用於賽車配重塊和高端發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的平衡塊。另外，一些高精度儀器如高端音響設(shè)備的唱頭也採(cǎi)用鎢鎳銅合金作為配重。
在電氣與電子領(lǐng)域，鎢鎳銅合金無(wú)磁性、密度高，同時(shí)導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能較好，常用於製造大功率電觸頭、電極、半導(dǎo)體支撐件以及散熱元件等要求較高的部件。
