電解銅粉高速壓制工藝研究

電解銅粉高速壓制工藝研究

高密度、高強度和高精度粉末產(chǎn)品是粉末行業(yè)的發(fā)展方向和研究重點。提高產(chǎn)品的致密性，顯著提高產(chǎn)品的性能。從傳統(tǒng)的致密化途徑來看，復(fù)壓復(fù)燒、粉末鍛造、熱等靜壓、熱壓等技術(shù)都各有其優(yōu)缺點高速壓制(Highvelocitycompaction，簡稱HVC)是瑞典的H?gan?s公司在2001年6月推出的一項新技術(shù)。其基本原理目前，國內(nèi)對高速壓制技術(shù)的研究還處于起步階段，國外雖然對該技術(shù)進行了一些研究，但主要集中于鐵粉1解銅粉的特性實驗原料：有研粉末新材料(北京)有限公司生產(chǎn)的電解銅粉，粒度為<75μm，粉末特性和顯微形貌分別如表1和圖1所示。實驗設(shè)備：南京希頓-東部精密機械有限公司生產(chǎn)的HYP35-7型高速沖擊成形壓機，如圖2所示。2結(jié)果與討論2.1錘擊力的確定高速壓制時的沖擊能量為錘頭力所做的功與錘頭重力勢能之和，由下式確定：中E為沖擊能量，J;W而W中F為錘頭力，kN;h為錘頭沖擊行程，mm;m為錘頭質(zhì)量，kg;g為重力加速度，取10N/kg。而F由下式確定：式中p為油壓壓強，MPa;A為油壓對錘頭作用的有效面積，cm對于HYP35-7型高速沖擊成形壓機而言：p=28MPa,A=31cm由式(5)可知，沖擊能量與沖擊行程之間為線性關(guān)系，如圖3所示。2.2錘擊力的計算高速壓制時的沖擊速度是指錘頭與上模沖第一次接觸時的速度。根據(jù)能量守恒定律：式中m為錘頭質(zhì)量，kg;v為沖擊速度，m/s。由式(6)可知：v=2Fh/m。因此，高速壓制時的沖擊速度與沖擊行程之間呈拋物線關(guān)系，如圖4所示。2.3電解銅粉的形成機理圖5(a)所示為單次壓制時的生坯密度與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖5(a)可知，隨著沖擊能量的增加，生坯密度逐漸提高。當(dāng)沖擊能量低于3472J時，生坯密度增加較快；當(dāng)沖擊能量超過3906J時，生坯密度增加較慢；當(dāng)沖擊能量在3472～3906J之間變化時，生坯密度增加幅度較??；當(dāng)沖擊能量增加到6076J時，生坯密度達到最大，為8.42g/cm造成上述現(xiàn)象的原因可能是：高速壓制在一次壓制過程中，錘頭要多次撞擊上模沖。當(dāng)沖擊波受阻于上模沖時，錘頭以一定的速度撞擊上模沖后，錘頭損失部分能量后繼續(xù)前進，上模沖獲得一個高速度并脫離錘頭向下運動。粉末的阻力會消耗上模沖的能量，使其速度下降并與錘頭再次接觸，再次獲得高速度并脫離錘頭向下運動，如此反復(fù)直至錘頭的能量全部被耗盡。在此過程中，電解銅粉受到了多次壓制，生坯密度逐次得到提高電解銅粉是樹枝狀粉末(見圖1)，顆粒之間存在較多孔隙，同時電解銅粉較軟，塑性變形較容易。當(dāng)沖擊能量較低(低于3472J)時，壓制過程中粉末顆粒主要以充填和變形方式進行致密化，這一階段生坯密度隨沖擊能量的增加而升高較快。當(dāng)沖擊能量增加到3472～3906J時，生坯密度增加幅度較小是由于粉末顆粒經(jīng)過充填、變形后，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，進一步變形受到阻礙，而此時的沖擊能量又不足以使樹枝狀粉末發(fā)生碎化。但是當(dāng)沖擊能量繼續(xù)增加時，生坯密度又逐步升高是由于粉末顆粒之間除了充填和變形外，還發(fā)生了碎化。同時粉末顆粒之間由于高速碰撞、摩擦形成冷焊，顆粒之間形成波紋狀結(jié)合。圖5(b)所示為兩次壓制時的生坯密度與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖5(b)可知，隨著沖擊能量的增加，生坯密度逐漸提高。當(dāng)總沖擊能量相同時，第一次沖擊能量為868J壓制的試樣的生坯密度高于第一次沖擊能量為1736J壓制的試樣。其原因可能是：一方面，當(dāng)?shù)谝淮螞_擊能量較低(868J)時，粉末顆粒之間的充填和變形進行得較充分，同時粉末顆粒之間的絕大部分氣體能夠逸出。而當(dāng)?shù)谝淮螞_擊能量為1736J時，由于沖擊能量高且作用時間短，粉末顆粒之間會殘留部分氣體。另一方面，當(dāng)粉末經(jīng)過第一次沖擊能量為1736J壓制后，已經(jīng)成為密度為7.06g/cm2.4沖擊能量的影響圖6所示為不同壓制次數(shù)制備的試樣的生坯密度與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖6可知，當(dāng)總沖擊能量相同時，兩次壓制的生坯密度較單次壓制的高。而且隨著沖擊能量的增加，二者之間的差值逐漸縮小。這是由于單次壓制時，沖擊能量一次性作用于粉末顆粒上，作用時間短，粉末顆粒之間的氣體不能徹底逸出，同時顆粒之間的充填不能充分進行，粉末顆粒之間可能僅僅形成機械結(jié)合。而兩次壓制時，沖擊能量分兩次作用于粉末顆粒上，第一次壓制相當(dāng)于預(yù)壓，起到排氣、充填等作用，使得粉末顆粒成為具有一定密度的生坯，隨后進行的第二次壓制使得粉末顆粒之間除了形成機械結(jié)合外，還可能形成焊合，從而導(dǎo)致試樣的生坯密度進一步提高。2.5．高速壓制技術(shù)圖7(a)所示為單次壓制時的最大沖擊力和脫模力與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖7(a)可知，高速壓制過程中，最大沖擊力隨著沖擊能量的增加而逐漸增大，這是由于沖擊波傳播速度隨著沖擊能量的增加而逐漸增大所致。整個壓制過程中，脫模力相對較低，僅在45～90kN之間變化，為最大沖擊力的5.24%～16.11%，這也充分證明了高速壓制技術(shù)具有脫模力較低的特點圖7(b)所示為兩次壓制時的最大沖擊力和脫模力與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖7(b)可知，隨著沖擊能量的增加，最大沖擊力逐漸增大。當(dāng)總沖擊能量相同時，第一次沖擊能量為868J壓制的試樣的最大沖擊力較第一次沖擊能量為1736J時的略高。這是由于第一次沖擊能量較低時，其隨后的第二次沖擊能量較高所致。從圖7(b)中還可以看出，當(dāng)總沖擊能量相同時，第一次沖擊能量為868J壓制的試樣的脫模力較高一些，這可能是由于其隨后的第二次沖擊能量較高，使得試樣的徑向彈性后效增大，從而導(dǎo)致試樣與模具模壁之間的摩擦力增大所致。2.6最大沖擊力較單次壓制圖8所示為不同壓制次數(shù)制備的試樣的最大沖擊力和脫模力與沖擊能量之間的關(guān)系。由圖8可知，隨著沖擊能量的增加，最大沖擊力逐漸增大。當(dāng)沖擊能量相同時，兩次壓制時的最大沖擊力較單次壓制的高。這是由于兩次壓制時，第一次壓制使得粉末成為具有一定密度的生坯，隨后進行第二次壓制時，沖擊波受到的阻礙減小，傳播速度增大所致。從圖8中還可以看出，當(dāng)沖擊能量相同時，單次壓制時的脫模力較高。其原因可能是：一方面，單次壓制時的生坯密度較兩次壓制的低，使得單次壓制的試樣的高度較高；另一方面，單次壓制時，沖擊波對試樣的作用時間較兩次壓制時的短，使得試樣內(nèi)部產(chǎn)生了較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致試樣的徑向彈性后效增大，試樣與模具模壁之間的摩擦力增大。3沖擊能量對生坯密度的影響1)高速壓制過程中，沖擊能量與沖擊行程之間呈線性關(guān)系，而沖擊速度與沖擊行程之間呈