El cobre-tungsteno ( tungsteno-cobre , CuW o WCu ) es una mezcla de cobre y tungsteno . Como el cobre y el tungsteno no son mutuamente solubles, el material está compuesto por partículas distintas de un metal dispersas en una matriz del otro. Por lo tanto, la microestructura es más bien un compuesto de matriz metálica en lugar de una verdadera aleación.
El material combina las propiedades de ambos metales, dando como resultado un material que es resistente al calor, resistente a la ablación , altamente conductor térmica y eléctricamente y fácil de mecanizar .
Las piezas se fabrican a partir del compuesto CuW presionando las partículas de tungsteno en la forma deseada, sinterizando la pieza compactada y luego infiltrándose con cobre fundido. También se encuentran disponibles láminas, varillas y barras de la mezcla compuesta.
Las mezclas de cobre y tungsteno de uso común contienen entre un 10 y un 50% en peso de cobre, siendo la parte restante principalmente tungsteno. Las propiedades típicas dependen de su composición. La mezcla con menos% en peso de cobre tiene mayor densidad, mayor dureza y mayor resistividad. La densidad típica de CuW90, con un 10% de cobre, es de 16,75 g / cm 3 y de 11,85 g / cm 3 para CuW50. CuW90 tiene mayor dureza y resistividad de 260 HB kgf / mm 2 y 6.5 μΩ.cm que CuW50.
Propiedades típicas de las composiciones de cobre y tungsteno de uso común [1]
| Composición | Densidad | Dureza | Resistividad | IACS | Resistencia a la flexión |
|---|---|---|---|---|---|
| peso % | g / cm 3 ≥ | HB Kgf / mm 2 ≥ | μΩ.cm≤ | % ≥ | Mpa≥ |
| W50 / Cu50 | 11,85 | 115 | 3.2 | 54 | - |
| W55 / Cu45 | 12.30 | 125 | 3,5 | 49 | - |
| W60 / Cu40 | 12,75 | 140 | 3,7 | 47 | - |
| W65 / Cu35 | 13.30 | 155 | 3.9 | 44 | - |
| W70 / Cu30 | 13.80 | 175 | 4.1 | 42 | 790 |
| W75 / Cu25 | 14,50 | 195 | 4.5 | 38 | 885 |
| W80 / Cu20 | 15.15 | 220 | 5,0 | 34 | 980 |
| W85 / Cu15 | 15,90 | 240 | 5.7 | 30 | 1080 |
| W90 / Cu10 | 16,75 | 260 | 6.5 | 27 | 1160 |
Aplicaciones
Los compuestos de CuW se utilizan donde se necesita la combinación de alta resistencia al calor, alta conductividad eléctrica y térmica y baja expansión térmica. Algunas de las aplicaciones se encuentran en la soldadura por resistencia eléctrica , como contactos eléctricos y como disipadores de calor . Como material de contacto, el compuesto es resistente a la erosión por arco eléctrico. Las aleaciones WCu también se utilizan en electrodos para el mecanizado por descarga eléctrica [2] y el mecanizado electroquímico . [3]
El compuesto CuW75, con 75% de tungsteno, se usa ampliamente en portadores de chips , sustratos, bridas y marcos para dispositivos semiconductores de potencia . La alta conductividad térmica del cobre junto con la baja expansión térmica del tungsteno permite que la expansión térmica coincida con el silicio , el arseniuro de galio y algunas cerámicas . Otros materiales para estas aplicaciones son la aleación de cobre-molibdeno, AlSiC y Dymalloy .
Los materiales compuestos con 70–90% de tungsteno se utilizan en revestimientos de algunas cargas con formas especiales . La penetración se ve reforzada por el factor 1.3 frente al cobre para un objetivo de acero homogéneo, ya que aumentan tanto la densidad como el tiempo de ruptura. [4] Los revestimientos de carga moldeados a base de polvo de tungsteno son especialmente adecuados para la terminación de pozos de petróleo . También se pueden usar otros metales dúctiles como aglutinante en lugar del cobre. Se puede agregar grafito como lubricante al polvo. [5]
CuW también se puede utilizar como material de contacto en vacío. Cuando el contacto es de grano muy fino (VFG), la conductividad eléctrica es mucho más alta que una pieza normal de cobre tungsteno. [6] El tungsteno de cobre es una buena opción para un contacto de vacío debido a su bajo costo, resistencia a la erosión por arco, buena conductividad y resistencia al desgaste mecánico y soldadura por contacto. El CuW suele ser un contacto para sistemas de vacío, aceite y gas. No es un buen contacto para el aire ya que la superficie se oxidará cuando se exponga. Es menos probable que el CuW se erosione en el aire cuando la concentración de cobre es más alta en el material. Los usos de CuW en el aire son como punta de arco, placa de arco y corredor de arco. [7]
Los materiales de cobre y tungsteno se utilizan a menudo para contactos de arco en disyuntores de hexafluoruro de azufre (SF 6 ) de voltaje medio a alto en entornos que pueden alcanzar temperaturas superiores a 20.000 K. La resistencia del material de cobre tungsteno a la erosión por arco se puede aumentar modificando el tamaño de grano y la composición química. [6]
El proceso Spark Erosion (EDM) requiere cobre tungsteno. Por lo general, este proceso se usa con grafito, pero como el tungsteno tiene un alto punto de fusión (3420 ° C), esto permite que los electrodos de CuW tengan una vida útil más larga que los electrodos de grafito. Esto es crucial cuando los electrodos se han procesado con un mecanizado complejo. Dado que los electrodos son susceptibles de desgastarse, los electrodos proporcionan más precisión geométrica que los otros electrodos. Estas propiedades también permiten que las varillas y los tubos fabricados para la electroerosión tengan un diámetro más pequeño y una longitud más larga, ya que es menos probable que el material se astille y se deforme. [8]
Propiedades
| Peso de tungsteno % | 55 | 68 | 70 | 75 | 78 | 80 | 85 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UTS (MPa) | 434 | 517 | 586 | 620 | 648 | 662 | 517 | 483 |
| Conductividad térmica (W / (cm K)) | 2.4 | 2.1 | 2.01 | 1,89 | 1,84 | 1,82 | 1,75 | 1,47 |
| Resistencia eléctrica a 20 ° C | 3,16 | 3.33 | 3,41 | 3,51 | 3,71 | 3.9 | 4,71 | 6.1 |
Las propiedades eléctricas y térmicas de los compuestos varían con diferentes proporciones. Un aumento de cobre aumenta la conductividad térmica, que juega un papel muy importante cuando se utiliza en interruptores automáticos. La resistividad eléctrica aumenta con un aumento en el porcentaje de tungsteno presente en el compuesto, que va desde 3,16 al 55% de tungsteno a 6,1 cuando el compuesto contiene 90% de tungsteno. Un aumento en el tungsteno conduce a un aumento en la resistencia máxima a la tracción hasta que la aleación alcanza el 80% de tungsteno y el 20% de cobre con una resistencia máxima a la tracción de 663 MPa. Después de esta mezcla de cobre y tungsteno, la resistencia máxima a la tracción comienza a disminuir con bastante rapidez.[9]
Referencias
- ^ "Propiedades del tungsteno de cobre" .
- ^ "Inicio - Referencia de credo" .
- ^ "Aleación de tungsteno de cobre" . chinatungsten.com . Consultado el 29 de marzo de 2019 .
- ^ Tie-Fu, Wang; He-Rong, Zhu (1996). "Revestimiento de carga con forma de cobre-tungsteno y su chorro". Propelentes, Explosivos, Pirotecnia . 21 (4): 193-195. doi : 10.1002 / prep.19960210406 .
- ^ "Revestimiento mejorado de tungsteno para una carga con forma" .
- ^ a b "Tungsteno-Cobre para interruptores automáticos SF 6 " . plansee.com . Consultado el 29 de marzo de 2019 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2013 . Consultado el 6 de diciembre de 2013 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Electrodos de erosión por chispas" . plansee.com . Consultado el 29 de marzo de 2019 .
- ^ "Proveedor de cobre tungsteno - barra - placa - hoja - alambre | Eagle Alloys Corporation" .
