CN100588483C - 一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法，该方法按以下步骤进行，首先按比例称量铜粉、钨粉以及稀土单质镧或铈；然后在高能球磨机中进行机械合金化；再次添加的镍粉和乙醇后再进行共同机械混合；在模具中压制成型；最后将压坯装入高温保护气氛烧结炉中采用熔渗技术烧结成型即得到高抗电弧烧蚀的钨铜电触头。本发明的方法有效解决了电弧烧蚀使触头表面产生严重烧蚀而引起过早失效的问题，提高了钨铜电触头材料的性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及仪器仪表和电器设备钨基电触头材料的制备方法，具体涉及一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法。
背景技术
钨铜电触头材料是由高熔点、高硬度的钨和高导电、高导热率的铜所构成的假合金。目前，我国的电力系统输变电过程中的损失较大、电能利用率低、检修周期短、事故频繁发生等，这些问题在很大程度上是由于电触头质量低造成的，随着现代化建设的高速发展，高压输变电网路负荷日益增加，开关电器向着更高电压、更大容量方向发展。传统的高压钨铜电触头材料，在高电压、大电流作用下，电弧烧蚀使触头表面产生严重蚀坑而引起过早失效，已经不能满足需求。为此，寻找一种可明显提高钨铜电触头材料抗电弧烧蚀性能的制备方法，就显得既迫切又很必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法，工艺简单，容易操作，根据该方法得到的钨铜电触头材料能够显著提高抗电弧烧蚀性能。
本发明所提供的技术方案是，一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法，该方法按以下步骤进行，
步骤1、称量，按重量百分比取2.4％～17.6％的铜粉和82.4％～97.6％的钨粉，铜粉的粒径为200～250目，钨粉的粒径为6～8μm，铜粉和钨粉总重量为100％，另按上述铜粉和钨粉总重量再分别称量1％～4％的稀土单质镧或铈、0.05％～0.15％的镍粉和0.5％～1.5％重量毫升的乙醇，
步骤2、机械合金化，将步骤1中称得的铜粉和钨粉各取自身重量的20～40％，与步骤1称量的全部稀土单质一起放入高能球磨机内进行机械合金化，得到合金粉，
步骤3、混料，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中得到的合金粉混合，并加入步骤1中称量的镍粉和乙醇，共同机械混合6～20小时，得到混合粉，
步骤4、压制，将步骤3中制得的混合粉装入模具中，以6～8吨/厘米2的压力压制成型，得到压坯，再将压坯从模具中脱出，
步骤5、熔渗烧结，将步骤4所得的压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛烧结炉内，控制温度1350±5℃～1400±5℃，保温2～2.5小时进行熔渗烧结成型，即得钨铜合金棒材。
本发明的制备方法，其特点还在于，
步骤1中乙醇浓度为55％～65％。
步骤2中高能球磨机的球磨转速为200～400转/分钟，球磨比为20～40∶1，球磨时间为2～4小时。
本发明的有益效果是，提高了电触头材料的抗电弧烧蚀性能，并可以延长使用寿命，工艺简单，操作方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
在本发明中，添加的稀土单质镧或铈在钨铜合金电触头材料中能起到分散电弧的作用，使电弧均匀的分布在整个触头的表面，使得单位面积上触头的烧蚀就会很少，提高电触头材料的抗电弧烧蚀性能并可以延长电触头的使用寿命。添加镍粉起到了活化烧结的作用，可以增加骨架的强度，有利于熔渗。添加乙醇有利于混粉，使得粉末更容易混合均匀。将铜粉和钨粉分两步进行添加，先取部分铜粉和钨粉与稀土单质镧或铈放入高能球磨机内进行机械合金化，是为了溶渗方便，为下一步提供一个溶渗通道，再将剩余的铜粉和钨粉与机械合金化后的合金粉，以及添加成分配制一起机械混合，则能够提高整体的相对密度，从而得到高性能的电触头材料。
本发明的制备方法按以下步骤进行，
步骤1、称量，按重量百分比取2.4％～17.6％的铜粉和82.4％～97.6％的钨粉，铜粉的粒径为200～250目，钨粉的粒径为6～8μm，铜粉和钨粉总重量为100％，另按上述铜粉和钨粉总重量再分别称量1％～4％的稀土单质镧或铈、0.05％～0.15％的镍粉和0.5％～1.5％重量毫升的乙醇，乙醇浓度为55％～65％
步骤2、机械合金化，将步骤1中称得的铜粉和钨粉各取自身重量的20～40％，与步骤1称量的全部稀土单质一起放入高能球磨机内进行机械合金化，球磨转速为200～400转/分钟，球磨比为20～40∶1，球磨时间为2～4小时，得到合金粉。
步骤3、混料，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中得到的合金粉混合，并加入步骤1中称量的镍粉和乙醇，共同机械混合6～20小时，得到混合粉，
步骤4、压制，将步骤3中制得的混合粉装入模具中，以6～8吨/厘米2的压力压制成型，得到压坯，再将压坯从模具中脱出，
步骤5、熔渗烧结，将步骤4所得的压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛烧结炉内，控制温度1350±5℃～1400±5℃，保温2～2.5小时进行熔渗烧结成型，即得钨铜合金棒材。
实施例1
制取直径为20毫米，长度为60毫米，稀土镧添加量为2％，重量百分数分别为70和30的钨铜合金W70Cu30La电触头材料。
步骤1，将粒径为200目的铜粉、粒径为6μm的钨粉按下述重量称量，铜粉和钨粉的总重量为280克，再按照铜和钨粉总重量的2％称量镧5.6克。
铜粉(17.6％) 49.28克 钨粉(82.4％) 230.72克
步骤2，将步骤1中称得的铜粉和钨粉各取自身重量的20％，与步骤1称量的5.6克镧一起放入高能球磨机内进行机械合金化，高能球磨机的转速为400转/分钟，球磨比为40∶1，球磨时间为4小时，制得合金粉61.6克，
铜粉(20％) 9.856克 钨粉(20％) 46.144克
步骤3，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中机械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的浓度为55％，
剩余铜粉(80％) 39.424克 剩余钨粉(80％) 184.576克
合金粉 61.6克
镍粉(0.1％) 0.28克 乙醇(1％) 2.8毫升
将上述粉末共同机械混合6个小时，得到混合粉285.88克。
步骤4，将步骤3的混合粉285.88克装入直径22毫米、长62毫米的模具中，以6吨/厘米2的压力压制成型，再将压坯从模具中脱出。
步骤5，将上述压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛氦气烧结炉内，控制温度1350±5℃，保温2小时进行熔渗烧结成型。
最后将烧结好的直径约22毫米、长约62毫米的钨铜合金棒材加工成所需直径为20毫米，长度为60毫米的尺寸即成。
实施例2
制取直径为30毫米，长度为80毫米，稀土铈添加量为1％，重量百分数分别为80和20的钨铜合金W80Cu20Ce电触头材料。
步骤1，将粒径为250目的铜粉、粒径为8μm的钨粉按下述重量称量。总重量803克，再按照铜粉和钨粉总重量的1％称量铈8.03克。
铜粉(5.8％) 46.574克 钨粉(94.2％) 756.426克
步骤2，将步骤1中称得的铜粉取自身重量的35％即16.301克，钨粉取自身重量的25％即189.107克，与步骤1称量的8.03克铈一起放入高能球磨机内进行机械合金化，高能球磨机转速为300转/分钟，球磨比为30∶1，球磨时间为3小时，制得合金粉213.438克。
步骤3，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中机械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的浓度为60％，
剩余铜粉(65％) 30.273克 剩余钨粉(75％) 567.319克
合金粉 213.438克
镍粉(0.05％) 0.4015克 乙醇(1.5％) 12.045毫升
将上述粉末共同机械混合20个小时，得到混合粉823.4765克。
步骤4，将步骤3的混合粉823.4765克装入直径32毫米，长82毫米的模具中，以7吨/厘米2的压力压制成型，再将压坯从模具中脱出。
步骤5，将上述压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛氢气烧结炉内，控制温度1380±5℃，保温2.2小时进行熔渗烧结成型得到钨铜合金棒材。最后将烧结好的直径约32毫米，长约82毫米的钨铜合金棒材加工成直径为30毫米，长度为80毫米的尺寸即成。
实施例3
制取直径为15毫米，长度为60毫米，稀土镧添加量为4％，重量百分数分别为85和15的钨铜合金W85Cu15La电触头材料。
步骤1，将粒径为230目的铜粉、粒径为7μm的钨粉按下述重量称量。总重量187克，再按照铜粉和钨粉总重量的4％称量镧7.48克。
铜粉(2.4％) 4.488克 钨粉(97.6％) 182.512克
步骤2，将步骤1中称得的铜粉取自身重量的40％即1.795克，钨粉取自身重量的40％即73.0048克，与步骤1称量的7.48克镧一起放入高能球磨机内进行机械合金化，球磨机转速为200转/分钟，球磨比为20∶1，球磨时间为2小时，制得合金粉82.2798克。
步骤3，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中机械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的浓度为65％，
剩余铜粉(60％) 2.693克 剩余钨粉(60％) 109.5072克
合金粉 82.2798克
镍粉(0.15％) 0.2805克 乙醇(0.5％) 0.935毫升
将上述粉末共同机械混合10个小时，得到混合粉194.7605克。
步骤4，将步骤3的混合粉194.7605克装入直径17毫米，长62毫米的模具中，以8吨/厘米2的压力压制成型，再将压坯从模具中脱出。
步骤5，将上述压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛氢气烧结炉内，控制温度1400±5℃，保温2.5小时进行熔渗烧结成型得到钨铜合金棒材。最后将烧结好的直径约17毫米，长约62毫米的钨铜合金棒材加工成直径为15毫米，长度为60毫米的尺寸即成。
本发明采用活化烧结技术或添加“第三组元”，不仅改善钨对铜的浸润性，而且使触头材料的性能显著提高，其高密度、高导热率、高强度和硬度、低电阻率、低热膨胀系数，且耐电弧烧损性，抗熔焊性、抗电蚀性等性能在电接触材料应用上的优势是其它材料在短期内无法顶替的。添加稀土的电触头材料与传统方法制备的电触头在电弧下烧蚀20分钟的失重量如下表，显示出本发明方法制备的钨铜电触头材料具有明显的优势。
| 制备方法 | 失重量(mg) |
| 传统方法 | 4.6 |
| 本发明实施例1 | 3.3 |
| 本发明实施例2 | 3.0 |
| 本发明实施例3 | 3.5 |
本方法所制备的钨铜电触头材料，能够在高电压、大电流下开闭形成的电弧均匀分布在整个触头的表面，这样单位面积上的能量就会很少，添加的稀土组元与铜形成低熔点的化合物、易挥发和迁移到表面，也会带走大量热能，达到提高抗电弧烧蚀性能并延长触头乃至整个断路器设备寿命的目的。
Claims (3)
1、一种高抗电弧烧蚀的钨铜电触头材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行，
步骤1、称量，按重量百分比取2.4％～17.6％的铜粉和82.4％～97.6％的钨粉，铜粉的粒径为200～250目，钨粉的粒径为6～8μm，铜粉和钨粉总重量为100％，另按上述铜粉和钨粉总重量再分别称量1％～4％的稀土单质镧或铈、0.05％～0.15％的镍粉和0.5％～1.5％重量毫升的乙醇，
步骤2、机械合金化，将步骤1中称得的铜粉和钨粉各取自身重量的20～40％，与步骤1称量的全部稀土单质一起放入高能球磨机内进行机械合金化，得到合金粉，
步骤3、混料，将步骤1中剩余的铜粉和钨粉与步骤2中得到的合金粉混合，并加入步骤1中称量的镍粉和乙醇，共同机械混合6～20小时，得到混合粉，
步骤4、压制，将步骤3中制得的混合粉装入模具中，以6～8吨/厘米2的压力压制成型，得到压坯，再将压坯从模具中脱出，
步骤5、熔渗烧结，将步骤4所得的压坯放入石墨舟中，周围加高纯氧化铝填料，在高温保护气氛烧结炉内，控制温度1350±5℃～1400±5℃，保温2～2.5小时进行熔渗烧结成型，即得钨铜合金棒材。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特点在于，所述的步骤1中乙醇浓度为55％～65％。
3、根据权利要求1所述的制备方法，其特点在于，所述的步骤2中高能球磨机的球磨转速为200～400转/分钟，球磨比为20～40∶1，球磨时间为2～4小时。
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