CN101350255B - 铜铬-铜复合触头材料及其制造方法 - Google Patents

铜铬-铜复合触头材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种铜铬-铜复合触头材料及其制造方法，所述的铜铬-铜复合触头材料，它主要包括有一铜铬层，在该铜铬层的至少一面上复合有一层铜层，且铜铬层厚度为1.5～2.5mm，铜层的厚度为1.5～4.5mm；铜铬层和铜层的总厚度可以根据需要在3.0～7.0mm之间任意控制；所述的制造方法，它包括：1、铜铬层粉料的制备：2、铜层用粉料的制备：3、复合材料的压制：4、烧结及复压、复烧；它具有如下技术效果：一是较大地减小了铜铬层的厚度，有效降低了触头材料的内电阻，使真空开关管的性能得到提高；二是铜层与导电杆的焊接工艺难度下降，焊接容易而且质量可靠；三是可减少铬的用量，因而可降低制造触头材料的原料成本；四是可以直接用普通的银铜焊料，并且实现一次封排，真空开关管的生产成本有较大的下降。

Description

铜铬-铜复合触头材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合电工触头材料及其制造方法，应用于电真空开关行业中，属于金属材料领域。
背景技术
目前在国内外中高压真空开关中主要用CuCr合金材料作为触头材料。因为CuCr触头材料既保持了铜的高导电导热性能，又具有铬的高熔点，使材料具有良好的抗电弧侵蚀性，高的耐电压强度，较大的开断电流能力，同时还具有较低的截流值和较好的抗熔焊性能。铜铬触头材料优良的综合性能使其自问世以来迅速取代了铜铋、铜钨等材料成为目前中高压真空开关的首选触头材料。
触头是真空灭弧室的核心材料，电流的导通和开断都是通过触头进行。触头性能及装配质量对开关管的性能起决定作用。铜铬触头材料的优良性能奠定了其在中高压真空开关中的重要地位。
触头必须牢固地焊接在导电杆上以承受机构在关合及开断过程中的冲击力，同时触头材料必须有良好的导电性能以降低大电流时的触头温升。与无氧铜相比，铜铬触头材料的焊接性能较差、电导率和热导率较低。目前使用的铜铬触头的厚度一般为3～6mm，而真空开关在实际的使用过程中其单片触头的磨损量在1mm以下，即真空开关中有1.5mm厚的铜铬层便能满足使用要求，多余的铜铬部分不仅是个浪费而且还对开关的性能有害，此外铜铬触头与无氧铜焊接时需要使用价格昂贵的72AgCuPd焊料和72AgCu焊料，为了确保焊接质量，一般都采用二次焊接以检查铜铬触头的焊接状况，增加了真空开关的制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种通过压制烧结作用，具有良好的结合强度的铜铬-铜复合触头材料及其制造方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成，所述的铜铬-铜复合触头材料主要包括有一铜铬层，在该铜铬层的一面上复合有一层铜层，且铜铬层厚度为1.5～2.5mm，铜层的厚度为1.5～4.5mm；铜铬层和铜层的总厚度在3.0～7.0mm之间任意控制；所述的铜铬层中的铜与铬混合重量配比在80∶20～40∶60范围内；所述的铜铬层中的铜与铬混合时还添加有少量提高触头性能的W、Te、Bi、Sb、Si、Ti、Fe、Mo、Ta中的一种或一种以上元素；所述的铜层中加入有0～10％的超细铬粉、钽粉或钼粉，所述超细铬粉、钽粉或钼粉的粒度不大于50微米；
该方法包括：(1)铜铬层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时，铬粉在高纯氢气氛中经900℃～1300℃还原1～4小时；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬层用粉料；(2)铜层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时后粉碎并过-200目筛即得；(3)复合材料的压制：压制时先将铜层用粉料倒入特制的专用模具中，待所倒入的铜层用粉料的厚度均匀后，再倒入铜铬层用粉料，在600MPa～1100Mpa压力下成型为坯料；(4)烧结及复压、复烧：坯料在900℃～1100℃温度下烧结1～3小时，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在900MPa～1400Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在800℃～1000℃温度下进行退火处理。
经上述工艺制得的铜铬-铜复合触头材料具有同目前使用的铜铬触头一致的综合性能，其铜层可以与导电杆实现良好的焊接。用铜铬-铜复合触头材料取代目前使用的铜铬触头，不仅可以提高真空开关管的电性能、寿命和可靠性，而且还能大大降低真空开关管的生产成本。
本发明采用的是铜铬混合粉与铜粉一次成型，再经后续的烧结、复压及退火工艺，形成的铜铬层与铜层结合非常牢固，两层之间的结合强度超过无氧铜基体的强度。采用本发明的铜铬-铜复合触头材料，与目前使用的铜铬触头相比较，有如下明显的效果：(1)使用的触头材料中铜铬层的厚度为1.5～2.5mm，较大地减小了铜铬层的厚度，有效降低了触头材料的内电阻，使真空开关管的性能得到提高；(2)铜层与导电杆的焊接工艺难度下降，焊接容易而且质量可靠；(3)采用本发明的工艺生产铜铬-铜复合触头材料，可减少铬的用量，因而可降低制造触头材料的原料成本；(4)采用本发明的铜铬-铜复合触头材料，可以直接用普通的银铜焊料，并且实现一次封排，真空开关管的生产成本有较大的下降。
附图说明
图1是本发明的铜铬-铜复合触头材料结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的铜铬-铜复合触头材料主要包括有一铜铬层，在该铜铬层的一面上复合有一层铜层，且铜铬层厚度为1.5～2.5mm，铜层的厚度为1.5～4.5mm；铜铬层和铜层的总厚度在3.0～7.0mm之间任意控制；所述的铜铬层中的铜与铬混合重量配比在80∶20～40∶60范围内；所述的铜铬层中的铜与铬混合时还添加有少量提高触头性能的W、Te、Bi、Sb、Si、Ti、Fe、Mo、Ta中的一种或一种以上元素；所述的铜层中加入有0～10％的超细铬粉、钽粉或钼粉，所述超细铬粉、钽粉或钼粉的粒度不大于50微米；
所述制造铜铬-铜复合触头材料的方法包括：
(1)铜铬层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时，铬粉在高纯氢气氛中经900℃～1300℃还原1～4小时；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬层用粉料；
(2)铜层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时后粉碎并过-200目筛即得；
(3)复合材料的压制：压制时先将铜层用粉料倒入特制的专用模具中，待所倒入的铜层用粉料的厚度均匀后，再倒入铜铬层用粉料，在600MPa～1100Mpa压力下成型为坯料；
(4)烧结及复压、复烧：坯料在900℃～1100℃温度下烧结1～3小时，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在900MPa～1400Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在800℃～1000℃温度下进行退火处理。
经上述工艺制得的铜铬-铜复合触头材料具有同目前使用的铜铬触头一致的综合性能，其铜层可以与导电杆实现良好的焊接。用铜铬-铜复合触头材料取代目前使用的铜铬触头，不仅可以提高真空开关管的电性能、寿命和可靠性，而且还能大大降低真空开关管的生产成本。
本发明的铜铬层厚度为1.5～2.5mm，铜层的厚度为1.5～4.5mm。铜铬层和铜层的厚度可以根据需要在1.0～8.0mm之间任意控制。
本发明通过特定的工艺制造一种铜铬-铜复合触头材料，铜铬层与铜层之间通过压制烧结作用，具有良好的结合强度。铜铬层用作真空开关的工作面，保证了铜铬触头材料良好的开断性能；铜层用作焊接层，铜与铜(无氧铜触头托)之间具有良好的焊接性能。本发明有两个优点：(1)用铜层代替了原来多余的铜铬层，减小了触头材料本身的电阻；(2)由于铜复合层的存在，用普通的银铜焊料可以确保焊接质量，从而可以实现一次封排工艺，既提高了性能，又降低了材料和工艺成本。
本发明的具体实施例并不限于以下实施例，而可以在上述给出的各种范围内加以任意替换，以构成其它不同的实施例。
实施例1：-200目电解铜粉在氢气气氛下，500℃还原2小时，-120目自制铬粉在氢气气氛下，1300℃还原2.5小时，还原后分别破碎过筛备用。将重量百分比为50∶50的铜粉铬粉在真空混料机中混合1.5小时，作为铜铬层用粉。还原后的铜粉中添加2％细铬粉混合均匀作为铜层用粉。将铜层用粉和铜铬层用粉分别倒入模具中刮平，在1000Mpa压力下成型。压坯在980℃真空烧结2小时。烧结后在1100Mpa下复压，复压坯在经过800℃、3小时真空退火处理得到铜铬50-铜复合触头材料。
实施例2：-200目电解铜粉在氢气气氛下，400℃还原3小时，-120目自制铬粉在氢气气氛下，1200℃还原3小时，还原后分别破碎过筛备用。将重量百分比为70∶30∶0.1的铜粉铬粉及碲粉在真空混料机中混合2小时，作为铜铬层用粉。还原后的铜粉中添加0.5％钽粉混合均匀作为铜层用粉。将铜层用粉和铜铬层用粉分别倒入模具中刮平，在800Mpa压力下成型。压坯在900℃真空烧结2小时。烧结后在1000Mpa下复压，复压坯在经过900℃、2小时氢气退火处理得到铜铬30碲-铜复合触头材料。
复合触头材料的性能
Figure G2008100633723D00041

Claims (1)

1.一种制造铜铬-铜复合触头材料的方法，所述的铜铬-铜复合触头材料主要包括有一铜铬层，在该铜铬层的一面上复合有一层铜层，且铜铬层厚度为1.5～2.5mm，铜层的厚度为1.5～4.5mm；铜铬层和铜层的总厚度在3.0～7.0mm之间任意控制；所述的铜铬层中的铜与铬混合重量配比在80∶20～40∶60范围内；所述的铜铬层中的铜与铬混合时还添加有少量提高触头性能的W、Te、Bi、Sb、Si、Ti、Fe、Mo、Ta中的一种或一种以上元素；所述的铜层中加入有0～10％的超细铬粉、钽粉或钼粉，所述超细铬粉、钽粉或钼粉的粒度不大于50微米；
其特征在于该方法包括：
(1)铜铬层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时，铬粉在高纯氢气氛中经900℃～1300℃还原1～4小时；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬层用粉料；
(2)铜层用粉料的制备：铜粉在氢气气氛中经300℃～500℃还原1～4小时后粉碎并过-200目筛即得；
(3)复合材料的压制：压制时先将铜层用粉料倒入特制的专用模具中，待所倒入的铜层用粉料的厚度均匀后，再倒入铜铬层用粉料，在600MPa～1100Mpa压力下成型为坯料；
(4)烧结及复压、复烧：坯料在900℃～1100℃温度下烧结1～3小时，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在900MPa～1400Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在800℃～1000℃温度下进行退火处理。
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