CN101699591A - 一种铜钨/铜合金整体触头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压开关用触头材料，公开了一种铜钨/铜合金整体触头及其制备方法，该铜钨/铜合金整体触头，包括触头部分和导电杆部分，其特征在于，所述触头部分沿头部到尾部的钨含量依次降低；其制备方法中，首先采用湿法机械混粉，制备不同钨含量的铜钨颗粒，然后按钨的重量含量从高到底的顺序依次放入压制模具型腔内进行压制成型，再将压制好的生坯放入石墨舟中在氢气气氛烧结炉中进行烧结熔渗，制得触头部分的铜钨合金；最后，铜钨合金的低钨含量端与铜导电杆部分或铜合金导电杆部分，采用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法连接为一体烧结连接，制得铜钨/铜合金整体触头。

Description

一种铜钨/铜合金整体触头及其制备方法

技术领域

本发明涉及高压开关用触头材料，特别涉及一种铜钨/铜合金整体触头及其制备方法，该触头适用于高压开关和断路器。

背景技术

铜钨触头材料因其具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性及高强度而广泛应用于各种断路器、真空负荷开关和变压器转换开关上，尤其以可靠性更高的铜钨/铜合金整体触头材料应用最为广泛。

铜钨/铜合金整体触头的触头部分为铜钨合金，导电杆部分为铜或其他铜合金。但是，随着高压开关电压等级的升高，其对触头材料性能的要求也日益苛刻，尤其是550Kv以上等级的高压电器，要求触头不仅具有高的抗烧蚀性能，还要求触头具有高的导热性，以迅速传出开断过程中产生的大量热量，防止在铜钨合金与导电杆界面处形成高的热应力集中而使铜钨合金部分脱落，从而降低开关的运行可靠性，这就要求铜钨/铜合金整体触头同时具有高的结合强度。

目前高压开关触头厂商生产的铜钨合金整体触头中，铜钨合金部分都为均一成分，这种铜钨\铜合金整体触头存在成分的突变界面，在开关开断过程中不能迅速传递电弧产生的热量而形成热应力，电压等级越高，产生的热应力越大，这种突变界面处的应力集中会导致铜钨合金部分脱落，无法很好满足高压开关的要求。

发明内容

本发明就是针对上述问题而完成的，其目的在于提供一种铜钨/铜合金整体触头及其制备方法，该触头能够高压、超高压开关的要求，具有高的结合强度和抗烧蚀性能，以及高的导热率；同时能够减少了贵金属钨的使用量，从而降低了生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

(1)一种铜钨/铜合金整体触头，包括触头部分和导电杆部分，其特征在于，所述触头部分沿头部到尾部的钨含量依次降低。

上述技术方案的进一步特点在于：

所述触头部分头部的钨含量为85％wt～95％wt，其尾部的钨含量为50％wt～60％wt；

所述触头部分沿头部到尾部分为五段，沿头部到尾部的各段中钨含量依次为90％wt、80％wt、70％wt、60％wt、50％wt；

所述触头部分和导电杆部分采用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法连接为一体。

(2)上述铜钨/铜合金整体触头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，采用湿法机械混粉，将钨粉与铜粉按钨的重量含量为50％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的A铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为60％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的B铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为70％进行混合，制成40目的B铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为80％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的D铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为90％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的E铜钨颗粒；

然后，将A、B、C、D、E铜钨颗粒按钨的重量含量从高到底的顺序依次放入压制模具型腔内进行压制成型，再将压制好的生坯放入石墨舟在氢气气氛烧结炉中进行烧结熔渗，制得触头部分的铜钨合金；

最后，铜钨合金的低钨含量端与铜导电杆部分或铜合金导电杆部分，采用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法连接为一体烧结连接，制得铜钨/铜合金整体触头。

本发明的铜钨/铜合金整体触头，包括触头部分和导电杆部分，触头部分为钨含量梯度分布的铜钨合金，承受电弧烧蚀的部分具有高钨含量，一般钨含量在90％wt左右，可使触头在开断时具有高的抗烧蚀性能；与尾部铜(合金)导电杆连接的部分具有低钨含量，一般在60％wt至50％wt，这不仅可增加铜钨合金的导热率，也会由于增加了与尾部铜(合金)导电杆的连通面积而增加结合强度；此外，钨含量梯度分布的铜钨合金可提高触头导热率而减少热应力的集中，从而进一步提高整体触头的结合强度。

本发明的铜钨/铜合金整体触头的制备方法，结合粉末冶金熔渗技术和梯度成分设计原理，采用烧结熔渗法制造触头部分的铜钨合金，用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法将铜钨合金与导电杆部分连接在一起。尤其是采用烧结法连接铜钨合金与导电杆部分时，可与制造铜钨合金的烧结熔渗过程并为一起完成，减少生产步骤，节约成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明内容进行详细说明。

实施例1：

首先，采用湿法机械混粉，将粒度为2μm的钨粉与300目的铜粉，按钨(W)的重量含量为50％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的A铜钨颗粒；将粒度为4μm的钨粉与300目的铜粉，按钨(W)的重量含量为60％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的B铜钨颗粒；将粒度为2μm和4μm(重量各占50％)的钨粉与300目的铜粉，按含钨(W)的重量含量为70％进行混合，制成40目的B铜钨颗粒；将粒度为6μm的钨粉与300目的铜粉，按钨(W)的重量含量为80％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的D铜钨颗粒；将粒度为4μm和6μm(重量各占50％)的钨粉与300目的铜粉，按钨(W)重量含量为90％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的E铜钨颗粒；

然后，将A、B、C、D、E铜钨颗粒按钨(W)的重量含量从高到底的顺序依次放入压制模具型腔内进行压制成型，再将压制好的生坯放入石墨舟在氢气气氛烧结炉中进行烧结熔渗，制得触头部分的铜钨合金；

最后，铜钨合金的低钨含量端与纯铜导电杆的烧结连接，制得铜钨/铜合金整体触头。

对本实施例所得铜钨/铜合金整体触头进行结合强度测试，测试结果为272MPa，高于目前高压开关厂要求的196MPa的标准；并对本发明所制得铜钨/铜合金整体触头进行装机型式试验，结果表明可满足110-800Kv电压等级开关与断路器的要求。

实施例2

触头部分的铜钨合金的制备同实施例1，随后烧结连接铬青铜(含铬0.5％)合金导电杆，并在烧结过程进行气氛控制，以提高结合强度，具体方法是先在氢气中后在氮气中烧结。

对本实施例所得铜钨/铬青铜整体触头进行结合强度测试，测试结果为337MPa，高于目前高压开关厂所采用256MPa的标准，并且对本发明所制得整体触头进行装机型式试验，结果表明可满足110-800Kv以上电压等级开关与断路器用自力型整体触头的要求。

实施例3

触头部分的铜钨合金的制备同实施例1，随后用电子束焊接方法将铜钨合金部分与铬青铜导电杆连接。

对本实施例所得铜钨/铬青铜整体触头进行结合强度测试，测试结果为290MPa，高于目前高压开关厂所采用256MPa的标准，并且对本发明所制得整体触头进行装机型式试验，结果表明可满足110-800Kv以上电压等级开关与断路器用整体触头的要求。

实施例4

触头部分的铜钨合金的制备同实施例1，随后用扩散焊方法将铜钨合金部分与铜导电杆连接。

对本实施例所得铜钨/铜合金整体触头进行结合强度测试，测试结果为320MPa，高于目前高压开关厂所采用256MPa的标准，并且对本发明所制得整体触头进行装机型式试验，结果表明可满足110-800Kv以上电压等级开关与断路器用整体触头的要求。

Claims (5)

1.一种铜钨/铜合金整体触头，包括触头部分和导电杆部分，其特征在于，所述触头部分沿头部到尾部的钨含量依次降低。

2.根据权利要求1所述的一种所述铜钨/铜合金整体触头，其特征在于，所述触头部分头部的钨含量为85％wt～95％wt，其尾部的钨含量为50％wt～60％wt。

3.根据权利要求1所述的一种所述铜钨/铜合金整体触头，其特征在于，所述触头部分沿头部到尾部分为五段，沿头部到尾部的各段中钨含量依次为90％wt、80％wt、70％wt、60％wt、50％wt。

4.根据权利要求1所述的一种所述铜钨/铜合金整体触头，其特征在于，所述触头部分和导电杆部分采用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法连接为一体。

5.根据权利要求1所述的一种铜钨/铜合金整体触头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，采用湿法机械混粉，将钨粉与铜粉按钨的重量含量为50％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的A铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为60％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的B铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为70％进行混合，制成40目的B铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按含钨的重量含量为80％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的D铜钨颗粒；将钨粉与铜粉按钨的重量含量为90％进行混合，喷溶含石蜡的汽油饱和溶液后过筛，制成40目的E铜钨颗粒；

然后，将A、B、C、D、E铜钨颗粒按钨的重量含量从高到底的顺序依次放入压制模具型腔内进行压制成型，再将压制好的生坯放入石墨舟在氢气气氛烧结炉中进行烧结熔渗，制得触头部分的铜钨合金；

最后，铜钨合金的低钨含量端与铜导电杆部分或铜合金导电杆部分，采用烧结法、电子束焊接法或者扩散焊接法连接为一体烧结连接，制得铜钨/铜合金整体触头。