CN101707147B - 一种CuWC/Cu复合材料及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种CuWC/Cu复合材料及制备工艺，所述的CuWC/Cu复合材料以Cu、WC作为主要成份，其重量为WC 55～75％，Cu 25～45％，所述的CuWC合金上还覆有0.5～3mm的铜层，并形成CuWC/Cu复合触头材料；所述的制备工艺，它是先将配制好的Cu、WC粉末混合均匀并压制形成为WC骨架，采用熔渗工艺将铜液渗入骨架中，经所述熔渗后得到CuWC合金且其上覆有0.5～3mm的铜层即焊接层，然后，采用定向凝固技术对材料进行冷却，获得双层复合材料；它具有良好的理化性能和电性能，可以直接与导电杆进行焊接，避免电镀对产品性能产生影响和对环境产生污染等特点。

Description

一种CuWC/Cu复合材料及制备工艺
技术领域
本发明涉及的是一种复合电工合金触头材料及其制备工艺，应用于低压真空开关管中，属于电工合金领域。
背景技术
CuWC触头材料具有良好的开断能力和抗烧蚀能力，较低的截流值以及较强的熄弧能力等优点，与AgWC触头材料相比还有极大的成本优势，所以在7.2KV以下的低压真空接触器中已经大量代替AgWC材料，成为低压真空开关管的首选触头材料。
触头是真空开关管的核心材料，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。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。CuWC触头材料中WC的重量比一般不小于60％，WC颗粒的大量存在，导致CuWC触头材料的焊接性能较差，目前使用过程中都是先在CuWC材料待焊接表面电镀镍，然后再和导电杆进行焊接，电镀镍工艺存在如下缺陷：
(1)电镀镍过程是在酸性溶液中进行，容易引起镀液残留在材料表面及少量孔隙中，增加材料含气量，危害低压真空开关管的性能；
(2)电镀液中含有大量的Ni2+离子和其他金属离子，电镀后工件清洗会排放大量含有上述金属离子的污水，对环境造成污染；
(3)电镀后需要烧H2以检验电镀质量，工序复杂，能耗高，增加制造成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有良好的开断能力和抗烧蚀能力、较低的截流值以及较强的熄弧能力、稳定性能良好、可直接与导电杆进行焊接等优点的CuWC/Cu复合材料，避免低压真空开关管制造过程中电镀对产品性能产生影响和对环境产生污染。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它以Cu、WC作为主要成份通过熔渗和定向凝固工艺制成，其比例以重量百分比计为WC 55～75％，Cu 25～45％的CuWC合金，所述的CuWC合金上还覆有0.5～3mm厚的铜层，并形成CuWC/Cu双层复合触头材料。
本发明最佳的配比是：CuWC层以重量百分比计为WC 60％，Cu 40％，铜层的厚度为1～2mm。
一种如上所述CuWC/Cu复合材料的制备工艺，它是先将配制好的Cu、WC粉末混合均匀并压制形成含少量Cu的WC骨架，采用熔渗工艺将铜液渗入骨架中，经所述熔渗后CuWC坯料上面形成0.5～3mm的铜层作为焊接层，然后，采用定向凝固技术对材料进行冷却，获得双层复合材料。
所述的铜液即金属熔体，通过毛细力的作用使铜液能够渗入到压制好的有很多细小孔隙的WC骨架中，熔渗完成后剩余的铜液覆盖在CuWC上作为焊接层，然后将金属熔体中的热量按单一方向导出，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长，即用定向凝固技术制成均匀致密的CuWC/Cu复合材料。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
1)致密度高，CuWC层的相对密度可达99.6％，有利于提高材料的机械性能和电性能等；
2)机械强度高，CuWC层的硬度HB可达320；
3)导电性能良好，CuWC层的电导率可达22MS/m；
4)纯净度高，CuWC层的含气量，尤其是[O]低于10ppm；
5)钎焊可靠性高，铜层与CuWC合金形成原子结合，强度高。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
具体实施方式
本发明主要以Cu、WC作为主要成份，其比例以重量百分比计为WC 55～75％，Cu 25～45％，所述的CuWC合金上还覆有0.5～3mm的铜层，并形成CuWC/Cu双层复合触头材料。
本发明最佳的配比是：以重量百分比计为WC 60％，Cu 40％，通过液相复合形成所述的CuWC合金，其上覆有1～2mm的铜层。
本发明所述CuWC/Cu复合材料的制备工艺，它是先将配制好的Cu、WC粉末混合均匀并压制形成含少量Cu的WC骨架，采用熔渗工艺将铜液渗入骨架中，经所述熔渗后CuWC坯料上面形成0.5～3mm的铜层作为焊接层，然后，采用定向凝固技术对材料进行冷却，获得双层复合材料。
所述的铜液即金属熔体，通过毛细力的作用使铜液能够渗入到有很多细孔的压制好的含少量Cu的CuWC骨架中，熔渗完成后剩余的铜液覆盖在CuWC上作为焊接层，然后将金属熔体中的热量按单一方向导出，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长，即用定向凝固技术制成均匀致密的CuWC/Cu复合材料。
实施例
通过实施例详述本发明。根据本发明所提供的化学成分范围和工艺过程制备了实施例，比较例的工艺过程与实施例不同。其具体化学成分、工艺过程和性能指标分别如表1所示。
表1实施例的化学成分及性能参数
由表1给出的结果可以看出，采用本发明的工艺得到的材料的相对密度、电导率和硬度都相对较高，气体杂质[O]的含量低。这表明本发明工艺能够提高材料的综合性能。
图1是本发明的原理示意图。熔渗和定向凝固都是在图1所示的设备中进行。金属熔体1即铜液，压制好的WC骨架中有很多细小的孔，毛细力的作用使铜液能够渗入孔中，熔渗完成后剩余的铜液覆盖在CuWC上作为焊接层，然后将感应圈2向上移动，对材料进行冷却，凝固的机理定向凝固即将金属熔体中的热量按单一方向导出(底部冷却水3方向即垂直方向)，垂直于生长中的固液界面(水平方向)，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长，即定向凝固，能够避免很多缺陷，如气孔、夹杂等。图中双层复合材料即CuWC层和金属熔体层。
本发明提供的材料是双层复合材料，将配制好的粉末混合均匀并压制成形，采用熔渗工艺将铜液渗入压制好的坯料中，采用定向凝固技术对材料进行冷却，获得双层复合材料；本发明双层复合材料下层为CuWC层，上层为Cu层。采用定向凝固技术使材料中的铜能够充分地渗入WC颗粒中，下层和上层的铜为一体的铜层，材料致密度高、机械强度高、导电性能好、纯净度高及钎焊可靠性高。

Claims (4)

1.一种CuWC/Cu复合材料，其特征在于它以Cu、WC作为主要成份，在CuWC合金中以重量百分比计WC为55～75％、Cu为25～45％，所述的CuWC合金上还覆有0.5～3mm的铜层，采用熔渗和定向凝固技术相结合，形成CuWC/Cu双层复合触头材料，其上层和下层的铜为一体的铜。
2.根据权利要求1所述的CuWC/Cu复合材料，其特征在于双层复合材料，CuWC层以重量百分比计为WC 60％，Cu 40％。
3.一种如权利要求1或2所述CuWC/Cu复合材料的制备工艺，其特征在于：先将配制好的Cu、WC粉末混合均匀并压制成形为WC骨架，采用熔渗工艺将铜液渗入骨架中，经所述熔渗后剩余的铜覆盖在CuWC坯料上，形成0.5～3mm的铜层作为焊接层，然后，采用定向凝固技术对材料进行冷却，获得双层复合材料。
4.根据权利要求3所述的CuWC/Cu复合材料的制备工艺，其特征在于铜液即金属熔体，通过毛细力的作用使铜液能够渗入到压制好的存在很多细小孔隙的WC骨架中，熔渗完成后剩余的铜液覆盖在CuWC上作为焊接层，然后将金属熔体中的热量按单一方向导出，使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长，即用定向凝固技术制成均匀致密的CuWC/Cu复合材料。
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