CN101911236A

CN101911236A - 真空断路器的电极接点部件及其制造方法

Info

Publication number: CN101911236A
Application number: CN2008801225221A
Authority: CN
Inventors: 野田泰司
Original assignee: NIPPON AE PAVA CO Ltd
Current assignee: NIPPON AE PAVA CO Ltd; Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-12-08
Also published as: KR20100098418A; JP2009158216A; US20100270267A1; WO2009081659A1; EP2226824A1

Abstract

一种真空断路器的电极接点部件及其制造方法，所述接点部件在Cu-Cr合金母材的表面形成后的Cr细微分散层能够提高耐压性和断路性能；所述制造方法使Cr细微分散层容易形成，制造简单。真空断路器的电极接点部件在形成含有40-80重量％的Cu含有量和20-60重量％的Cr含有量的Cu-Cr合金母材(1)的表面，形成通过摩擦搅拌进行的表面处理而形成的厚度500μm-3mm的Cr细微分散层(2)，所述Cr细微分散层表面实施平坦化处理使用。

Description

真空断路器的电极接点部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及真空断路器的电极接点部件及其制造方法，特别是关于防止耐压低、能提高断路性能，并且容易进行制造的真空断路器的电极接点部件及其制造方法。

背景技术

一般，真空断路器10如图4所示那样构成，在由陶瓷等绝缘材料构成的略呈圆筒形的中空部件11的两端部，分别夹入封锁配件12、13，固接金属制的端部板14、15以形成绝缘容器，该绝缘容器的内部构成真空气体氛围的断路室。

在断路室的内部配置：贯通端部板14气密地固接的固定侧通电导体16、贯通端部板15的可动侧的通电导体17，在这些通电导体16、17分别安装在断路室内对置的电极。

各电极例如如图4所示，由具有构成用于驱动电弧的磁场发生装置的电弧沟的线圈电极19A、20A，以及固接于各线圈电极19A、20A的端面侧的电极接点部件19B、20B构成。

可动侧的通电导体17构成为，通过一端固定于端部板15，同时另一端固定于通电导体侧的波纹管18保持气密，通过操作装置(未图示)在轴向可移动。于是，在通过使操作装置动作而切断电流时，为了防止发生于电极接点部件19B、20B间等的电弧产生的不利影响，配置有保护中空部件11的内面或者波纹管18的面的屏蔽筒21或者22。

但是，固接于线圈电极19A、20A的对置面的电极接点部件19B、20B对中空断路器的性能即从大电流到小电流均能良好切断、绝缘耐力高并且耐熔接性能好等影响甚大，因此，作为电极接点部件19B、20B，现有技术提供了种种材料或者制作方法。

例如，如日本专利公布公报平成4-505986号(专利文献1)中记载的那样，其提供了如下例：将导电性良好的铜(Cu)和耐电弧成分的铬(Cr)以适当的比例混合的粉末混合物进行压缩后在真空等的非氧氛围中烧结制作Cu-Cr烧结合金，并且，将该Cu-Cr烧结合金冷加工制作真空断路器的电极接点部件使用。

另外，作为真空断路器的电极接点部件，如日本专利公开公报平成4-95318(专利文献2)记载的那样，其提供了如下例：将Cu-Cr混合物在不活性气体氛围中或者真空中熔融，将该熔融液以喷雾法微细化，在Cu矩阵中含有均一分散的平均粒径5μm以下的Cr，并且得到平均粒径150μm以下的Cu-Cr合金粉末，烧结该Cu-Cr合金粉末将Cr的平均粒径制作成2-20μm，以期望提高切断电流或者抗熔接性能等。

另外，如日本专利公开公报平成4-312723(专利文献3)记载的那样，其提供了如真空断路器用接点的制造方法(参照对比文献3)：在Cu板和Cr板的层叠体、或者Cu板和Cr粒的层叠体、Cu粒和Cr粒的混合体或者成形体、Cu-Cr合金体的接点全表面以预定的覆盖重叠率照射具有高能密度的激光，并且施加急剧并且峰值温度极高的高的热经历，据此，在比Cu-Cr合金体的照射表面深50μm左右的区域，使Cu相中存在有直径为0.1-5μm的细微Cr，使再燃弧发生概率变小，使断路性能提高。

另外，作为真空断路器的电极接点部件，如日本专利公开公报平成11-229057(专利文献4)记载的那样，其提供了如下例：使用了以由Cu或者Cu合金构成的第一层和与其接合的Cu-Cr系复合材料构成的第二层制作的叠层复合材料，据此，具有高的电气传导性或者热传导率及耐热性，并且耐电弧性良好(参照专利文献4)。

我们知道，如上所述那样，真空断路器的电极接点部件若是烧结合金母材中的Cr粒径细微且均一的组织，那么耐压性能和断路性能会得到提高，但是，如上所述的各专利文献那样，在由通常的固相烧结产生的烧结合金母材的制造中，如果Cr粉的粒径为10μm左右，过氧化后将导致烧结困难，而且由于氧含量增加，所以真空断路器的性能将会导致降低。

另外，如专利文献2那样，通过真空电弧融解等制造的Cu-Cr合金的电极接点部件成为细微均一的组织，所以，具有良好的耐压性或者断路性能，但是，却具有导电率低、作为真空断路器的电极接点部件接触电阻变高、真空电弧融解导致价高且生产性变坏的缺点。

另外，36kV以上电压的真空断路器也有使之在电极接点部件的表面发生电流电弧、然后急速冷却而生成Cr细微分散层的方法(电流生成法)，在该电流生成法中，为了在接点部件表面生成均一的皮膜，需要数次的电弧发生处理。而且，该处理时电弧产生的金属蒸汽会污损构成真空断路器的绝缘容器的陶瓷容器的内面，具有使真空断路器的寿命降低的缺点。而且，生成10-20μm的Cr细微分散层存在限度，用于72kV以上电压的真空断路器的电极接点部件，具有随着开闭次数的变多，耐压显著变低的问题，需要加以改善。

发明内容

本发明的目的在于，提供在Cu-Cr合金母材的表面形成500μm-3mm厚的Cr细微分散层，能够提高耐压性或者断路性能的真空断路器的电极接点部件。

而且，本发明的另一目的在于，提供在Cu-Cr合金母材的表面容易形成500μm-3mm厚的Cr细微分散层，并且制造简单的真空断路器的电极接点部件的制造方法。

本发明的特征在于，作为电极接点部件，固接于所述电极接点部件在真空气体氛围的断路室内对置的各电极，在含有40-80重量％的Cu含有量和20-60重量％的Cr含有量的Cu-Cr合金母材的表面，形成通过摩擦搅拌进行的表面处理而形成的厚度500μm-3mm的Cr细微分散层。

理想的是，本发明的特征在于，所述Cr细微分散层中的Cr粒径比Cu-Cr合金母材中的Cr粒径小。更理想的是，其特征在于，所述Cr细微分散层中的Cr粒径为0.1-10μm。

另外，本发明提供的真空断路器的电极接点部件的制造方法，特征在于，形成含有40-80重量％的Cu含有量和20-60重量％的Cr含有量的Cu-Cr合金母材，在所述Cu-Cr合金母材的表面，通过摩擦搅拌进行的表面改质处理而形成厚度500μm-3mm的Cr细微分散层，在所述Cr细微分散层实施表面的平坦化处理。

根据本发明的真空断路器的电极接点部件，由于通过摩擦搅拌进行的表面处理而形成厚度500μm-3mm的Cr细微分散层，所以能够防止耐压降低、特别是用于72kV以上电压的真空断路器具有明显效果。另外，能够提高电极接点部件的断路性能，而且由于Cu-Cr合金母材导电率良好，所以，具有能够抑制接触电阻增加的优点。

另外，根据真空断路器的电极接点部件的制造方法，在所述Cu-Cr合金母材的表面，通过摩擦搅拌进行的表面改质处理而容易形成厚度500μm-3mm的Cr细微分散层，由于加工简单易行，所以，适合真空断路器的电极接点部件的量产。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例的真空断路器的电极接点部件的断面图。

图2是电极接点部件的Cr细微分散层在不同的厚度，进行真空断路器超前小电流开闭试验时表示开闭次数和耐压关系的特性图。

图3(a)到(c)是表示本发明的一实施例的真空断路器的电极接点部件的制造方法的工序概略图。

图4是表示现有的真空断路器例的概略纵断面图。

具体实施方式

实施例1

本发明的真空断路器的电极接点部件如图1所示，该电极接点部件使用：作为Cu-Cr合金母材1和Cr细微分散层2的2层构造形成，Cu-Cr合金母材1将粉末状的Cu-Cr合金母材以预定的比例混合，在真空或者不活性气体中等非氧气气体氛围中烧结，同时压缩使颗粒密接的烧结Cu-Cr合金母材，或者将所定比例的Cu和Cr真空融解形成的Cu-Cr合金母材。

对Cu-Cr合金母材1而言，如果Cr含有率比20重量％小，则断路性能的提高不能满足，也不能期盼防止耐压降低，而且如果Cr含有率超出60重量％，则具有电阻变高导电率降低或者电极接点部件高温后材料变劣的可能。因此，理想的Cu-Cr合金母材1中的Cu及Cr的比率是Cu的含有量为40-80重量％，Cr的含有量为20-60重量％。在这些Cu及Cr，根据需要可以适当添加周知的如Bi、Te、Sb、Nb以其他添加用金属材料而形成。

形成于Cu-Cr合金母材1表面的Cr细微分散层2的厚度t为500μm以上，理想的是形成为500μm-3mm。该Cr细微分散层2利用了进行金属板间接合的摩擦搅拌接合(例如，参照「塑性と加工(日本塑性加工工学誌)第43卷第498号(2002-7)」)技术。

本发明的Cr分散层2在Cu-Cr合金母材1的表面利用了将旋转加工部件的前端压接的摩擦搅拌加工，通过旋转加工部件旋转时的摩擦热和加工热使Cu-Cr合金母材软化而形成。

另外，形成Cr细微分散层2的细微Cr粒子的粒径与Cu-Cr合金母材1的粒径比，被做成小粒径10μm以下。更理想的是细微Cr粒子的粒径做成0.1-10μm的粒径。

这样，如果将电极接点部件做成Cu-Cr合金母材1和Cr细微分散层2构成的2层结构，并且将Cr分散层的厚度形成为500μm-3mm，那么，能够抑制随着真空断路器的开闭次数的增加，耐压降低的倾向。

如图2所示，将此使用72kV的真空断路器，通过以电容组开闭时的投入电流1kAP-切断电流200Arms进行的超前小电流开闭试验的特性图来加以说明。在图2中，电极接点部件的Cr细微分散层的厚度t变化为10、20、100、500μm试验的情况下，各自的特性曲线变成T10到T500所示。

即，在Cr细微分散层的厚度t为10及20μm的电极接点部件，开闭试验开始不久便开始出现耐压降低，而且如果10μm的情况下，如特性曲线T10所示，开闭次数超过60次后，而20μm情况下如特性曲线T20所示开闭次数超过500次后，那么，耐压将成为当初的一半以下。而且，即使Cr细微分散层的厚度t为100μm，如特性曲线T100所示，从开闭次数100次左右耐压开始降低。

与此不同，如本发明那样，在Cr细微分散层的厚度t为500μm的电极接点部件的情况下，如特性曲线T500所示，耐压的降低明显延迟，即使开闭次数超过1000次，也能够抑制成稍许的耐压降低。

本发明的真空断路器的电极接点部件按照例如图3(a)-(c)所示的顺序制造成2层结构，即，首先如图3(a)所示，形成Cu-Cr合金母材，其次，如图3(b)所示，在Cu-Cr合金母材表面与以摩擦搅拌接合使用一样，压接被称为星形钻杆的旋转加工部件的前端，通过旋转加工部件旋转时的摩擦热和加工热使Cu-Cr合金母材软化而形成Cr细微分散层。

最后，如图3(c)所示，将形成在Cu-Cr合金母材的Cr细微分散层的表面部分通过例如机械加工实施平坦化处理，而且，根据需要与通常的电极同样地形成驱动电弧的螺旋状沟。这样形成的电极接点部件被安装使用成将Cu-Cr合金母材固接在各线圈电极，Cr细微分散层的面相互对置。

如上所述，如果将真空断路器的电极接点部件使用摩擦搅拌制造成Cu-Cr合金母材和Cr细微分散层2层构造，那么，能够容易地将Cr细微分散层的厚度制造成500μm-3mm左右，而且，能够简单地进行电极接点部件的量产。

本发明的真空断路器的电极接点部件及其制造方法，由于通过摩擦搅拌进行的表面处理而形成厚度500μm-3mm的Cr细微分散层，所以能够防止耐压降低、特别是用于72kV以上电压的真空断路器具有明显效果，而且，Cr细微分散层，能够通过简单的加工容易形成，所以，适合量产。

Claims

1.一种真空断路器的电极接点部件，所述电极接点部件在真空气体氛围的断路室内对置，在含有40-80重量％的Cu含有量和20-60重量％的Cr含有量的Cu-Cr合金母材的表面，形成通过摩擦搅拌进行的表面处理而形成的厚度500μm-3mm的Cr细微分散层。

2.如权利要求1所述的空断路器的电极接点部件，其特征在于，所述Cr细微分散层中的Cr粒径比Cu-Cr合金母材中的Cr粒径小。

3.如权利要求1所述的空断路器的电极接点部件，其特征在于，所述Cr细微分散层中的Cr粒径为0.1-10μm。

4.一种真空断路器的电极接点部件的制造方法，形成含有40-80重量％的Cu含有量和20-60重量％的Cr含有量的Cu-Cr合金母材，在所述Cu-Cr合金母材的表面，通过摩擦搅拌进行的表面改质处理而形成厚度500μm-3mm的Cr细微分散层，在所述Cr细微分散层表面实施平坦化处理。