CN102166650B

CN102166650B - 一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法

Info

Publication number: CN102166650B
Application number: CN201110077669.7A
Authority: CN
Inventors: 宋忠孝; 何国华; 谢丽芬; 李寒羽; 戴维菁; 徐颖峰; 汪骏; 孙梦龙; 徐巍; 张漫漫; 覃磊
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Linyi Kechuang Material Co. Ltd.
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102166650A

Abstract

本发明公开了一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头的制造方法，将不同配比的铜钨粉末依次进行压制成型，烧结熔渗制得梯度铜钨合金，随后采用烧结法连接铜铬锆青铜导电杆，所得材料即为本发明的梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头。本发明所制得梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头具有更好的导热率、导电性以及结合强度，能够很好的满足高压超高压开关对整体触头的要求，市场应用前景非常广阔。

Description

一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法

技术领域

本发明涉及梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头的制造方法，该方法尤其适用制造高压电器开关和断路器的整体触头。

背景技术

电触头是电器开关的接触元件，主要担负着接触、断开负载电流的任务。触头和灭弧系统是开关的心脏，开关的安全性，可靠性及开断和关合特性很大程度上取决于触头材料的物理性质及其电特性。因此，它的性能直接影响着开关电器的可靠性运行。铜钨系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。

但随着高压输变电网络负荷日益增加、控制系统不断发展，对铜钨系触头材料的要求也更高，尤其是550Kv以上等级的高压电器对触头材料要求更高。由于传统的铜钨触头材料的成分是均一的，不能显著提高铜钨头的导热、结合强度以及电性能。在开断过程中不能及时的散热而导致材料内部产生较大的热应力，引起铜钨材料表面裂纹产生，最终导致材料的部分脱落而使开关失效。

此外随着高压电器发展，对导电杆材料的要求也在提高，目前国外已经采用力学性能与导电性能更加优异的铜铬锆青铜代替铜铬青铜，因而本发明提供一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

(1)按下述成分比例配料，将粒径为6μm的钨粉料、制孔剂和8μm的诱导Cu粉分别按80％～90％wt、5％～18％wt和2％～5％wt成分比例进行混料，制成高钨含量颗粒；粒径为4μm的钨粉、制孔剂中钨和8μm诱导Cu粉分别按65％～80％wt，15％～33％wt和2％～5％wt成分比例进行混料，再制成中钨含量颗粒；粒径为2μm的钨粉、制孔剂和8μm诱导Cu粉分别按50％～65％wt，30％～48％wt和2％～5％wt成分比例进行混料，制成低钨含量颗粒，上述制成的颗粒为20～60目；

(2)将步骤(1)中制取高钨、中钨、低钨的颗粒分3-5段连续地堆积，再压制成生坯预制块；

(3)将预制块放入烧结炉中，在氢气中进行900℃～1000℃进行1～3小时预烧结，然后加入铜铬锆青铜在高温1300℃～1400℃氮气气氛中进行熔渗1～3小时；

(4)通过固溶、时效处理及机械加工获得将梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头。

整体触头中铜钨合金的钨成分含量范围为50％wt到90％wt，其钨粉粒度大小变化范围为2～6μm，铜粉粒度大小为8μm。根据钨含量变化范围，梯度层可分3～5段变化。

铜铬锆青铜材料成分Cr为0.3％～1.0％，Zr为0.1％～0.4％。

通过连续地改变铜、钨两种材料的成分比例，使其内部组成和结构呈现梯度变化，得到组成和结构渐变的梯度材料，实现铜、钨两种不同性能材料的最优搭配。高W含量的头部具有高的抗电弧烧蚀性和抗熔焊性，高Cu含量的尾部具有良好的导电导热性并具有与铜铬锆导电杆部分高的结合强度，克服了成分单一的触头材料由于热量产生热应力集中致使表面产生裂纹，最终导致材料的部分脱落的危害。

具体实施方式

以下结合实施例对发明内容进行说明：

实施例1：

将粒度为2-6μm的钨粉及粒度为8μm的铜粉进行配料，分别选择钨含量为90％、80％、70％、60％、50％的配料比称取钨粉，再加入适量造孔剂及诱导铜，分别置于混料机中充分混合制成颗粒尺寸为40目以增加粉末的流动性；将不同成分的粉末颗粒物依次堆积到模具中，然后用压力机压制成预制块；将预制块放入立体烧结炉中，在氢气和氮气的气氛保护下与一定温度下保温烧结，从而得到具有一定强度的钨骨架结构；升高温度在保护气氛下进行熔渗，一段时间后可获得较为致密的CuW整体触头；导电杆材料为Cu-Cr0.4％Zr0.1％，对其进行固溶、时效处理后硬度高于130HB，导电性高于80％IACS；铜钨/铜铬锆青铜整体触头结合强度为302MPa，高于目前高压开关企业196MPa的技术要求，可以满足高压开关的要求。

实施例2：

其配料、压制、预烧结、熔渗和机械加工步骤与实施例1相同，导电杆材料为Cu-Cr0.6％Zr0.2％，对其进行固溶、时效处理后硬度高于140HB，导电性高于75％IACS；铜钨/铜铬锆青铜整体触头结合强度为312MPa，高于目前高压开关企业196MPa的技术要求，可以满足高压开关的要求。

本发明采用了粉末冶金和熔渗法相结合的方法制造铜钨/铜铬锆青铜整体触头。铜钨梯度触头材料不同部位成分变化，触头尾部具有良好的导电导热性并与铜铬锆青铜有高的结合强度。减少了铜钨触头尾部不必要的W粉使用量，降低了成本。采用铜铬锆青铜提高了整体触头的力学性能，改善了导电杆材料的导电性能。

Claims

1.一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法，其特征在于：

（1）按下述成分比例配料，将粒径为6μm的钨粉料、制孔剂和8μm的诱导Cu粉分别按80%～90%wt、5%～18%wt和2%～5%wt成分比例进行混料，制成高钨含量颗粒；粒径为4μm的钨粉、制孔剂和8μm诱导Cu粉分别按65%～80%wt，15%～33%wt和2%～5%wt成分比例进行混料，再制成中钨含量颗粒；粒径为2μm的钨粉、制孔剂和8μm诱导Cu粉分别按50%～65%wt，30%～48%wt和2%～5%wt成分比例进行混料，制成低钨含量颗粒；上述制成的颗粒为20～60目；

（2）将步骤（1）中制取高钨、中钨、低钨的颗粒分3-5段连续地堆积，再压制成生坯预制块；

（3）将预制块放入烧结炉中，在氢气中进行900℃～1000℃进行1～3小时预烧结，然后加入铜铬锆青铜在高温1300℃～1400℃氮气气氛中进行熔渗1～3小时；

（4）通过固溶、时效处理及机械加工获得梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头。

2.根据权利要求1所述的一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法，其特征在于：整体触头中铜钨合金的钨成分含量范围为50％wt到90％wt，根据钨含量变化范围，梯度层可分3～5段变化。

3.根据权利要求1所述的一种梯度铜钨/铜铬锆青铜整体触头制造方法，其特征在于：铜铬锆青铜材料成分Cr为0.3%～1.0%，Zr为0.1%～0.4%。