CN103255311A - 一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法 - Google Patents

一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法，步骤如下：1，铜铬合金粉料的制备：电解铜和铬按一定比例秤重，在真空雾化设备中熔炼、雾化，制得-100目的铜铬合金粉；2，铜铬合金粉料内氧化制备氧化铬弥散强化铜粉：上述制得的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；3，上述内氧化后的粉料在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛；4，铬粉的制备：将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉备用；5，上述备用的两种粉末按比例混合、压制、烧结及复压、复烧，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。

Description

一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头的制造方法，属于一种新型电工触头材料的制造方法，应用于中高压电真空开关行业中。
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，又保持了铬的高熔点和较强的吸气能力，使材料具有良好的抗电弧侵蚀性，较高的耐电压强度，较大的开断电流能力，同时还具有较低的截流值和良好的抗熔焊性能。
触头是真空灭弧室（或称真空开关管）的核心元件，电流的导通和开断都要通过触头进行。在中高电压、大电流条件下，触头分合时必须能承受过电压、涌流、高能电弧烧蚀等恶劣的工况，保证输配供电系统的正常运转。
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导热性能以降低大电流时的触头温升。目前制造铜铬触头方法有两类：一是熔炼方法，即用真空电弧或中频感应加热方式熔炼结晶而成；二是粉末冶金方法，是用铜粉和铬粉混合、压制、烧结或熔渗而成。铜铬触头材料为铜铬两相组织，铜铬相互不互溶，电导率、热导率较高，但硬度、强度较低，耐冲击、抗熔焊和耐电弧烧蚀能力较差，不能满足在高电压分断、投切电容器组等领域的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种通过改变铜铬中铜相的组织，以氧化铬弥散强化铜相来取代纯铜相，保持较高的电导率和热导率，提高铜相的硬度和强度，特别是高温强度，提高抗熔焊和耐电弧烧蚀能力，满足触头材料在高电压分断、投切电容器组等领域使用要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法。
本发明采用的制造工艺包括如下步骤：它采用如下步骤：
步骤1，铜铬合金粉料的制备：电解铜和铬按一定比例秤重，其中铬的含量控制在0.3～1.2%范围内，然后在真空雾化设备中熔炼、雾化，制得-100目的铜铬合金粉；
步骤2，铜铬合金粉料内氧化制备氧化铬弥散强化铜粉：上述制得的-100目的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；或上述制得的铜铬合金粉直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛；两种方法均使合金中铬得到了充分氧化。
步骤3，上述内氧化后的粉料在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛备用。
步骤4，铬粉的制备：将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉备用；
步骤5，上述备用的两种粉末按比例混合、压制、烧结及复压、复烧，烧结和复烧温度控制在900℃-1050℃，保温1-3小时，压制和复压在900MPa-1400Mpa压力下进行，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。
所述步骤2是：取步骤1制得的铜铬合金粉分两半，一半在空气中150～400℃预氧化后，再在900℃以下、1×10-1～5×10-2Pa低真空内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；另一半的铜铬合金粉直接在900℃以下、8×10-1～8×10-2Pa低真空内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛。
经上述工艺制得的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料与现有工艺生产的铜铬触头材料相比具有较高的强度和硬度，热导率几乎没有变化，电导率略低，应用于真空开关管中可增强抗电弧烧蚀性能和抗熔焊性能，提高耐电压水平，特别适用于分断高电压等级和容性负载的真空开关中。
本发明采用以氧化铬弥散强化铜相作为铜铬触头的基体材料，使铜铬触头材料的性能得到了极大的提高，满足了高压开关行业对触头材料的更高性能要求，为真空开关在高电压领域和分断容性负载领域应用奠定了基础。本发明所述的的铜铬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）以氧化铬弥散强化铜合金作为铜铬触头的基体，使基体的强度和硬度有较大的提高，同时也使特种铜铬触头的强度和硬度有较大的提高；（2）提高铜基体的强度和硬度使得触头材料的抗熔焊性能和抗电弧烧蚀性能有了极大的提高；（3）本发明制备的触头材料可以满足真空开关小型化、高电压、大容量和分断容性负载等对触头材料的更高要求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍：本发明所述的一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法，它采用如下步骤：
步骤1，铜铬合金粉料的制备：电解铜和铬按一定比例秤重，其中铬的含量控制在0.3～1.2%范围内，然后在真空雾化设备中熔炼、雾化，制得-100目的铜铬合金粉；
步骤2，铜铬合金粉料内氧化制备氧化铬弥散强化铜粉：上述制得的-100目的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；或上述制得的铜铬合金粉直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛；两种方法均使合金中铬得到了充分氧化。
步骤3，上述内氧化后粉料在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛。
步骤4，铬粉的制备：将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉备用；
步骤5，上述备用的两种粉末按比例混合、压制、烧结及复压、复烧，烧结和复烧温度控制在900℃-1050℃，保温1-3小时，压制和复压在900MPa-1400Mpa压力下进行，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。
本发明优选的技术方案是：所述步骤2，取步骤1制得的铜铬合金粉分两半，一半在空气中150～400℃预氧化后，再在900℃以下、1×10-1～5×10-2Pa低真空内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；另一半的铜铬合金粉直接在900℃以下、8×10-1～8×10-2Pa低真空内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛，其它与上述记载的技术内容相同。
实施例1：
步骤1，铜铬合金粉料的制备：电解铜和铬按一定比例秤重，铬的含量控制在0.3～1.2%范围内，然后在真空雾化设备中熔炼、雾化，制得-100目的铜铬合金粉。
步骤2：铜铬合金粉料内氧化制备氧化铬弥散强化铜粉：上述制得的-100目的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；或上述制得的铜铬合金粉直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛；两种方法均使合金中铬得到了充分氧化。
步骤3，上述内氧化后的粉料在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛备用。
步骤4，铬粉的制备：将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉备用。所述的铬粉制备，可以采用常规的技术，也可以采用专利号为200810063776.2专利技术进行制备。
上述备用的两种粉末按比例混合、压制、烧结及复压、复烧，烧结和复烧温度控制在900℃~1050℃，保温1~3小时，压制和复压在900MPa~1400Mpa压力下进行，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。
实施例2，本发明实施过程如下（包括四个实施例）：
1、按如下表1比例的称重配制铜、铬原料A、B、C、D各20kg，在真空感应炉中熔炼，雾化制得-100目的铜铬合金粉；
表1：该表为铜合金相配比表；
编号 A B C D
铜（wt%） 99.7 99.4 99.1 98.8
铬（wt%） 0.3 0.6 0.9 1.2
2、取编号为A、B、C、D的铜铬合金粉各10kg在空气中150～400℃预氧化后再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；另取A、B、C、D的铜铬合金粉各10kg直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛。经分析，两种方法均使合金中铬得到了充分氧化。
3、经上步氧化后，上述编号为A、B、C、D的铜复合粉在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛；
4、用专利号为200810063776.2专利技术（铜铬触头生产用铬粉的制备方法），将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉；
5、按如下表2比例称重配制各样品，经混合、压制、烧结及复压、复烧，烧结和复烧温度控制在900℃~1050℃，保温1~3小时，压制和复压在900MPa~1400Mpa压力下进行，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。
表2：该表2为各实施例样品成分组成；
样品编号 A1 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1
A 70
B 70 60 50
C 70 60 50
D 70
铬粉 30 30 40 50 30 40 50 30
6、上述样品的最终理化性能如下表3，
表3：该表3是以氧化铬弥散强化铜合金为基体的铜铬触头材料的性能；
样品编号 A1 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1
硬度HB（MPa） 103 115 126 134 120 131 139 127
抗拉强度（MPa） 295 298 292 301 311 293 297 318
电导率（MS/m） 28.9 27.5 24.7 20.8 26.3 23.1 19.6 24.1
含氧量（ppm） 1243 2195 2206 2251 3137 3144 3176 3758
相对密度（%） 99.6 99.3 99.2 99.5 99.4 99.2 99.2 99.0

Claims (2)

1.一种以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法，其特征在于它采用如下步骤：
步骤1，铜铬合金粉料的制备：电解铜和铬按一定比例秤重，其中铬的含量控制在0.3～1.2%范围内，然后在真空雾化设备中熔炼、雾化，制得-100目的铜铬合金粉；
步骤2，铜铬合金粉料内氧化制备氧化铬弥散强化铜粉：上述制得的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；或上述制得的铜铬合金粉直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛；
步骤3，上述内氧化后的粉料在400～600℃温度下氢气中还原，所得料粉碎过100目筛；
步骤4，铬粉的制备：将高纯铬块粉碎制得-120目的铬粉备用；
步骤5，上述备用的两种粉末按比例混合、压制、烧结及复压、复烧，烧结和复烧温度控制在900℃-1050℃，保温1-3小时，压制和复压在900MPa-1400Mpa压力下进行，最终制得所要求的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。
2.根据权利要求1所述的以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料的制造方法，其特征在于所述步骤2是：取步骤1制得的铜铬合金粉在空气中预氧化后，再在850～950℃低真空（1×10-1～5×10-2Pa）内氧化6～10小时，所得料粉碎过100目筛；或上述制得的铜铬合金粉直接在800～900℃低真空（8×10-1～8×10-2Pa）内氧化8～15小时，所得料粉碎过100目筛。
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