CN104233034A - 一种耐烧蚀钨铜合金及其应用 - Google Patents

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本发明是一种耐烧蚀钨铜合金及应用,其组分及质量百分比为:钨78-83%、铜16.6%-21.75%、镍0.25%-0.4%和二硼化钛0.1%-4%,将钨粉、镍粉、二硼化钛粉和预加铜粉压制并预先烧结成多孔钨骨架,将铜压坯熔渗烧结到多孔钨骨架内获得耐烧蚀钨铜合金,所制备的耐烧蚀钨铜合金能够有效的抵抗雷击时产生的过电压引发的电弧烧蚀,从而保护绝缘子串不被击穿,达到延长防雷装置使用寿命的目的,具有良好的耐烧蚀性,耐烧蚀钨铜合金可以作为的良好放电材料。

Description

一种耐烧蚀钨铜合金及其应用
技术领域
本发明涉及电力系统配电防雷装置的材料制备技术领域,尤其涉及一种耐烧蚀钨铜合金的制备方法及应用。
背景技术
架空输电线路多处于偏远地带,容易遭受雷击闪络和污秽闪络,威胁电力系统的安全,为解决这种问题,国内外采取的措施为在耐弧绝缘子串两端并联一对金属电极(招弧角),架空线路遭雷击时,绝缘子串上产生很高的雷电过电压,但因保护间隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压,故保护间隙首先放电。接续的工频电弧在电动力和热应力作用下,通过并联间隙所形成的放电通道,被引至招弧角端部,固定在招弧角端部燃烧,从而保护绝缘子串免于电弧灼烧,进而保护架空输电线路的安全运行。
目前架空输电线路并联间隙防雷装置用材料大多采用碳素钢制造,其耐烧蚀性很差,雷击闪络或污秽闪络时引发的工频电弧极易使零件烧损,从而影响线路的安全长久运行。并且随着现代化建设的高速发展,高压输变电网线路负荷日益增加,传统的碳素钢招弧角在高电压、大电流作用下,电弧烧蚀使招弧角表面产生严重的烧蚀坑而过早失效,已经不能满足工业化需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,提供一种耐烧蚀钨铜合金,具有良好的耐烧蚀性,可以作为良好的放电材料。
本发明的目的通过如下技术方案来实现:
一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于,其组分及质量百分比为:钨78%-83%、铜16.6%-21.75%、镍0.25%-0.4%和二硼化钛0.1%-4%。
进一步的,所述一种耐烧蚀钨铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(一)选材:分别选取钨粉、铜粉、镍粉和二硼化钛粉的颗粒原料;
(二)称量:按所制耐烧蚀钨铜合金的质量和组分的质量百分比计算钨、铜、镍和二硼化钛的质量,称取钨粉、镍粉、二硼化钛粉,按铜质量的3%-7%称取铜粉作为钨骨架的预加铜粉,按铜剩余的质量的1.05-1.15倍称取铜粉,作为熔渗时的压坯铜粉,按所制耐烧蚀钨铜合金的质量的0.5%-1.5%称取的成形剂;
(三)混粉:将步骤(二)中称量的钨粉、预加铜粉、镍粉、二硼化钛粉和成形剂混合、球磨得到合金粉末;
(四)压制:将步骤(三)中获得的合金粉末装入模具中压制成型,得到合金压坯,按照步骤(二)中称取的压坯铜粉装入模具中压制成型,得到铜压坯;
(五)预烧钨骨架:将步骤(四)获得的合金压坯放入高温保护气氛炉中预烧结获得多孔钨骨架;
(六)熔渗烧结:将步骤(五)获得的多孔钨骨架装入模具中,同时将步骤(四)的铜压坯放在多孔钨骨架上方,在高温保护气氛炉中,铜压坯融化并通过毛细管作用熔渗到多孔钨骨架中,得到致密度较高的钨铜合金毛坯;
(七)加工:将步骤(六)获得的钨铜合金毛坯去除表面富余的铜,以获得成分均匀的耐烧蚀钨铜合金。
进一步的,所述步骤(一)中所述钨粉为粒度为4-7μm,所述铜粉粒度为65-74μm,所述镍粉粒度为1-3μm,所述的二硼化钛粉粒度为3-6μm。
进一步的,所述步骤(二)中所述的成型剂为硬脂酸锌。
进一步的,所述步骤(三)中所述的四种粉末和成型剂通过混料机机械混合,混粉时间为10-15h,然后通过球磨机球磨,球磨时间为8-12h,球磨机转速为200-250r/min。
进一步的,所述步骤(四)的合金粉末装入冷等静压磨具在130-160MPa的压力下成型得到合金压坯,铜粉装入冷等静压磨具在130-160MPa的压力下成型得到铜压坯。
进一步的,所述步骤(五)中所述的合金压坯在保护气氛为H2,预烧结温度为1250-1400℃,烧结时间为30-80min,得到多孔钨骨架。
进一步的,所述步骤(六)中所述的高温保护气氛炉的熔渗温度为1200-1300℃,烧结时间为1.5-2.5h。
进一步的,所述步骤(七)中的耐烧蚀钨铜合金通过数控加工方法加工出所需的尺寸和形状。
进一步的,所述一种耐烧蚀钨铜合金应用于并联间隙防雷装置的放电材料。
本发明具有如下有益效果:
本方法所制备的耐烧蚀钨铜合金具有良好耐烧蚀性,能够有效的抵抗雷击时产生的过电压引发的电弧烧蚀,从而保护绝缘子串不被击穿,延长并联间隙防雷装置的使用寿命。
本方法所制备的耐烧蚀钨铜合金可以作为良好放电材料。
发明提供一种耐烧蚀钨铜合金的制备方法,此方法操作简便,工艺简单。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。
实施例1
制备直径为30mm、质量百分比为80∶18.7∶0.3∶1的W80Cu18.7Ni0.3TiB21耐烧蚀钨铜合金球,包括以下步骤:
(一)按所制耐烧蚀钨铜合金球的质量和组分的质量百分比计算钨、铜、镍和二硼化钛的质量分别为261.44g、61.11g、0.98g、3.27g。
(二)称取粒径为4-7μm的钨粉261.44g,粒径65-74μm的铜粉3.06g作为预加铜粉(按铜质量的5%称取),63.86g的铜粉作为压坯铜粉(按铜剩余的质量的1.1倍称取),粒径为1-3μm的镍粉0.98g,粒径3-6μm的二硼化钛粉3.27g,称取成型剂硬脂酸锌3.27g。
(三)将步骤(二)称得的钨粉、预加铜粉、镍粉、二硼化钛粉和硬脂酸锌一起放入混料机中机械混合14h,然后将得到的混合粉末放入行星式球磨机中进行机械球磨,球磨时间为10h,球料比为10∶1,球磨机转速为240r/min,得到合金粉末。
(四)将步骤(三)合金粉末装入直径为30mm、压力为150Mpa的等静压模具中压制成形得到合金压坯,将称取的压坯铜粉装入模具中,以同样的压力为150Mpa压制成形并脱模得到铜压坯。
(五)将步骤(四)的合金压坯放入高温H2气氛保护炉中进行钨骨架烧结,预烧结温度为1350℃,预烧结时间为50min,得到多孔钨骨架。
(六)将步骤(五)中烧结好的多孔钨骨架放入石墨模具中,同时将步骤(四)的铜压坯放在多孔钨骨架上方,在高温H2气氛炉中进行熔渗烧结成形,其中熔渗烧结温度为1250℃,烧结时间为120min,在高温H2气氛炉中,铜压坯融化并通过毛细管作用熔渗到多孔钨骨架中,得到致密度较高的钨铜合金毛坯,。
(七)将步骤(六)中烧结好的钨铜合金毛坯进行机加工去除表面富余的铜,然后进行数控加工得到直径为30mm、质量百分比为80∶18.7∶0.3∶1的W80Cu18.7Ni0.3TiB21耐烧蚀钨铜合金球。
实施例2
制备直径为30mm、质量百分比为80∶17.7∶0.3∶2的W80Cu17.7Ni0.3TiB22耐烧蚀钨铜合金球,包括以下步骤:
(一)按所制耐烧蚀钨铜合金球的质量和组分的质量百分比计算钨、铜、镍和二硼化钛的质量分别为257.11g、56.89g、0.96g、6.43g。
(二)称取粒径为4-7μm的钨粉257.11g,粒径65-74μm的铜粉2.84g作为预加铜粉(按铜质量的5%称取),59.5g的铜粉作为压坯铜粉(按铜剩余的质量的1.1倍称取),粒径为1-3μm的镍粉0.96g,粒径3-6μm的二硼化钛粉6.43g,称取成型剂硬脂酸锌3.21g。
(三)将步骤(二)称得的钨粉、预加铜粉、镍粉、二硼化钛粉和硬脂酸锌一起放入混料机中机械混合15h,然后将得到的混合粉末放入行星式球磨机中进行机械球磨,球磨时间为12h,球料比为10∶1,球磨机转速为250r/min,得到合金粉末。
(四)将步骤(三)合金粉末装入直径为30mm、压力为160Mpa的等静压模具中压制成形得到合金压坯,将称取的压坯铜粉装入模具中,以同样的压力为160Mpa压制成形并脱模得到铜压坯。
(五)将步骤(四)的合金压坯放入高温H2气氛保护炉中进行钨骨架烧结,预烧结温度为1370℃,预烧结时间为80min,得到多孔钨骨架。
(六)将步骤(五)中烧结好的多孔钨骨架放入石墨模具中,同时将步骤(四)的铜压坯放在多孔钨骨架上方,在高温H2气氛炉中进行熔渗烧结成形,其中熔渗烧结温度为1280℃,烧结时间为130min,在高温H2气氛炉中,铜压坯融化并通过毛细管作用熔渗到多孔钨骨架中,得到致密度较高的钨铜合金毛坯,。
(七)将步骤(六)中烧结好的钨铜合金毛坯进行机加工去除表面富余的铜,然后进行数控加工得到直径为30mm、质量百分比为80∶17.7∶0.3∶2的W80Cu17.7Ni0.3TiB22耐烧蚀钨铜合金球。
将采用本发明实施例1和实施例2制备的耐烧蚀钨铜合金球与碳素钢在电弧侵蚀放电200次后的失重量如下表所示:
从上面的表格数据可以看出,与碳素钢相比,本发明方法制备的耐烧蚀钨铜合金球具有更低的失重量,所以本方法制备的耐烧蚀钨铜合金球具有更好的耐烧蚀性,应用于并联间隙防雷装置作为放电材料,能够承受大电压、大电流的数次烧蚀,从而保证电网的安全运行。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,故不能以此限定本发明实施的范围,即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于,其组分及质量百分比为:钨78%-83%、铜16.6%-21.75%、镍0.25%-0.4%和二硼化钛0.1%-4%。
2.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀钨铜合金的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(一)选材:分别选取钨粉、铜粉、镍粉和二硼化钛粉的颗粒原料;
(二)称量:按所制耐烧蚀钨铜合金的质量和组分的质量百分比计算钨、铜、镍和二硼化钛的质量,称取钨粉、镍粉、二硼化钛粉,按铜质量的3%-7%称取铜粉作为钨骨架的预加铜粉,按铜剩余的质量的1.05-1.15倍称取铜粉,作为熔渗时的压坯铜粉,按所制耐烧蚀钨铜合金的质量的0.5%-1.5%称取的成形剂;
(三)混粉:将步骤(二)中称量的钨粉、预加铜粉、镍粉、二硼化钛粉和成形剂混合、球磨得到合金粉末;
(四)压制:将步骤(三)中获得的合金粉末装入模具中压制成型,得到合金压坯,按照步骤(二)中称取的压坯铜粉装入模具中压制成型,得到铜压坯;
(五)预烧钨骨架:将步骤(四)获得的合金压坯放入高温保护气氛炉中预烧结获得多孔钨骨架;
(六)熔渗烧结:将步骤(五)获得的多孔钨骨架装入模具中,同时将步骤(四)的铜压坯放在多孔钨骨架上方,在高温保护气氛炉中,铜压坯融化并通过毛细管作用熔渗到多孔钨骨架中,得到致密度较高的钨铜合金毛坯;
(七)加工:将步骤(六)获得的钨铜合金毛坯去除表面富余的铜,以获得成分均匀的耐烧蚀钨铜合金。
3.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(一)中所述钨粉为粒度为4-7μm,所述铜粉粒度为65-74μm,所述镍粉粒度为1-3μm,所述的二硼化钛粉粒度为3-6μm。
4.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(二)中所述的成型剂为硬脂酸锌。
5.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(三)中所述的四种粉末和成型剂通过混料机机械混合,混粉时间为10-15h,然后通过球磨机球磨,球磨时间为8-12h,球磨机转速为200-250r/min。
6.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(四)的合金粉末装入冷等静压磨具在130-160MPa的压力下成型得到合金压坯,铜粉装入冷等静压磨具在130-160MPa的压力下成型得到铜压坯。
7.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(五)中所述的合金压坯在保护气氛为H2,预烧结温度为1250-1400℃,烧结时间为30-80min,得到多孔钨骨架。
8.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(六)中所述的高温保护气氛炉的熔渗温度为1200-1300℃,烧结时间为1.5-2.5h。
9.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:步骤(七)中的耐烧蚀钨铜合金通过数控加工方法加工出所需的尺寸和形状。
10.根据权利要求2所述的一种耐烧蚀钨铜合金,其特征在于:应用于并联间隙防雷装置的放电材料。
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Inventor after: Lin Zhipeng

Inventor after: Zhang Datong

Inventor after: Hu Shi

Inventor after: Qiu Tian

Inventor after: Guan Qianghua

Inventor after: Chen Ningzhao

Inventor after: Chen Yuemen

Inventor before: Wang Zheng

Inventor before: Hu Zhizhong

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