CN104380412B - 接触组件及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电接触组件(1b)及其生产方法，所述接触组件具有烧结接触元件(2a、2b)和铸造到所述接触元件上的接触载体(4)，且所述接触元件(2b)的晶粒在优选方向(B)上定向。

Description

接触组件及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于电开关的接触组件，且涉及一种用于生产此类接触组件的方法。

背景技术

AT 286423 B揭示用铜合金浸渍的具有由烧结钨制成的骨架主体的电接触件，以及由浸渍材料制成的浇铸(cast-on)接触载体。铜合金包括0.1到1.2％的铬以及任选的0.1到8％的银。在接触载体的浇铸之后，电接触件经受热处理或硬化，以便产生具有大硬度和高电导率的接触载体。

发明内容

本发明的目标是提供一种改进的电接触组件和一种用于生产此类接触组件的方法。

此目标分别通过权利要求1和8的特征实现。有利细化是子权利要求项的主题。

根据权利要求1，电接触组件具有烧结接触元件和铸造到接触元件上的接触载体。换句话说，烧结接触元件和浇铸接触载体一起形成例如用于中等电压范围内或高电压范围内的电开关的电接触组件。特定来说，接触元件和接触载体两者均导电。举例来说，对于高电压范围内的断路器，接触组件可形成为管状元件，例如郁金香状物(tulip)或磨蚀郁金香状物(erosion tulip)。另一接触组件可形成或定形为销或磨蚀销，其啮合在郁金香状物中，使得利用两个接触组件，电开关的接触件可闭合。

接触元件经烧结，即其具有多个邻接晶粒。根据本发明，接触元件的晶粒定向在优选方向上，或接触元件的晶粒具有优选方向或优选定向。举例来说，晶粒为伸长形式，或接触元件的晶粒形式为伸长的且晶粒及其纵轴沿着优选方向定向。举例来说，在烧结之后，接触元件处于冷加工状态或经历冷加工，使得接触元件的晶粒呈伸长形式且沿着优选方向定向或被迫如此。换句话说，接触元件的晶粒由于(机械)加工而具有拥有优选方向的定向和形式。

已发现，沿着优选方向定向晶粒或形成在优选方向上定向的(伸长)晶粒形式具有接触元件在优选方向上具有较低电阻的效果。换句话说，接触元件或接触组件可在优选方向上以较少损失引导电流。

接触组件优选地在接触载体浇铸之后处于冷加工状态，使得接触元件的晶粒具有优选方向，且另外接触载体通过冷加工硬化。换句话说，接触元件和接触载体在接触载体铸造到接触元件上之后一起经历冷加工。已发现，连接到接触载体的接触元件的通常较硬且因此较脆弱的材料可在较大范围内变形，而不会在接触载体材料的浇铸之后形成(应力)裂缝。换句话说，提供可以简单且节约时间的方式生产的尤其坚固且低损失接触组件。特定来说，上文描述的接触元件的有利定向和晶粒形式仅在一个加工步骤中提供-即冷加工-且同时接触载体或接触载体材料硬化。

总而言之，可借助所描述的冷加工针对每一个别接触组件实现特性的可再现构型，而不管接触载体的熔融-冶炼生产的起始材料的强度特性的过程相关变化如何。举例来说，载体材料和接触元件的同质微结构可通过加工程度可再现地设定。特定来说，与AT286423 B(其提供用于载体材料的硬化的时间密集热处理)相比，此处描述的接触组件可快速且因此以低成本通过冷加工硬化。

冷加工的实例为冷锻造或冷滚轧，例如接触元件可沿着其纵轴经滚轧或锻造。换句话说，接触组件经受垂直于或大体垂直于其纵轴而延伸的力。因此，接触元件的晶粒(在烧结之后随机布置)可以伸长方式变形或在接触元件的纵轴的方向上伸出或拉伸。换句话说，给予接触元件的晶粒由冷加工引发或引起的形式、定向或优选方向(在接触元件的纵轴的方向上)。例如郁金香状物等中空或管状接触组件可例如在心轴上进行管式滚轧或拖拉。例如销等紧密接触组件可圆形锤成。举例来说，郁金香状物的接触组件还可初始以实心圆柱的形式提供，其在冷加工(例如，滚轧)之后被钻通且进一步加工以提供郁金香状物形式。

接触元件的晶粒优选处于已以伸长方式变形或伸出或拉伸且沿着优选方向定向的状态。换句话说，接触元件的晶粒形式为伸长的，且晶粒具有在其纵轴方向上比垂直于纵轴的方向上更大的幅度。假定优选方向上(即，沿着优选方向定向的晶粒的纵轴的方向上)接触元件的较低电阻基于优选方向上的电流流动(穿过伸长的晶粒)必须通过较少晶粒边界的事实，晶粒边界与晶粒体积相比具有较高电阻。

优选方向优选地平行于或大体平行于电流传导方向或接触组件的纵轴。通过此布置，尤其有效地使用上文描述的接触组件的较低电阻。举例来说，优选方向平行于或大体平行于用于断路器的郁金香状物或销的纵轴。

接触元件优选地由钨合金生产，钨合金不仅提供较大磨损电阻和磨蚀电阻而且还提供良好电导率。举例来说，WCu以90:10、80:20或60:40的W:Cu混合比率使用。根据替代细化，接触元件由MoCu或CuCr生产。

接触载体优选地由铜生产，铜具有高电导率和良好铸造特性。或者，CuCr、CuCrZr或其它可硬化铜合金可用作载体材料，使得在铜载体的浇铸之后，铜载体可通过除冷加工外或作为冷加工的替代的热处理硬化。

接触元件优选地由接触载体材料封围或囊封在接触载体材料内。因此，生产接触元件与在尤其大的区域上延伸且因此是牢固(不可断开)的接触载体之间的连接。特定来说，因此，提供接触元件与接触载体之间的良好电接触，以及因此接触组件的非常好的传导性。

以下是借助实例给出的用于生产电接触组件(特定来说，如上文描述的电接触组件)的方法的描述。首先，提供烧结接触元件，接触载体铸造到所述烧结接触元件上。烧结接触元件通过各种粉末状起始材料混合、按压且最终烧结而生产。任选地，在浇铸之前，将烧结接触元件预翻转。将接触元件放置到容器或坩埚中，例如石墨坩埚。随后，将接触载体材料整件(例如作为块或条)或以较小部分(例如，比如薄片或碎料等剩余物，作为粉末状材料或作为细粒)添加到容器。使容器的内含物达到载体材料的熔融温度，使得载体材料熔融且铸造到接触元件上，或接触元件被铸造到载体材料中。换句话说，接触元件的材料具有比接触载体材料高的熔点。接触元件优选地由载体材料渗透，使得在接触元件与接触载体之间产生尤其稳定的连接。

如上文描述，接触元件处于经冷加工状态或经历冷加工，使得接触元件的晶粒在优选方向上定向。举例来说，接触元件在浇铸之前经历冷加工，或接触组件作为整体(接触元件和接触载体)在接触载体材料的浇铸之后经历冷加工，使得提供上文描述的接触组件的优点。

接触组件及其生产方法的上文描述的细化的个别特征以及以下示范性实施例中描述的接触组件及其生产方法的个别特征可以任何所需方式彼此组合。

附图说明

基于图式更详细阐释本发明的实施例，图式中:

图1示出在熔融过程或渗透过程之前具有接触组件的起始材料的容器的示意性横截面图示，

图2示出用于形成接触组件坯料的熔融过程之后的来自图1的容器，

图3示出来自图2的接触组件坯料的冷加工的示意性图示，

图4a-b示出在冷加工和涂饰步骤之后来自图2的接触组件坯料的示意性图示，

图5示出在熔融或渗透过程之后接触组件的微结构的图像，以及

图6a-b示出在加工过程之后来自图5的接触组件的微结构的图像。

具体实施方式

图1示出具有用于生产接触组件1b(图4b)的起始材料的容器8(例如，石墨坩埚)的示意性横截面图示。以下是借助实例对磨蚀郁金香状物的形式的接触组件的生产的描述。

在第一步骤中，提供烧结坯料2a作为容器8中的接触元件。在此实例中，烧结坯料2a具有环的形式，以便节省烧结材料，因为完成的接触组件具有中心通孔(图4b)。举例来说，提供钨合金(例如，WCu)的环。布置在烧结坯料2a或接触元件上的是载体材料块6，例如铜块。作为材料块6的替代，也可使用例如较小碎料或粉末或细粒等粉碎的载体材料。换句话说，可(再)使用金属处理剩余物，或细粒或粉末，其不如例如条形式的实心材料昂贵。

随后，载体材料熔融且烧结坯料2a被载体材料渗透，或烧结坯料2a囊封在载体材料中，使得形成接触组件坯料1a。如图2中表示，过多载体材料形成接触载体4。

在接触载体4的浇铸或烧结坯料2a的渗透之后，接触组件坯料1a从容器8移除且经受冷加工。如图3中通过箭头示意指示，接触组件坯料1a平行于坯料1a的纵轴A在两个(或两个以上)相反延伸辊10a-b之间移动。通过减小滚轧间隙，即辊10a-b之间的距离，坯料1a的横截面减小或坯料1a以伸长方式变形。在此情况下，烧结坯料2a的晶粒14a-c(归因于烧结过程而任意布置或形成)平坦滚轧，即以伸长方式变形，在纵轴A的方向上伸出或拉伸。滚轧之后，坯料2a的晶粒16a-c处于其沿着接触组件的纵轴A定向的状态中。换句话说，接触元件2b或经加工烧结坯料2a的晶粒16a-c沿着优选方向B(平行于或大体平行于纵轴A或当前传导方向)定向。

沿着优选方向B定向的伸长晶粒16a-c具有如下效果，即，接触元件2b或接触组件1b具有在方向B上改进的传导性和较低电阻，因为在优选方向B上流经伸长晶粒16a-c的电流必须克服较少晶粒边界。

此外，接触载体4通过冷加工或冷滚轧而硬化。换句话说，可借助接触载体4或接触组件1a的加工程度在接触组件1a的整个体积或长度上实现预定且可再现的机械特性，而不管可偏离这些预定特性的起始材料的特性如何。换句话说，借助上文描述的方法，可以简单、快速且因此以低成本方式针对每一个别接触组件1b实现特性的可再现构型。

随后向冷加工之后图4a中示意性图示的接触组件1b提供中心孔12(图4b)，且接触元件2b或接触组件1b适当定形用于形成磨蚀郁金香状物(未表示)。

根据替代细化，提供在容器8中的是中心心轴(未图示)，在中心心轴上方安装环形烧结坯料2a。心轴在浇铸期间在接触组件坯料中产生中空空间，使得在载体材料6渗透之后，中空空间形成孔12，或中空空间仅必须经历微小涂饰以获得孔12。以此方式，较少载体材料必须在生产期间熔融，借此节省时间和能量。

以对应于上文描述的方法的方式，可以接触元件和铸造在其上的接触载体生产与所描述的郁金香状物匹配的磨蚀销(未图示)。作为与上文描述的方法的差异，在此情况下，烧结坯料不具有环的形式，而是例如(实心)圆柱的形式，其在根据上文描述的方法形成接触组件(在不提供孔12的情况下)之后形成销的接触尖端，且经设计以啮合在孔12中以便使电开关的开关接触件闭合。

图5示出在烧结过程以及利用载体材料的渗透过程之后WCu80/20接触元件2a的区中接触组件的微结构状态的描绘。可很好地看到，接触元件2a的晶粒14a-c任意形成且布置。

图6a和图6b示出在加工过程之后接触元件的区中来自图5的接触组件的微结构状态；在此情况下，接触组件圆形锤成。可清楚地看到，由于加工，晶粒16a-c具有优选方向B或处于已以伸长方式变形的状态中。平行于经加工结构的优选定向B的电导率被测量为高于与其成直角时的电导率。在当前情况下，这是电导率至少1.5MS/m的改进。

元件符号列表

1a 紧密组件坯料

1b 紧密组件/郁金香状物

2a 烧结坯料

2b 接触元件

4 接触载体

6 载体材料块

8 容器/坩埚

10a-b 辊

12 孔

14a-c 烧结之后的晶粒

16a-c 加工之后的晶粒

A 接触组件的纵轴

B 优选方向

Claims (10)

1.一种接触组件(1a,1b)，其具有

烧结接触元件，以及

接触载体(4)，其铸造到所述烧结接触元件上，

其特征在于

所述烧结接触元件的晶粒在方向(B)上定向，所述方向(B)平行于或大体平行于电流传导方向和/或所述接触组件(1a、1b)的纵轴(A)，其中所述烧结接触元件处于冷加工状态，使得所述烧结接触元件的所述晶粒在所述方向(B)上定向。

2.根据权利要求1所述的接触组件，所述烧结接触元件的所述晶粒以伸长方式形成且沿着所述方向(B)定向。

3.根据权利要求1所述的接触组件，所述烧结接触元件和所述接触载体(4)处于冷加工状态。

4.根据权利要求1所述的接触组件，所述烧结接触元件的材料选自以下材料中的一者：WCu、MoCu、CuCr。

5.根据权利要求1所述的接触组件，所述接触载体(4)的材料选自以下材料中的一者：Cu、CuCr、CuCrZr或某一其它可硬化铜合金。

6.一种用于生产接触组件(1b)的方法，根据前述权利要求中任一权利要求所述的接触组件，所述方法包括以下步骤：

提供烧结接触元件，

将接触载体(4)铸造到所述烧结接触元件上，

其特征在于

对所述烧结接触元件进行冷加工，使得所述烧结接触元件的晶粒在方向(B)上定向，所述方向(B)平行于或大体平行于电流传导方向和/或所述接触组件(1b)的纵轴(A)。

7.根据权利要求6所述的方法，所述烧结接触元件在浇铸之后经历冷加工。

8.根据权利要求7所述的方法，所述烧结接触元件和所述接触载体(4)在所述浇铸之后经历冷加工。

9.根据权利要求8所述的方法，所述烧结接触元件的晶粒处于已以伸长方式变形或具有伸长形式的状态。

10.根据权利要求6到9中任一权利要求所述的方法，所述烧结接触元件经历冷加工，使得所述烧结接触元件经受垂直于或大体垂直于所述烧结接触元件的纵轴和/或所述烧结接触元件的电流传导方向的力，或者

所述烧结接触元件经历冷加工，使得所述烧结接触元件经受垂直于或大体垂直于所述接触组件的纵轴(A)和/或所述接触组件的电流传导方向的力。