CN105161380A - 一种断路器电触头支撑件及其制备方法 - Google Patents

一种断路器电触头支撑件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种断路器电触头支撑件及其制备方法，所述支撑件包括Cu/Fe/Cu料带制成的支撑件本体，所述支撑件本体一侧设有内置凹槽，该凹槽中镶嵌有能够导电的镶块，所述镶块上设有触点。方法为：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，热处理后的Cu/Fe/Cu料带轧制；将轧制后的Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成支撑件本体；制备镶块，将镶块镶嵌并焊接于获得的支撑件本体一侧；将触点焊接于镶块的另一侧。本发明通过采用Cu/Fe/Cu复合片镶Cu块或其他导电金属块制备支撑件，提高了触头支撑件的强度，确保电触头接触时电流传导的稳定性，同时降低了铜材料的使用，节约成本。

Description

一种断路器电触头支撑件及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电气器件技术领域，具体地说，涉及的是一种断路器电触头支撑件及其制备方法。
背景技术
断路器是一种应用于配电网络中用来分配电能和保护线路及电源设备的开关电器，由操作机构和电触头系统两大块组成。电触头系统分为动触头系统和静触头系统，分别包括触点和支撑件，其中支撑件起到传递电流和带动触点动作的机构，它的性能直接影响着断路器的可靠性和稳定性。
经检索，国内外涉及断路器用的触头支撑件的研究或报道极少。目前断路器中的触头支撑件原料通常为纯铜，纯铜具有良好的导电及导热性能，但同时纯铜高温下易软化，强度低。断路器作为配电网络中线路及电源设备的关键保护器件，工作时承受的峰值电流高达几千安培，发热量很大，纯铜支撑件易软化而发生变形，导致动、静触头接触不稳定，接触电阻增大，温升大，影响断路器的性能。同时，纯铜具有较高的比重，导致动触头的重量较大，在动触头运动过程中具有较大的惯性，使动触头的断开速度很难提高，影响断路器的分断能力。此外，纯铜材料价格昂贵。
因此，需要寻找一种从源头和根本上提高触头支撑件强度和降低成本的有效方法，以提高断路器的开合能力和保障产品接触可靠性。
现有技术中Cu/Fe/Cu材料，该材料作为接触带材，能够降低成本，但是该材料如果直接用于制备电触头材料，闭合时触头的接触界面为Cu或Cu/Fe/Cu，这两种材料的电导率均低于Ag的电导率，且Cu在高温下机械强度较差，易发生变形，导致接触不稳，而Fe金属易被氧化，且Fe金属的结构与性能都具有各向异性，其表面接触电阻率较难控制，因此，Cu/Fe/Cu不宜直接作为电接触材料；Cu/Fe/Cu材料如果单独作为触头支撑件，当与银基触点材料接触面为Cu时，在触头不断地开合过程中，Cu/Fe/Cu的Cu层松动甚至于脱离Cu/Fe/Cu复合料块，另外，当与银基触点材料接触面为Cu/Fe/Cu时，Fe与Ag无法通过焊接、冷复合等方式获得足够的结合强度，因此在使用过程中可能发生Ag基触点掉落等故障。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种强度高、性能稳定、成本低廉的断路器电触头支撑件及其制备方法，进而大大提高断路器开合性能及使用寿命。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供一种断路器电触头支撑件，所述支撑件包括Cu/Fe/Cu料带制成的支撑件本体，所述支撑件本体一侧设有内置凹槽，该凹槽中镶嵌有能够导电的镶块，所述镶块上设有触点。
优选地，所述Cu/Fe/Cu料带中Cu为纯铜或铜合金，且料带中单侧Cu层厚度为整个Cu/Fe/Cu料带的厚度的5％-20％。
优选地，所述镶块的形状为燕尾形、L形或梯形等能够与支撑件本体紧密且牢固结合的形状。
优选地，所述镶块的形状与内置凹槽的形状相同，镶块的厚度与内置凹槽的深度相同或高于内置凹槽深度。
优选地，所述触点的材质为AgW、AgWC或AgWCC材料。
根据本发明的另一个方面，提供一种断路器电触头支撑件的制备方法，所述方法包括以下步骤：
第一步：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，热处理后的Cu/Fe/Cu料带轧制；
第二步：将轧制后的Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成支撑件本体；
第三步：制备镶块，将镶块镶嵌并焊接于获得的支撑件本体内置凹槽中；
第四步：将触点焊接于镶块的另一侧，即镶块的一侧是支撑件本体，与支撑件本体相对的另一侧是触点。
优选地，第一步中：
所述的Cu/Fe/Cu料带采用热轧复合、冷轧复合、电镀、铜包铁等方法制备。
所述的热处理：温度为300～800度，时间为2～6小时，气氛为H2或N2。本发明热处理主要是为了通过原子扩散进一步加强不同复层之间的结合强度，当温度低于300℃，原子扩散较慢，而当温度高于800℃，Cu层和Fe层可能由于各自的温度膨胀系数不同而分开；因为Cu以及Fe在高温下极易被氧化，因此采用惰性气体或还原性气体作为保护气氛。
所述的Cu/Fe/Cu料带的轧制，其厚度依据具体断路器支撑件要求计算获得。
优选地，第二步中：
所述冲制获得的支撑件本体，形状依据断路器所需支持件形状设计获得，且支撑件本体上的一侧设有内置凹槽，该凹槽形状为燕尾形、L型或梯形等一切与镶块紧密且牢固结合的形状，凹槽的具体位置依据断路器触点焊接位置计算获得。
所述的支撑件本体为动支撑或者静支撑形式。
优选地，第三步中：
所述的镶块的形状与内置凹槽相同，其厚度与内置凹槽深度相同或高于内置凹槽深度，具体尺寸依据断路器所需开距计算获得。
优选地，第三步和第四步中：
所述的镶块的焊接方式采用电阻焊接或感应焊接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用Cu/Fe/Cu料带镶嵌铜块或其他导电金属块来代替纯铜制备触头支撑件，闭合时接触面的材质为AgW、AgWC或AgWCC材料，避免了由于直接使用Cu/Fe/Cu料带导致的、由于Cu高温软化导致的触头接触不稳，以及电接触面中Fe层氧化导致的触头表面接触电阻增大，Ag基触点与Cu/Fe/Cu料带结合强度不足等问题，同时大大地降低了铜的使用量，进一步降低原料成本，且生产工艺步骤简单、实现方便、投入成本低，有利于提高产品在市场中的竞争力。
2、本发明中支撑件本体采用Cu/Fe/Cu复合料带镶嵌铜块或其他导电金属块制备，由于Fe的导电、导热性仅次于Cu，中间Fe层有效的提高支撑件的高温强度，解决由高低温转变过程中铜的强度降低导致动、静触头接触不稳定的问题，同时支撑件两边Cu层，可以实现良好电流导通；
3、本发明采用Cu/Fe/Cu复合料带镶嵌铜块或其他导电金属块制备支撑件本体，由于Fe为磁性材料具有引弧的作用，因此采用Cu/Fe/Cu复合料带制备支撑件可以减轻断路器断开过程中产生的电弧对电触头的烧蚀程度，从而延长电触头使用的寿命；
4、本发明支撑件本体采用Cu/Fe/Cu复合料带制备，由于纯Fe的密度低于纯Cu的密度，因此Cu/Fe/Cu复合料带的比重比纯铜料带的比重小，从而使得整个触头组件的重量减轻，在触头断开时动触头组件的运动速率加快，有利于提高断路器的分断能力。
综上所述，本发明生产工艺步骤简单、实现方便、投入成本低且所生产的触头支撑件强度大大提高，能有效解决由于铜支撑件在高温下强度降低导致动、静触头接触不稳定的问题，进一步提高断路器的开合性能。
附图说明
图1为本发明采用的Cu/Fe/Cu料带的截面结构图
图2为本发明较优实施例一的结构示意图；
图3为本发明较优实施例二的结构示意图；
图4为本发明较优实施例三的结构示意图；
图中：1为支撑件本体，2为镶块，3为触点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图2-4所示，一种断路器电触头支撑件，所述支撑件包括Cu/Fe/Cu料带制成的支撑件本体1，所述支撑件本体1一侧设有内置凹槽，该凹槽中镶嵌2有能够导电的镶块，所述镶块上设有触点3。
优选地，所述Cu/Fe/Cu料带，两侧均为Cu层，中间为Fe层，如图1所示，Cu层采用纯铜或铜合金，且料带中单侧Cu层厚度为整个Cu/Fe/Cu料带的厚度的5％-20％。
优选地，所述镶块2的形状为燕尾形、L形或梯形等形状，燕尾形镶块的燕尾端嵌入支撑件本体的内置凹槽；L形镶块的一端嵌入支撑件本体的内置凹槽，优选为长边端；梯形镶块的底端嵌入支撑件本体的内置凹槽。通过这些镶块的形状的设计，一方面能很好的实现与支撑件本体连接，另一方面，镶块本身的形状能够保证连接的紧密和牢固性，使得整个支撑件在后续的使用中稳定性大大提高。
更优选地，所述镶块2的形状与内置凹槽的形状相同，镶块2的厚度与内置凹槽的深度相同或高于内置凹槽深度。这样的设计能更好的实现镶块2、支撑件本体1之间的紧密且牢固的连接。
优选地，所述镶块2的材质为Cu、Cu合金或其它导电性好的金属或合金。
优选地，所述镶块2，其一侧连接支撑件本体1，与支撑件本体相对的另一侧设置触点3。
优选地，所述触点3的材质为AgW、AgWC或AgWCC材料。
下面结合附图对本发明上述支撑件的制备进一步的详细说明。
实施例一
以制备如图2所示形状支撑件为例，其中凹槽为燕尾状凹槽，触点采用AgW50材质；镶块2为纯Cu材质，形状为燕尾形。断路器电触头支撑件的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将纯Fe料带和纯Cu料带分别用有机溶剂和酸液进行清洗，对纯Cu料带和纯Fe料带用清刷处理，将清刷后纯Cu带与纯Fe带在室温下固相轧制复合，制备Cu/Fe/Cu结构的料带，其中：轧制后料带宽为150mm、厚度为20mm，每一面Cu层厚度占整个料带厚度的20％。Cu/Fe/Cu料带的两Cu层位于两侧、中间为Fe层。
第二步：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，其中：热处理的温度为800度、时间为6小时、气氛为H2。
第三步：将热处理后Cu/Fe/Cu料带进行轧制，轧制后的厚度为10mm。
第四步：将轧制后Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成Cu/Fe/Cu材质支撑件1，其中内置凹槽形成为燕尾槽(如图2所示)。
第五步：制备镶块2，其中：镶块2为纯Cu材质，镶块2的形状要求与内置凹槽能够紧密契合。
第六步：将第四步获得的Cu/Fe/Cu材质支撑件1和第五步获得的镶块2进行紧密镶嵌，并采用电阻焊接方式进行焊接，焊料采用Ag基焊料。
第七步：将触点3焊接于镶块2之上，其中：焊接方式采用感应焊接方式，触点3采用AgW50材质。
第八步：清洗。
本实施例最终获得性能较好、价格低廉的断路器支撑件，镶块形状为燕尾形，使得支撑件1与镶块2结合牢固，在使用过程中不易掉落，同时采用Cu/Fe/Cu镶纯Cu块使得支撑件强度提高，重量减轻，仅为常规支撑件的88％重量，断路器寿命比常规紫铜提高20％。
实施例二
以制备如图3所示形状支撑件为例，其中凹槽为L形凹槽，触点采用AgWC材质；镶块2为AgNi材质，形状为L形镶块；断路器电触头支撑件的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将Cu带以及Fe料带进行表面处理，将Cu带作为溶解性阳极进行浸渍，同时将Fe料带作为阴极进行浸渍，对这些阳极和阴极通电进行电镀，制备Cu/Fe/Cu结构的料带，其中：Fe料带宽为80mm、厚度为3mm，电镀后每一面Cu层厚度百分比各为5％，电镀槽液为焦磷酸盐铜镀液。
第二步：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，其中：热处理的温度为300度、时间为2小时、气氛为N2。
第三步：将热处理后Cu/Fe/Cu料带进行轧制，轧制后的厚度为2.5mm。
第四步：将轧制后Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成Cu/Fe/Cu材质支撑件1，其中内置凹槽形成为L型(如图3所示)。
第五步：制备镶块2，其中：镶块2为AgNi材质，镶块2的形状要求与内置凹槽能够紧密契合。
第六步：将第四步获得的Cu/Fe/Cu材质支撑件1和第五步获得的镶块2进行紧密镶嵌，并采用感应焊接方式进行焊接，焊料采用Cu基焊料。
第七步：将触点3焊接于镶块2之上，其中：焊接方式采用感应焊接方式，触点3采用AgWC材质。
第八步：清洗。
本实施例最终获得性能较好、价格低廉的断路器支撑件，镶块形状为L形，使得支撑件1与镶块2结合牢固，在使用过程中不易掉落，同时采用Cu/Fe/Cu镶AgNi块使得支撑件强度提高，重量减轻，仅为常规92％重量，断路器寿命比常规紫铜提高10％。
实施例三
以制备如图4形状支撑件为例，其中凹槽为梯形凹槽，触点采用AgWC22C3材质；镶块2为CuNi材质，形状为梯形。断路器电触头支撑件的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将Cu料带折弯成U型，其中，折弯后的料带宽度与Fe料带的宽度一致，U型间隙高度等于或略小于Fe料带的厚度，将Fe料带插入U型Cu料带中，在室温下进行冷轧复合，制备具有Cu/Fe/Cu结构的料带，轧制后料带宽为50mm，料带厚度为10mm，每一面Cu层厚度百分比各为10％。如图1所示。
第二步：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，其中：热处理的温度为700度、时间为4小时、气氛为H2。
第三步：将热处理后Cu/Fe/Cu材料进行轧制，轧制后的厚度为5mm。
第四步：将轧制后Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成Cu/Fe/Cu材质支撑件1，其中内置凹槽形成为T型(如图4所示)。
第五步：制备镶块2，其中：镶块2为CuNi材质，镶块2的形状要求与内置凹槽能够紧密契合，且镶块高度与凹槽深度相同。
第六步：将第四步获得的Cu/Fe/Cu材质支撑件1和第五步获得的镶块2进行紧密镶嵌，并采用感应焊接方式进行焊接，焊料采用Cu基焊料。
第七步：将触点3焊接于镶块2之上，其中：焊接方式采用感应焊接方式，触点3采用AgWC22C3材质。
第八步：清洗。
本实施例最终获得性能较好、价格低廉的断路器电触头支撑件，镶块形状为梯形，使得支撑件1与镶块2结合牢固，在使用过程中不易掉落，同时采用Cu/Fe/Cu镶CuNi块使得支撑件强度提高，重量减轻，仅为常规支撑件的90％重量，断路器寿命比常规紫铜提高15％。
本发明提供的通过在Cu/Fe/Cu复合片镶Cu块或其他导电金属块制备电触头支撑件的方法，适用于一切的断路器用电触头支撑件的制备，该方法降低铜含量的同时也可以获得高性能的电触头组件，同时复合界面结合强度高，且工艺简单，操作方便，对设备无特殊要求。
本发明生产工艺步骤简单、实现方便、投入成本低且所生产的触头支撑件强度大大提高，能有效解决由于铜支撑件在高温下强度降低导致动、静触头接触不稳定的问题，进一步提高断路器的开合性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种断路器电触头支撑件，其特征在于：所述支撑件包括Cu/Fe/Cu料带制成的支撑件本体，所述支撑件本体一侧设有内置凹槽，该凹槽中镶嵌有能够导电的镶块，所述镶块上设有触点。
2.根据权利要求1所述的断路器电触头支撑件，其特征在于：所述Cu/Fe/Cu料带采用热轧复合、冷轧复合、铜包铁或电镀方法制备。
3.根据权利要求1所述的断路器电触头支撑件，其特征在于：所述Cu/Fe/Cu料带中Cu为纯铜或铜合金，且料带中单侧Cu层厚度为整个Cu/Fe/Cu料带的厚度的5％-20％。
4.根据权利要求1所述的断路器电触头支撑件，其特征在于：所述镶块的形状为燕尾形、L形或梯形。
5.根据权利要求1所述的断路器电触头支撑件，其特征在于：所述镶块的形状与内置凹槽的形状相同，镶块的厚度与内置凹槽的深度相同或高于内置凹槽深度，内置凹槽能与镶块紧密且牢固结合。
6.根据权利要求1-5任一项所述的断路器电触头支撑件，其特征在于：所述的镶块的材质为Cu或Cu合金；所述触点的材质为AgW、AgWC或AgWCC材料。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的断路器电触头支撑件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
第一步：将Cu/Fe/Cu料带进行热处理，热处理后的Cu/Fe/Cu料带轧制；
第二步：将轧制后的Cu/Fe/Cu料带进行冲制，制备成支撑件本体；
第三步：制备镶块，将镶块镶嵌并焊接于获得的支撑件本体一侧；
第四步：将触点焊接于镶块的另一侧，即镶块的一侧是支撑件本体，另一侧是触点。
8.如权利要求7所述的断路器电触头支撑件的制备方法，其特征在于，第一步中：所述的热处理中：温度为300～800度，时间为2～6小时，气氛为H2或N2。
9.如权利要求7或8所述的一种断路器电触头支撑件的制备方法，其特征在于，所述冲制获得的支撑件本体，形状依据断路器所需支持件形状设计获得，且支撑件本体上的一侧设有内置凹槽，该凹槽形状为能与镶块紧密且牢固结合的形状，凹槽的具体位置依据断路器触点焊接位置计算获得；
所述的镶块形状与内置凹槽相同，其厚度与内置凹槽深度相同或高于内置凹槽深度，具体尺寸依据断路器所需开距计算获得。
10.如权利要求7或8所述的一种断路器电触头支撑件的制备方法，其特征在于，第三步和第四步中：所述的镶块的焊接方式采用电阻焊接或感应焊接。
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