CN105463240A - 一种铜铬电触头材料的制备方法 - Google Patents

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王振宇
贾波
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Abstract

本发明公开了一种铜铬电触头材料的制备方法，具体为：按照所需要制备的铜铬电触头的材料配比计算所需的铬粉和氧化铜粉末，称取备用；将氧化铜粉末与铬粉进行混粉，得到的氧化铜铬混合粉经成型、还原、烧结工序，得到的烧结后的铜铬坯锭再经热挤压加工成棒材，之后经机加工，得到铜铬电触头。本发明所述方法可有效减少脆性相铬与铜颗粒的直接接触，使制得的产品的力学物理性能和加工性能更为优良，金相组织更为均匀。

Description

一种铜铬电触头材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电触头材料，具体涉及一种铜铬电触头材料的制备方法。
背景技术
铜铬电触头材料由于具有优良的导热导电性能和抗熔焊性能而被广泛应用在真空断路器等电器中。通常来说，铜铬电触头材料的制备方法主要有熔渗法、固相法和电弧法三种。其中：采用熔渗法和电弧法制备的铜铬电触头密度和硬度高，金相组织比较均匀，而且还具有良好的电性能，但这两种方法的工艺比较复杂，工序长，生产成本相对较高；固相法制备铜铬电触头的方法虽具有生产工艺简单、成本较低的优点，但由于铬是脆性相物质，与铜进行机械混粉时主要分布在铜颗粒之间，使得脆性相铬与铜颗粒直接接触，从而影响材料的性能。因此，如何在保证材料性能及不明显增加成本的前提下，制备出组织性能优良的铜铬材料，成为目前研究的难点与热点。
公开号为CN103255311A的发明专利公开了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。该方法首先是将电解铜和铬真空雾化成铜铬合金粉，然后将铜铬合金粉在空气中预氧化后置于低真空中内氧化，之后将内氧化后的合金粉在氢气中还原，得到铜铬合金粉，最后将铜铬合金粉与粉碎制得的铬粉混合、压制、烧结及复压、复烧，得到以氧化铬弥散强化铜为基体的铜铬触头材料。该技术方案的不足是存在脆性相铬与铜之间的直接接触，同时该工艺比较复杂、生产成本较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种新的铜铬电触头材料的制备方法，提出还原扩散法制备铜铬电触头材料，采用本发明所述方法可以有效减少脆性相铬与铜的直接接触，使所得产品具有优良的性能，同时金相组织更为均匀。
本发明所述的铜铬电触头材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照所需要制备的铜铬电触头的材料配比计算所需的铬粉和氧化铜粉末的用量，称取备用；
2)取氧化铜粉末与铬粉进行混粉，得到氧化铜铬混合粉；
3)所得氧化铜铬混合粉等静压成型后置于氢气中还原，得到铜铬坯锭；
4)所得铜铬坯锭置于氢气气体或真空中烧结，得到烧结后的铜铬坯锭；
5)所得烧结后的铜铬坯锭在氢气气氛保护下经热挤压加工成棒材，之后再进行机加工，得到铜铬电触头。
本发明采用氧化铜与铬粉进行混粉，成型后的氧化铜铬坯锭经还原、烧结、挤压、机加工等工序后得到铜铬电触头。由于氧化铜在氢气气氛中受热条件下会发生还原反应，在这过程中，氧化铜会以铬为介质还原成铜颗粒，使得一部分铜颗粒通过还原扩散作用吸附在铬的表面上，因而可以有效减少脆性相铬与铜颗粒的直接接触，改善材料的性能；同时，还原形成的铜颗粒更加弥散均匀，使得材料的组织也更加弥散均匀。
上述制备方法的步骤1)中，所述氧化铜粉末的平均粒度优选为5～8μm，铬粉的平均粒度优选为10～15μm。
上述制备方法的步骤2)中，所述氧化铜粉与铬粉的混粉操作与现有技术相同，通常是在V型混料器或双锥混合器进行，优选是在转速为20～40r/min的条件下搅拌1～4h。
上述制备方法的步骤3)中，所述的等静压成型的成型压力通常为100～150MPa；所述还原的温度为250～350℃，还原的时间为4～10h。
上述制备方法的步骤4)中，所述的烧结操作与现有常规操作相同，具体地，烧结的温度为980～1020℃，烧结的时间为4～8h。
上述制备方法的步骤5)中，所述的热挤压等操作均与现有常规操作相同，具体地，热挤压的温度通常为880～950℃，挤压比为10～20。当将铜铬坯锭热挤压加工成棒材时，所得棒材按现有常规工艺进行机加工等工序后，得到铜铬电触头材料。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、本发明所述方法中氧化铜在氢气气氛中发生还原反应，在这过程中，氧化铜会以铬为介质还原形成铜颗粒，使得一部分铜颗粒通过还原扩散作用吸附在铬的表面上，从而有效减少脆性相铬与铜颗粒的直接接触，进而改善材料的性能。
2、因氧化铜发生还原反应时形成的铜颗粒更加弥散均匀，使得材料的组织也更加弥散均匀，从而具有优良的力学物理性能和加工性能。
3、制备方法工艺简单，适合工业生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的触头材料的金相组织图(500×)；
图2为本发明实施例2制得的触头材料的金相组织图(500×)；
图3为本发明实施例3制得的触头材料的金相组织图(500×)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述,以更好地理解本发明的内容,但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)按照制备10kgCu-20Cr材料配比计算所需的氧化铜(CuO)和铬粉(Cr)用量，称取氧化铜粉末(平均粒度为6μm)10kg、铬粉(平均粒度为12μm)2kg，备用；；
2)将上述氧化铜粉末与铬粉在双锥混料器上进行混粉，转速25r/min，时间3h，得到氧化铜铬(CuOCr)混合粉；
3)将上述混粉后的氧化铜铬混合粉在等静压机上成型，成型压力为150MPa，并将成型后的氧化铜铬(CuOCr)坯锭置于氢气(H2)气氛中以300℃温度还原8h，得到铜铬(CuCr)坯锭；
4)将上述还原得到的铜铬坯锭置于氢气气氛中以1000℃温度烧结6h，得到烧结后的铜铬(CuCr)坯锭；
5)将上述烧结后的铜铬坯锭在氢气保护下热挤压加工成棒材，热挤压温度为880℃，模具预热温度为150℃，挤压比为19；所得棒材经车削加工后即得到所需的铜铬(CuCr)电触头。
对所得触头材料进行金相组织分析，如图1所示，结果显示采用本申请技术方案制备的Cu-20Cr材料中铬颗粒在铜基体材料中分布均匀。
实施例2
1)按照制备10kgCu-30Cr材料配比计算所需的氧化铜(CuO)和铬粉(Cr)用量，称取氧化铜粉末(平均粒度为6μm)8.75kg、铬粉(平均粒度为15μm)3kg，备用；
2)将上述氧化铜粉末与铬粉在双锥混料器上进行混粉，转速40r/min，时间2h，得到氧化铜铬(CuOCr)混合粉；
3)将上述混粉后的氧化铜铬混合粉在等静压机上成型，成型压力为120MPa，并将成型后的氧化铜铬(CuOCr)坯锭置于氢气(H2)气氛中以250℃温度还原6h，得到铜铬(CuCr)坯锭；
4)将上述还原得到的铜铬坯锭置于氢气气氛中以1020℃温度烧结4h，得到烧结后的铜铬(CuCr)坯锭；
5)将上述烧结后的铜铬坯锭在氢气保护下热挤压加工成棒材，热挤压温度为950℃，模具预热温度为160℃，挤压比为19；所得棒材经车削加工后即得到所需的铜铬(CuCr)电触头。
对所得触头材料进行金相组织分析，如图2所示，结果显示采用本申请技术方案制备的Cu-30Cr材料中铬颗粒在铜基体材料中分布均匀。
实施例3
1)按照制备10kgCu-25Cr材料配比计算所需的氧化铜(CuO)和铬粉(Cr)用量，称取氧化铜粉末(平均粒度为6μm)9.375kg、铬粉(平均粒度为10μm)2.5kg，备用；
2)将上述氧化铜粉末与铬粉在双锥混料器上进行混粉，转速30r/min，时间2h，得到氧化铜铬(CuOCr)混合粉；
3)将上述混粉后的氧化铜铬混合粉在等静压机上成型，成型压力为100MPa，并将成型后的氧化铜铬(CuOCr)坯锭置于氢气(H2)气氛中以350℃温度还原10h，得到铜铬(CuCr)坯锭；
4)将上述还原得到的铜铬坯锭置于真空中以1010℃温度烧结5h，得到烧结后的铜铬(CuCr)坯锭；
5)将上述烧结后的铜铬坯锭在氢气保护下热挤压加工成棒材，热挤压温度为920℃，模具预热温度为160℃，挤压比为19；所得棒材经车削加工后即得到所需的铜铬(CuCr)电触头。
对所得触头材料进行金相组织分析，如图3所示，结果显示采用本申请技术方案制备的Cu-25Cr材料中铬颗粒在铜基体材料中分布均匀。
将实施例3制得的触头材料进行性能检测，并与现有常规固相法制得的铜铬触头产品进行比较，结果如下述表1所示：
表1实施例3与现有常规固相法制备的产品性能
由表1可知，本申请技术方案制备的铜铬触头材料的性能优于现有常规固相法制备的铜铬触头材料性能。

Claims (4)

1.一种铜铬电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)按照所需要制备的铜铬电触头的材料配比计算所需的铬粉和氧化铜粉末的用量，称取备用；
2)取氧化铜粉末与铬粉进行混粉，得到氧化铜铬混合粉；
3)所得氧化铜铬混合粉等静压成型后置于氢气中还原，得到铜铬坯锭；
4)所得铜铬坯锭置于氢气气体或真空中烧结，得到烧结后的铜铬坯锭；
5)所得烧结后的铜铬坯锭在氢气气氛保护下经热挤压加工成棒材，之后再进行机加工，得到铜铬电触头。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，需要制备的铜铬电触头材料中，铬含量为20～30wt％，余量为铜。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化铜粉末的平均粒度为5～8μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述铬粉的平均粒度为10～15μm。
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