CN105734328A - 一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法 - Google Patents

一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合3～4h，放入石墨坩埚，然后放至箱式干燥箱内干燥，放入真空热压炉内进行真空加热还原，将CuCr烧结样品放入包套内封装；将包套放入热等静压机内，充入惰性气体施加压力载荷至130～150MPa,加热升温至100～1080℃，保温3～4h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。本发明在晶粒度、球形度、相对密度和力学性能等指标方面也优于熔渗工艺。本发明的优点是，工艺灵活性高，易于大批量工业化生产，通过一套设备可生产出不同Cr含量的系列CuCr触头材料。

Description

一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法
技术领域
本发明属于高压电器开关触头材料领域，涉及铜铬触头材料，具体涉及一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法。
背景技术
CuCr触头具有高导电率、热导率和良好的耐电压、抗烧损、抗熔焊及低截流等特性而被广泛应用于电力系统，气体、杂质含量和显微组织形貌等是决定其性能的关键。低的气体和杂质含量，保证真空断路器在开断过程中不会因为放气造成电弧重燃及熔焊。Cu、Cr颗粒尺寸尽可能细小，分布均匀。保证在开断过程中不会因为Cr分布不均或过大造成电弧能量在富铬处聚集导致触头表面过度烧蚀和熔焊而引起开断失败。
目前粉末冶金制取铜铬系触头合金的方法,主要有两种：
(A)混粉法：将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷压成型，再经真空烧结或热等静压而成，混粉法的优点是工艺简单，成熟度高，缺点是对原材料气体含量有极为严格的要求，很难获得低气体含量的产品，致密度较低也是一个重要的缺点。
(B)熔渗法：将适量的Cr粉和其他组分充分混合压制，在真空或惰性保护气氛中烧结成一定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中渗Cu，由于毛细作用，液态Cu液被吸入骨架的孔隙中，形成致密度在98％理论密度以上的致密的CuCr触头合金。
综上所述，目前的粉末冶金制取铜铬系触头合金的方法很难获得低气体含量的产品，具有致密度较低、晶粒粗大、缩孔及熔渗缺陷等。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，以便得到高性能、低气体含量和低夹杂物的铜铬合金触头材料。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，该生产方法以高氧含量的电解铬粉为原料，即以氧含量为3000ppm的电解铬粉为原料，该生产包括以下步骤：
步骤一，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，以重量计，混合粉末中，电解铬粉的质量与铜粉的质量总和为100份，其中电解铬粉与铜粉的质量比为(25～50)：(50～75)，光谱纯石墨粉的质量为电解铬粉的质量与铜粉的质量总和的0.2％～0.5％；
步骤二，在惰性气体保护下，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合3～4h；
步骤三，将混合均匀的混合粉末放入石墨坩埚，然后将石墨坩埚放至箱式干燥箱内，在50～80℃的温度下进行干燥，保持48～72h；
步骤四，取出装有混合粉的石墨坩埚放入真空热压炉内进行真空加热还原，先抽真空至炉内真空度小于等于6.5×10-3Pa，加热升温至1100℃～1400℃，保温2～4h，随炉冷却至室温取出CuCr烧结样品；
步骤五，将CuCr烧结样品放入包套内，抽真空至1.0×10-4Pa，加热到400～700℃，保温1～2h，封装；
步骤六，将包套放入热等静压机内，充入惰性气体施加压力载荷至130～150MPa,加热升温至1000～1080℃，保温3～4h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。
本发明还具有如下区别技术特征：
所述的惰性气体为氩气或氦气。
步骤四中，在真空热压炉内进行真空加热还原，炉内真空度需达到6.5×10-3Pa以下方可进行加热，整个真空加热还原过程炉内环境真空度持续保持在小于等于6.5×10-3Pa的水平。
步骤四中，所述保温的温度为1100～1400℃。
步骤四中，真空热压炉进行真空加热还原的升温速率为5～8℃/min。
步骤五中，根据包套材料的选取原则,保证可靠的气密性和良好的强度、塑性前提下,考虑到易加工成形、易剥离以及良好的经济实效选用Q235钢作为包套的材料。
步骤六中，热等静压机内施加压力载荷的速率为1～2MPa/min。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的方法生产的CuCr触头在相对密度和力学性能方面优于传统粉末冶金工艺；在晶粒度、球形度、相对密度和力学性能等指标方面也优于熔渗工艺。本发明的优点是，工艺灵活性高，易于大批量工业化生产，通过一套设备可生产出不同Cr含量的系列CuCr触头材料。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，该生产方法以氧含量为3000ppm的电解铬粉为原料，电解铬粉的纯度大于99.9％，粒度为20μm，该生产包括以下步骤：
步骤一，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，以重量计，混合粉末中，电解铬粉与铜粉按照25:75的比例配置500g，同时加入光谱纯石墨粉2.5g。
步骤二，在惰性气体氩气保护下，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合4h。
步骤三，将混合均匀的混合粉末放入石墨坩埚，然后将石墨坩埚放至箱式干燥箱内，在80℃的温度下进行干燥，保持48h。
步骤四，取出装有混合粉的石墨坩埚放入真空热压炉内进行真空加热还原，炉内真空度需达到6.5×10-3Pa以下方可进行加热，加热升温至1100℃，真空加热还原的升温速率为8℃/min，保温4h，保温的温度为1100℃，整个真空加热还原过程炉内环境真空度持续保持在小于等于6.5×10-3Pa的水平，随炉冷却至室温取出CuCr烧结样品。
步骤五，将CuCr烧结样品放入包套内，根据包套材料的选取原则,保证可靠的气密性和良好的强度、塑性前提下,考虑到易加工成形、易剥离以及良好的经济实效选用Q235钢作为HIP包套的材料，抽真空至1.0×10-4Pa，加热到400℃，保温2h，封装；
步骤六，将包套放入热等静压机内，充入惰性气体氩气，以1MPa/min的速率施加压力载荷至150MPa,加热升温至1000℃，保温4h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。
开炉取出本实施例制备的CuCr触头材料，使用氮氧分析仪检测分析得到CuCr系粉末材料氧含量为190ppm且铬相晶粒细小。
实施例2：
本实施例给出一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，该生产方法以氧含量为3000ppm的电解铬粉为原料，电解铬粉的纯度大于99.9％，粒径为30μm，该生产包括以下步骤：
步骤一，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，以重量计，混合粉末中，电解铬粉与铜粉按照50:50的比例配置500g，同时加入光谱纯石墨粉2g。
步骤二，在惰性气体氦气保护下，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合3h。
步骤三，将混合均匀的混合粉末放入石墨坩埚，然后将石墨坩埚放至箱式干燥箱内，在65℃的温度下进行干燥，保持60h。
步骤四，取出装有混合粉的石墨坩埚放入真空热压炉内进行真空加热还原，炉内真空度需达到6.5×10-3Pa以下方可进行加热，加热升温至1250℃，真空加热还原的升温速率为6℃/min，保温3h，保温的温度为1250℃，整个真空加热还原过程炉内环境真空度持续保持在小于等于6.5×10-3Pa的水平，随炉冷却至室温取出CuCr烧结样品。
步骤五，将CuCr烧结样品放入包套内，根据包套材料的选取原则,保证可靠的气密性和良好的强度、塑性前提下,考虑到易加工成形、易剥离以及良好的经济实效选用Q235钢作为HIP包套的材料，抽真空至1.0×10-4Pa，加热到550℃，保温2h，封装；
步骤六，将包套放入热等静压机内，充入惰性气体氦气，以1.5MPa/min的速率施加压力载荷至140MPa,加热升温至1040℃，保温4h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。
开炉取出本实施例制备的CuCr触头材料，使用氮氧分析仪检测分析得到CuCr系粉末材料氧含量为190ppm且铬相晶粒细小。
实施例3：
本实施例给出一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，该生产方法以氧含量为3000ppm的电解铬粉为原料，电解铬粉的纯度大于99.9％，粒度为+200目，该生产包括以下步骤：
步骤一，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，以重量计，混合粉末中，电解铬粉与铜粉按照40:60的比例配置500g，同时加入光谱纯石墨粉1g。
步骤二，在惰性气体氩气保护下，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合4h。
步骤三，将混合均匀的混合粉末放入石墨坩埚，然后将石墨坩埚放至箱式干燥箱内，在50℃的温度下进行干燥，保持72h。
步骤四，取出装有混合粉的石墨坩埚放入真空热压炉内进行真空加热还原，炉内真空度需达到6.5×10-3Pa以下方可进行加热，加热升温至1400℃，真空加热还原的升温速率为5℃/min，保温2h，保温的温度为1400℃，整个真空加热还原过程炉内环境真空度持续保持在小于等于6.5×10-3Pa的水平，随炉冷却至室温取出CuCr烧结样品。
步骤五，将CuCr烧结样品放入包套内，根据包套材料的选取原则,保证可靠的气密性和良好的强度、塑性前提下,考虑到易加工成形、易剥离以及良好的经济实效选用Q235钢作为HIP包套的材料，抽真空至1.0×10-4Pa，加热到700℃，保温1h，封装；
步骤六，将包套放入热等静压机内，充入惰性气体氩气，以2MPa/min的速率施加压力载荷至130MPa,加热升温至1080℃，保温3h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。
开炉取出本实施例制备的CuCr触头材料，使用氮氧分析仪检测分析得到CuCr系粉末材料氧含量为190ppm且铬相晶粒细小。

Claims (7)

1.一种细晶低氧CuCr触头材料的生产方法，其特征在于：该生产包括以下步骤：
步骤一，将电解铬粉、铜粉及光谱纯石墨粉配样得到混和粉末，以重量计，混合粉末中，电解铬粉的质量与铜粉的质量总和为100份，其中电解铬粉与铜粉的质量比为(25～50)：(50～75)，光谱纯石墨粉的质量为电解铬粉的质量与铜粉的质量总和的0.2％～0.5％；
步骤二，在惰性气体保护下，采用三维混合机对混合粉末三向转动均匀混合3～4h；
步骤三，将混合均匀的混合粉末放入石墨坩埚，然后将石墨坩埚放至箱式干燥箱内，在50～80℃的温度下进行干燥，保持48～72h；
步骤四，取出装有混合粉的石墨坩埚放入真空热压炉内进行真空加热还原，先抽真空至炉内真空度小于等于6.5×10-3Pa，加热升温至1100℃～1400℃，保温2～4h，随炉冷却至室温取出CuCr烧结样品；
步骤五，将CuCr烧结样品放入包套内，抽真空至1.0×10-4Pa，加热到400～700℃，保温1～2h，封装；
步骤六，将包套放入热等静压机内，充入惰性气体施加压力载荷至130～150MPa,加热升温至1000～1080℃，保温3～4h，随炉冷却，取出得到细晶低氧CuCr触头材料。
2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述的惰性气体为氩气或氦气。
3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤四中，在真空热压炉内进行真空加热还原，炉内真空度需达到6.5×10-3Pa以下方可进行加热，整个真空加热还原过程炉内环境真空度持续保持在小于等于6.5×10-3Pa的水平。
4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤四中，所述保温的温度为1100～1400℃。
5.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤四中，真空热压炉进行真空加热还原的升温速率为5～8℃/min。
6.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤五中，选用Q235钢作为包套的材料。
7.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于：步骤六中，热等静压机内施加压力载荷的速率为1～2MPa/min。
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