CN110202159A - 一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒；研磨，将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，通入冷却介质，得到金属铬粉；筛分，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；检测，使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量不大于600ppm；通过本发明制备的金属铬粉，能够有效控制铬粉中的氧含量，铬粉与Cu粉混合后，不易产生偏析，成型性好，烧结后Cr与Cu润湿性好。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法。
背景技术
铬是重要的合金元素，在工业中应用很广泛，15％用于生产化工原料及染料化工行业；10％用于耐高温及铸造业，如生产高温合金、电热合金、精密合金、不锈钢等；75％用于冶金行业，生产耐腐蚀性强电镀金属部件、钢材等。
铜铬触头材料是目前最重要的中压大功率真空开关触头材料之一。金属铬是铜铬触头中必不可少的材料，金属铬中的杂质含量对铜铬触头有着非常大的影响，尤其是金属铬中的气体元素氧，同时金属铬的颗粒直径对铜铬触头性能存在较大影响。目前国内外生产铬粉的方法主要是机械研磨法：以机械力粉碎金属或合金的粉末制取方法。该类方法主要有球磨法和流态化床气流磨法；球磨法：通常是将物料装入球磨机内进行。在球磨过程中，物料处于强烈搅动的碾磨球之间，受到冲击力、碾磨力、剪切力和压力的反复作用，使之不断发生变形、破碎和冷焊接，这种方法可直接用来生产脆硬的金属或氧化物粉末；同时也能对还原法金属粉末结块、雾化粉末或电解粉末的结块进行处理；但是，球磨后铬粉氧含量增加，造成CuCr触头氧含量较高；3、流态化床气流磨法：物料颗粒在流态化床内被压缩气体加速，因高速的颗粒与颗粒碰撞而微粉化，此法可非常有效地把金属粉粒破碎至11μm以下，平均粒度为3.5μm，流态化床气流磨法制备铬粉颗粒粒径过细，无法用于CuCr触头。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种含氧量底、粒度均匀的高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法。
本发明的技术方案为：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度≤10mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，通入冷却介质，温度控制在-30--75℃，得到金属铬粉；
(3)筛分，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比30％～40％，240～320目重量占比为60％～70％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量不大于600ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
进一步地，进行步骤(2)之前，低温研磨制粉设备要进行抽真空保护，真空度保持在-0.08Mpa～-0.12Mpa，避免铬颗粒被氧化。
进一步地，进行步骤(4)之前，在氢气氛围下，将金属铬粉以320～440℃/min升温速度升温至1625～1850℃进行热处理，并保温处理80～120min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量。
进一步地，步骤(2)的具体操作为：1、将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度；2、将达到脆化温度的铬颗粒通入破碎机，同时将达到脆化温度的冷却介质通入破碎机，使铬颗粒在充满冷却介质的破碎机内进行粉碎；3、选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒；低温可提高铬的脆性，同时可防止研磨制粉过程中氧含量的增加，得到形貌不规则的铬粉。
进一步地，步骤(2)中，冷却介质为低温液氮。
进一步地，步骤(3)中，筛分操作在惰性气体氛围中进行，惰性气体为氩气或氦气，避免铬粉中氧含量的增加。
进一步地，步骤(3)中，200～240目金属铬粉与240～320目金属铬粉配比调整后，采用真空混料机对200～240目金属铬粉和240～320目金属铬粉进行合批混料，控制真空混料机内真空度为-0.06～-0.12MPa；保证铬粉颗粒大小差异较小，氧含量可有效控制，提高铬粉成粉率，有利于与铜粉混合时的均匀性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过本发明制备的铬粉氧含量低、粉末外观呈亮银色，粉末形貌为不规则形状，部分为片层状；该粉末与Cu粉混合后，不易产生偏析，成型性好，烧结后Cr与Cu润湿性好；通过本方法可有效控制氧含量不大于600ppm，进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2是采用本发明制备的铬粉在显微镜下放大50倍的形貌图；
图3是采用本发明制备的铬粉在显微镜下放大100倍的形貌图；
具体实施方式
实施例1：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为10mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.08Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-30℃，得到金属铬粉；
(3)筛分，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比30％，240～320目重量占比为70％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以320℃/min升温速度升温至1625℃进行热处理，并保温处理80min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为500ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
实施例2：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为9mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.10Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-45℃，选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒；低温可提高铬的脆性，同时可防止研磨制粉过程中氧含量的增加，得到形貌不规则的铬粉；
(3)筛分，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比40％，240～320目重量占比为60％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以360℃/min升温速度升温至1750℃进行热处理，并保温处理95min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为480ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
实施例3：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为9mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.11Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-75℃，选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒；低温可提高铬的脆性，同时可防止研磨制粉过程中氧含量的增加，得到形貌不规则的铬粉；
(3)筛分，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比35％，240～320目重量占比为65％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以440℃/min升温速度升温至1850℃进行热处理，并保温处理120min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为450ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
实施例4：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为10mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.08Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-30℃，得到金属铬粉；
(3)筛分，筛分操作在惰性气体氛围中进行，惰性气体为氩气，避免铬粉中氧含量的增加，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比30％，240～320目重量占比为70％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以320℃/min升温速度升温至1625℃进行热处理，并保温处理80min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为500ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
实施例5：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为9mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.10Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-45℃，选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒；低温可提高铬的脆性，同时可防止研磨制粉过程中氧含量的增加，得到形貌不规则的铬粉；
(3)筛分，筛分操作在惰性气体氛围中进行，惰性气体为氦气，避免铬粉中氧含量的增加，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比40％，240～320目重量占比为60％进行配比调整，200～240目金属铬粉与240～320目金属铬粉配比调整后，采用真空混料机对200～240目金属铬粉和240～320目金属铬粉进行合批混料，控制真空混料机内真空度为-0.06MPa，整体粒度控制在200～320目之间；保证铬粉颗粒大小差异较小，氧含量可有效控制，提高铬粉成粉率，有利于与铜粉混合时的均匀性；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以360℃/min升温速度升温至1750℃进行热处理，并保温处理95min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为480ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
实施例6：一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，铬颗粒粒度为9mm；用此粒度范围铬颗粒主要为下道研磨工序方便操作；
(2)研磨，将低温研磨制粉设备进行抽真空保护，真空度保持在-0.10Mpa，避免铬颗粒被氧化将铬颗粒加入低温研磨制粉设备，将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度，然后通入冷却介质，冷却介质为低温液氮，温度控制在-45℃，选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒；低温可提高铬的脆性，同时可防止研磨制粉过程中氧含量的增加，得到形貌不规则的铬粉；
(2)筛分，筛分操作在惰性气体氛围中进行，惰性气体为氦气，避免铬粉中氧含量的增加，将金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比40％，240～320目重量占比为60％进行配比调整，200～240目金属铬粉与240～320目金属铬粉配时调整后，采用真空混料机对200～240目金属铬粉和240～320目金属铬粉进行合批混料，控制真空混料机内真空度为-0.12MPa，整体粒度控制在200～320目之间；保证铬粉颗粒大小差异较小，氧含量可有效控制，提高铬粉成粉率，有利于与铜粉混合时的均匀性；
(4)检测，在氢气氛围下，将金属铬粉以360℃/min升温速度升温至1750℃进行热处理，并保温处理95min，最后自然冷却至室温，降低金属铬粉中的氧含量，然后使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量为480ppm；常规方法制备的金属铬粉氧含量为1000ppm以上，控制铬粉的氧含量，可进一步保证铜铬触头氧含量，防止铜铬触头因氧含量过高在使用时破坏真空灭弧室的真空环境。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)破碎，将铬块放入破碎机，铬块破碎至颗粒状；将所述颗粒状铬块选用10mm孔径筛网进行筛分，选取筛下铬颗粒，所述铬颗粒粒度≤10mm；
(2)研磨，将所述铬颗粒加入低温研磨制粉设备，通入冷却介质，温度控制在-30--75℃，得到金属铬粉；
(3)筛分，将所述金属铬粉选择200目筛网、240目筛网和320目筛网分别进行筛分；首先将金属铬粉过筛200目筛网，选用筛下铬粉；将200目筛下铬粉过筛320目，选用筛上铬粉；将已过筛200～320目铬粉过筛240目，保留240目筛上和筛下铬粉，按照200～240目重量占比30％～40％，240～320目重量占比为60％～70％进行配比调整，整体粒度控制在200～320目之间；
(4)检测，使用氮氧分析仪分析金属铬粉内的氧含量，要求氧含量不大于600ppm。
2.根据权利要求1所述的一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，进行步骤(2)之前，所述低温研磨制粉设备要进行抽真空保护，真空度保持在-0.08Mpa～-0.12Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，进行步骤(4)之前，在氢气氛围下，将金属铬粉以320～440℃/min升温速度升温至1625～1850℃进行热处理，并保温处理80～120min，最后自然冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)的具体操作为：1、将铬颗粒预先冷冻至铬颗粒的对应脆化温度，将冷却介质降低温度达到对应铬颗粒的脆化温度；2、将达到脆化温度的铬颗粒通入破碎机，同时将达到脆化温度的冷却介质通入破碎机，使铬颗粒在充满冷却介质的破碎机内进行粉碎；3、选用200目筛网对破碎后的铬颗粒进行筛分，选取筛下铬颗粒。
5.根据权利要求1所述的高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述冷却介质为低温液氮。
6.根据权利要求1所述的一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述200～240目金属铬粉与240～320目金属铬粉配比调整后，采用真空混料机对200～240目金属铬粉和240～320目金属铬粉进行合批混料，控制真空混料机内真空度为-0.06～-0.12MPa。
7.根据权利要求1所述的一种高性能CuCr电触头专用金属铬粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述冷却介质为低温氖气。
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