CN112126838A - 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜钨合金材料及其制备方法和应用，按照质量百分比计，所述铜钨合金材料由如下组分组成，Cu：18.0‑22.0％；石墨烯：0.005‑0.1％，且总C含量：≤0.15％；杂质Fe含量≤0.02％；杂质SiO2含量≤0.02％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。本发明提供的铜钨合金材料，通过添加石墨烯并限定各组分含量，尤其是石墨烯及总C含量，提高了铜钨合金材料的导电和力学性能：密度≥15.35g/cm3，硬度(HB)≥232，导电率≥40.7％IACS(20℃)，抗弯强度≥1055MPa，能够很好地满足其在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。

Description

一种铜钨合金材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电工材料技术领域，具体涉及一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。
背景技术
目前我国110kV及以上高压及超、特高压输变电系统以SF6断路器占主导地位，而35kV以下配电系统的断路器则以真空断路器使用居多。目前大功率SF6断路器的应用主要为CuW80合金材料，但是CuW80合金材料在满容量开断5-6次后易出现较严重的电弧烧损现象，必须对触头进行全面维护检修。因此，研究并提升高压大功率SF6断路器用电触头材料导电性等性能指标，对减少SF6断路器的故障率，维护电网的安全稳定运行具有重要意义。
理想的高压电触头材料要求大的电流开断能力、耐压、接触电阻小、抗熔焊性好、耐磨、截断电流小、机械强度高及良好加工性能。但是CuW80合金材料难以较好满足特高压大电流工况条件下耐电弧烧蚀及机械磨损的性能要求。现有技术公开了将高硬度、耐磨、导热性好、耐高温和耐各种介质腐蚀的材料为增强相与金属基体CuW80进行复合的复合电接触材料，例如La2O3、MoS2、A12O3、CdO等，但这些增强相物质导电性都很差，使得电接触材料的导电性变差，这对电接触材料的性能有很大的影响。
为改善CuW80合金材料的导电性能，现有的工艺还有采用添加镀层的石墨烯，但是石墨烯的镀层工艺复杂、污染大、成本高；而且由于石墨烯表面复杂，镀层时被镀金属很容易团聚，导致在石墨烯表面镀的金属都是以颗粒状粘覆在石墨烯上并没有完全包裹，因此，即使添加了镀层的石墨烯，但是其导电性能依然较差，无法满足其在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。因此开发一种同时具备优良的力学和电学性能的电触头是当前电接触材料研究的主要发展方向。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电触头材料存在电学和力学性能不能兼顾的缺陷，从而提供一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。
为此，本发明提供如下技术方案：
一种铜钨合金材料，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-22.0％；石墨烯：0.005-0.1％，且总C含量：≤0.15％；杂质Fe含量≤0.02％；杂质SiO2含量≤0.02％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。
可选地，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-20.0％；石墨烯含量：0.01-0.1％，且总C含量≤0.15％；杂质Fe含量≤0.01％；杂质SiO2含量≤0.01％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。
本发明还提供了一种铜钨合金材料的制备方法，包括如下步骤：
混合：按选定的配比称取各原料，然后将钨粉、石墨烯和部分铜粉球磨混合，得混合粉体；
压坯烧结：将混合粉体压制成型，真空烧结，冷却得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在真空条件进行熔渗铜，冷却，退火，即得抗电弧烧蚀材料。
可选地，混合步骤中的球磨速率为1000-1500rpm，时间为0.5-1.0h。
可选地，所述石墨烯为寡层石墨烯；寡层指的是2-10层。
可选地，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
可选地，混合步骤中的所述部分铜粉占原料总质量的3％-5％；
铜粉的平均粒径为20-100μm，钨粉的平均粒径为20-100μm。
可选地，所述压坯烧结步骤中压制压强为550-650MPa；
所述压坯烧结步骤中真空烧结温度为1150-1250℃，真空度为1×10-2-3×10-2Pa；烧结时间为0.5-1.5h。
可选地，溶渗步骤中溶渗铜的温度为1200-1300℃，时间为0.5-1.5h，真空度为1×10-1-3×10-3Pa；
所述溶渗步骤中冷却温度为600-800℃，然后在600-800℃、1×10-2-3×10-2Pa下真空退火0.5-1h。
本发明还提供了上述的铜钨合金材料或上述的铜钨合金材料的制备方法制得的铜钨合金材料在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的铜钨合金材料，其原料主要包括石墨烯、铜粉和钨粉三种，通过掺杂石墨烯的方式，并限定各组分含量，尤其是石墨烯及总C含量，利用掺杂石墨烯的高导电性、导热性、比表面积以及优越的润滑特性，可改善石墨烯与金属基体的界面润湿性(石墨烯的含量过高或过低，导致石墨烯与金属基体的界面润湿性差，导致导电和力学性能均差)，同时石墨烯游离在材料内部缺陷处并构建连续导电网络，使得铜钨合金材料具有致密的微观组织，大大减少了内部微缺陷对其导电性能的影响，显著提高了铜钨合金材料的导电性能和力学性能：密度≥15.35g/cm3，硬度(HB)≥232，导电率≥40.7％IACS(20℃)，抗弯强度≥1055MPa，能够很好地满足其在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用；而且无需对石墨烯进行镀金属处理，降低了成本。
2、本发明提供的铜钨合金材料的制备方法，先将石墨烯与钨粉、部分铜粉以球磨的方式混合，使得石墨烯被钨粉、铜粉包围，且石墨烯与钨粉、部分铜粉混合均匀；防止普通的混合方式导致石墨烯易团聚结块导致物料混合不均匀，导电性能不均匀；球磨混合结合压制烧结、真空熔渗铜，提高了铜钨合金材料的致密性，不仅提高了石墨烯改性铜钨合金材料的导电率和力学性能，使其很好地满足在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用；而且无需对石墨烯进行镀金属处理，降低了成本、制备工艺简单、且制备过程对环境无污染。
3、本发明提供的铜钨合金材料的制备方法，通过限定球磨的速率及时间，进一步促进石墨烯与钨粉和铜粉的混合均匀性，提高石墨烯掺杂改性铜钨合金材料的导电和力学性能。
4、本发明提供的铜钨合金材料的制备方法，通过限定石墨烯为寡层石墨烯(层数为2-10层)和/或所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯，结合压坯烧结和溶渗步骤，可进一步提高石墨烯掺杂改性铜钨合金材料致密性，提高材料的导电和力学性能。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
各实施例和对比例制得的铜钨合金材料在进行元素分析时，分别在铜钨合金材料中间区域随机取1点、边缘区域随机取2点，共3个点，然后分别进行元素分析，取平均值；且在元素分析过程中只能测定铜钨合金材料中总C含量，其中的石墨烯(碳纤维)在制备过程中无损失。
实施例1
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将802.95g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g氧化石墨烯(寡层)、50g铜粉(平均粒径为40μm)，在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗150g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.91％；石墨烯：0.005％，且总C含量：0.12％；W含量79.2％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.009％；其它不可避免的微量杂质。
实施例2
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.19g钨粉(平均粒径为20μm)、0.01g氧化石墨烯(寡层)、4g铜粉(平均粒径为60μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合1h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为550MPa，然后在1200℃，1.5×10-2Pa真空度下烧结1.0h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在2×10-3Pa真空炉中熔渗16g铜粉，熔渗铜粉的温度为1250℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至750℃，然后在750℃、2×10-2Pa真空退火0.6h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.42％；石墨烯：0.01％，且总C含量：0.08％；W含量79.56％；杂质Fe含量0.011％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
实施例3
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.08g钨粉(平均粒径为100μm)、0.02g氧化石墨烯(寡层)、3.5g铜粉(平均粒径为80μm)在3D高能球磨机中以1000rpm速率球磨混合0.8h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1200℃，1×10-2Pa真空度下烧结1h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在3×10-3Pa真空炉中熔渗16.5g铜粉，熔渗铜粉的温度为1250℃，时间为0.5h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至700℃，然后在700℃、3×10-2Pa退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.93％；石墨烯：0.02％，且总C含量：0.09％；W含量79.88％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.009％；其它不可避免的微量杂质。
实施例4
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.05g钨粉(平均粒径为30μm)、0.05g氧化石墨烯(寡层)、3g铜粉(平均粒径为100μm)在3D高能球磨机中以1200rpm速率球磨混合1h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为600MPa，然后在1150℃，3×10-2Pa真空度下烧结0.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1.5×10-3Pa真空炉中熔渗17g铜粉，熔渗铜粉的温度为1250℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至700℃，然后在700℃、1.5×10-2Pa退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.92％；石墨烯：0.05％，且总C含量：0.10％；W含量79.88％；杂质Fe含量0.011％；杂质SiO2含量0.01％；其它不可避免的微量杂质。
实施例5
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将79.9g钨粉(平均粒径为80μm)、0.1g氧化石墨烯(寡层)、3g铜粉(平均粒径为20μm)在3D高能球磨机中以1400rpm速率球磨混合1h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为600MPa，然后在1150℃，2×10-2Pa真空度下烧结0.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在2.5×10-3Pa真空炉中熔渗17g铜粉，熔渗铜粉的温度为1200℃，时间为1.5h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至600℃，然后在600℃、1×10-2Pa真空退火0.5h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.91％；石墨烯：0.1％，且总C含量：0.12％；W含量79.78％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
实施例6
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将820.95g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g氧化石墨烯(寡层)、50g铜粉(平均粒径为40μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗130g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：17.96％；石墨烯：0.005％，且总C含量：0.08％；W含量81.88％；杂质Fe含量0.011％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
实施例7
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将781.05g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g氧化石墨烯(寡层)、50g铜粉(平均粒径为40μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗170g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：21.93％；石墨烯：0.005％，且总C含量：0.08％；W含量77.83％；杂质Fe含量0.010％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
实施例8
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将802.95g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g还原氧化石墨烯(寡层)、50g铜粉(平均粒径为40μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗150g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.90％；石墨烯：0.005％，且总C含量：0.091％；W含量79.85％；杂质Fe含量0.01％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
实施例9
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.19g钨粉(平均粒径为20μm)、0.01g氧化石墨烯(寡层)、4g铜粉(平均粒径为60μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合1h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为550MPa，然后在1200℃，1.5×10-2Pa真空度下烧结1.0h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-1Pa真空炉中熔渗16g铜粉，熔渗铜粉的温度为1250℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至750℃，然后在750℃、2×10-2Pa真空退火0.6h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.92％；石墨烯：0.01％，且总C含量：0.1％；W含量79.82％；杂质Fe含量0.011％；杂质SiO2含量0.009％；其它不可避免的微量杂质。
实施例10
本实施例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.19g钨粉(平均粒径为20μm)、0.01g氧化石墨烯(寡层)、4g铜粉(平均粒径为60μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合1h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为550MPa，然后在1200℃，1.5×10-2Pa真空度下烧结1.0h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-2Pa真空炉中熔渗16g铜粉，熔渗铜粉的温度为1250℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至750℃，然后在750℃、2×10-2Pa真空退火0.6h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.94％；石墨烯：0.01％，且总C含量：0.095％；W含量79.79％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.009％；其它不可避免的微量杂质。
对比例1
本对比例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.30g钨粉(平均粒径为60μm)、5g铜粉(平均粒径为40μm)在2000rpm速率下球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗15g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.98％；且总C含量：0.09％；W含量79.88％；杂质Fe含量0.011％；杂质SiO2含量0.008％；其它不可避免的微量杂质。
对比例2
本对比例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将802.95g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g碳纤维、50g铜粉(平均粒径为40μm)在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗150g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.90％；碳纤维：0.005％，且总C含量：0.091％；W含量79.83％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.009％；其它不可避免的微量杂质。
对比例3
本对比例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将802.95g钨粉(平均粒径为60μm)、0.05g氧化石墨烯(寡层)、50g铜粉(平均粒径为40μm)在3000rpm速率下搅拌混合3h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗150g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
上述铜钨合金材料中随机选取的3个点分别进行元素分析的数据相差较大，说明物料混合不均匀。
对比例4
本对比例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：将80.295g钨粉(平均粒径为60μm)、0.2g氧化石墨烯(寡层)、5g铜粉(平均粒径为40μm)，在3D高能球磨机中以1500rpm速率球磨混合0.5h，得混合物；
压坯烧结：将混合物在硬质合金模具中压制成型，压力为650MPa，然后在1250℃，1×10-2Pa真空度下烧结1.5h，冷却至室温得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在1×10-3Pa真空炉中熔渗15g铜粉，熔渗铜粉的温度为1300℃，时间为1h；
退火：将真空熔渗铜后的样品随炉冷却至800℃，然后在800℃、1×10-2Pa下真空退火1h后随炉冷却至室温，即得所述铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.05％；石墨烯：0.199％，且总C含量：0.25％；W含量79.88％；杂质Fe含量0.012％；杂质SiO2含量0.010％；余量为其它不可避免的微量杂质。
对比例5
本对比例提供一种铜钨合金材料，其制备方法如下：
混合：称取还原氧化石墨烯0.045g加入0.3ml的乙醇中得15mg/ml的石墨烯乙醇悬浮液，然后与0.3ml的0.5M聚乙烯醇缩丁醛乙醇溶液混合，在8000rpm搅拌条件下逐步加入80g钨粉、0.008g镧、0.15g锆和9.89g铜粉，得混合粉体；
压坯烧结：将混合粉体真空干燥，过90目筛，在钢质模具中压制成型，压制压强为600MPa，得压坯；将压坯在氩气保护炉中升温至175℃，保温50min；随后升温至500℃，保温35min；之后升温至烧结温度1450℃，保温2h后炉冷至室温，得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在真空炉中进行熔渗9.89g铜粉，熔渗温度为1300℃，保温时间为20min；
退火：将真空熔渗铜粉后的样品随炉冷却至900℃，然后在900℃、1×10-2Pa真空退火2h，即得铜钨合金材料。
经元素分析，按照质量百分比计，上述铜钨合金材料中Cu：19.75％；石墨烯：0.045％，且总C含量：0.12％；W含量78.60％，镧含量0.008％；锆含量0.15％；杂质Fe含量0.013％；杂质SiO2含量0.01％；余量为其它不可避免的微量杂质。
实验例
将各实施例和对比例制得的铜钨合金材料分别加工成直径为20mm，高5mm的圆柱体，然后分别测试其电学性能和力学性能，检测方法按照GB/T5586-2016标准，电学性能和力学性能测试时分别在铜钨合金材料中间区域随机取1点、边缘区域随机取2点，共3个点，然后分别进行测试，取平均值；测试结果如下表1所示；
表1性能测试结果
密度(g/cm<sup>3</sup>) 硬度(HB) 20℃导电率(IACS) 抗弯强度(MPa)
实施例1 15.35 238 40.7％ 1126.5
实施例2 15.42 241 44.1％ 1059.2
实施例3 15.49 244 44.2％ 1062.7
实施例4 15.41 243 43.9％ 1078.1
实施例5 15.50 247 44.5％ 1068.8
实施例6 15.37 240 41.2％ 1113.3
实施例7 15.39 232 42.9％ 1055.2
实施例8 15.52 255 44.6％ 1108.9
实施例9 15.38 235 42.8％ 1055.6
实施例10 15.40 239 43.3％ 1058.9
对比例1 15.16 226 33.09％ 990.3
对比例2 15.26 230 35.09％ 1000.1
对比例4 15.30 228 36.21％ 1009.5
对比例5 15.35 239 39.7％ 1112.7
注：由于对比例3中随机选取的3个点的测试结果相差较大，因此不进行平均值的计算。
由上表中的数据可知，本发明提供的铜钨合金材料，通过掺杂石墨烯的方式，并限定特定的石墨烯含量，可改善石墨烯与金属基体的界面润湿性，同时石墨烯游离在材料内部缺陷处并构建连续导电网络，使得铜钨合金材料具有致密的微观组织，大大减少了内部微缺陷对其导电性能的影响，显著提高了铜钨合金材料的导电性能和力学性能，而且材料性能均匀。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种铜钨合金材料，其特征在于，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-22.0％；石墨烯：0.005-0.1％，且总C含量：≤0.15％；杂质Fe含量≤0.02％；杂质SiO2含量≤0.02％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。
2.根据权利要求1所述的铜钨合金材料，其特征在于，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-20.0％；石墨烯含量：0.01-0.1％，且总C含量≤0.15％；杂质Fe含量≤0.01％；杂质SiO2含量≤0.01％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。
3.一种铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
混合：按选定的配比称取各原料，然后将钨粉、石墨烯和部分铜粉球磨混合，得混合粉体；
压坯烧结：将混合粉体压制成型，真空烧结，冷却得烧结坯；
熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在真空条件进行熔渗铜，冷却，退火，即得抗电弧烧蚀材料。
4.根据权利要求3所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，混合步骤中的球磨速率为1000-1500rpm，时间为0.5-1.0h。
5.根据权利要求3或4所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为寡层石墨烯。
6.根据权利要求3-5任一项所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯。
7.根据权利要求3-6任一项所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，混合步骤中的所述部分铜粉占原料总质量的3％-5％；
铜粉的平均粒径为20-100μm，钨粉的平均粒径为20-100μm。
8.根据权利要求3-7任一项所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，所述压坯烧结步骤中压制压强为550-650MPa；
所述压坯烧结步骤中真空烧结温度为1150-1250℃，真空度为1×10-2-3×10-2Pa；烧结时间为0.5-1.5h。
9.根据权利要求3-8任一项所述的铜钨合金材料的制备方法，其特征在于，溶渗步骤中溶渗铜的温度为1200-1300℃，时间为0.5-1.5h，真空度为1×10-1-3×10-3Pa；
所述溶渗步骤中冷却温度为600-800℃，然后在600-800℃、1×10-2-3×10-2Pa下真空退火0.5-1h。
10.权利要求1或2所述的铜钨合金材料或权利要求3-9任一项所述的铜钨合金材料的制备方法制得的铜钨合金材料在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113020588A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种氧化石墨烯掺杂钨-铜核壳结构材料的制备方法
CN113737073A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 全球能源互联网研究院有限公司 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用
WO2022068812A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 全球能源互联网研究院有限公司 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用
CN116065049A (zh) * 2022-12-28 2023-05-05 国网智能电网研究院有限公司 一种纳米碳材料改性铜钨合金材料及其制备方法和应用
CN118253772A (zh) * 2024-03-27 2024-06-28 国网智能电网研究院有限公司 一种钨-铜-石墨烯核壳结构粉末及其制备方法、电触头材料及其制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115360032B (zh) * 2022-08-30 2024-05-28 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 铜钨触头及其制备方法和应用
CN115555565B (zh) * 2022-09-23 2023-12-01 河源市蓝海米克模具刀具有限公司 一种合金刀具及其制备方法
CN115927942B (zh) * 2022-12-14 2024-03-15 西安理工大学 原位自生Gr-WC协同增强WCu复合材料的制备方法
CN116287830B (zh) * 2023-03-31 2023-12-26 河源市凯源硬质合金股份有限公司 一种高强钨铜合金及其制备方法
CN117230338B (zh) * 2023-11-13 2024-01-26 西安斯瑞先进铜合金科技有限公司 石墨烯、纳米碳化钨协同增强钨铜合金电触头的制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5075909A (zh) * 1973-11-10 1975-06-21
CN104862512A (zh) * 2015-04-21 2015-08-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 提高铜基石墨烯复合材料中石墨烯与铜基体结合力的方法
CN106498209A (zh) * 2016-10-28 2017-03-15 西安理工大学 一种掺杂石墨烯钨铜合金的制备方法
CN110438383A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 全球能源互联网研究院有限公司 一种抗电弧烧蚀材料及其制备方法、应用
CN110484803A (zh) * 2019-03-20 2019-11-22 河南科技大学 一种混合弥散增强型铜钨铬电触头材料及其制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110756794B (zh) * 2018-07-27 2023-04-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种石墨烯钨铜合金及其制备和应用
CN110172632B (zh) * 2019-03-20 2020-04-17 河南科技大学 一种氧化石墨烯增强弥散铜钨铬电触头材料及其制备方法
CN112126838B (zh) * 2020-09-30 2021-12-21 全球能源互联网研究院有限公司 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5075909A (zh) * 1973-11-10 1975-06-21
CN104862512A (zh) * 2015-04-21 2015-08-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 提高铜基石墨烯复合材料中石墨烯与铜基体结合力的方法
CN106498209A (zh) * 2016-10-28 2017-03-15 西安理工大学 一种掺杂石墨烯钨铜合金的制备方法
CN110484803A (zh) * 2019-03-20 2019-11-22 河南科技大学 一种混合弥散增强型铜钨铬电触头材料及其制备方法
CN110438383A (zh) * 2019-07-26 2019-11-12 全球能源互联网研究院有限公司 一种抗电弧烧蚀材料及其制备方法、应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张璐: "石墨烯改性CuW80触头材料制备及组织性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022068812A1 (zh) * 2020-09-30 2022-04-07 全球能源互联网研究院有限公司 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用
CN113020588A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种氧化石墨烯掺杂钨-铜核壳结构材料的制备方法
CN113020588B (zh) * 2021-02-26 2023-02-24 西安稀有金属材料研究院有限公司 一种氧化石墨烯掺杂钨-铜核壳结构材料的制备方法
CN113737073A (zh) * 2021-08-31 2021-12-03 全球能源互联网研究院有限公司 一种铜钨合金材料及其制备方法和应用
CN116065049A (zh) * 2022-12-28 2023-05-05 国网智能电网研究院有限公司 一种纳米碳材料改性铜钨合金材料及其制备方法和应用
CN118253772A (zh) * 2024-03-27 2024-06-28 国网智能电网研究院有限公司 一种钨-铜-石墨烯核壳结构粉末及其制备方法、电触头材料及其制备方法

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