CN112908733A - 一种合金弧触头、其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；铬锆铜合金导电端；及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％；所述铬锆铜合金导电端中，Cr 0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。上述合金弧触头以上述含量的铜钨合金作为灭弧端，以上述含量的铬锆铜合金作为导电端，通过银钎焊焊接在一起得到的合金弧触头的抗烧损能力强，适合使用在超高压组合电器的隔离开关上。该合金弧触头还具有较高的硬度、强度、导电性、导热性和耐磨性。该合金弧触头的成本低，经济效益可观。
Description
技术领域
本发明属于开关技术领域，尤其涉及一种合金弧触头、其制备方法及其应用。
背景技术
高压组合开关电器核心部件电触头通常包含两部分，一部分为导电部分，另一部分为引灭弧部分。ZGW10-550隔离开关引弧部分引弧杆触头原采用的是稀土合金材料制造的。稀土合金都以氧化物的形式存在，不同化合状态下的熔点不同。部分氧化物虽然熔点高，如三氧化二铈(Ce2O3)可达到2210℃，但化学性质极不稳定，是还原性物质，对空气敏感，高温下很容易分解，因此抗烧损能力很差，不适合使用在超高压组合电器的隔离开关上。还有稀土属不可再生的稀缺资源，因此成本很高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种合金弧触头、其制备方法及其应用，该合金弧触头具有较高的抗烧损能力。
本发明提供了一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；
铬锆铜合金导电端；
及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；
所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％；
所述铬锆铜合金导电端中，Cr 0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。
本发明提供了一种上述技术方案所述合金弧触头的制备方法，包括以下步骤：
将预处理的钨粉和铜粉混合后等静压，预烧结，烧结，机加工后得到铜钨合金灭弧端；
将铬锆铜固态合金固溶时效处理，机加工后，得到铬锆铜合金导电端；
将所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过银钎焊焊接在一起，打磨抛光，得到合金弧触头。
优选地，所述预处理的钨粉和铜粉的粒度小于0.42mm。
优选地，所述预处理的钨粉和铜粉混合后等静压的压力为254～260MPa；时间为3～5min。
优选地，所述预烧结的温度为1370～1470℃；烧结的温度为1360～1400℃；烧结的时间为110～130min。
优选地，所述固溶时效处理的具体过程包括：
将铬锆铜固态合金加热至990～1010℃，保温1～1.5h，再水冷到50℃以下；然后加热到480±10℃，再保温3.5～4小时。
优选地，所述焊接的温度为610～630℃。
本发明提供了一种上述技术方案所述合金弧触头或上述技术方案所述制备方法制备的合金弧触头在超高压隔离开关上的应用。
本发明提供了一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；铬锆铜合金导电端；及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％；所述铬锆铜合金导电端中，Cr 0.1～0.8wt％，Zr0.3～0.6wt％，余量为Cu。上述合金弧触头以上述含量的铜钨合金作为灭弧端，以上述含量的铬锆铜合金作为导电端，通过银钎焊焊接在一起得到的合金弧触头的抗烧损能力强，适合使用在超高压组合电器的隔离开关上。该合金弧触头还具有较高的硬度、强度、导电性、导热性和耐磨性。该合金弧触头的成本低，经济效益可观。实验结果表明：合金弧触头的铜钨合金灭弧端的熔点可达到3300℃左右，硬度HB≥140，导电度IACS≥47％；合金弧触头的铬锆铜合金导电端的硬度105≤HB≤140、导电度IACS≥75％。在2018年西开有限隔离制造部承接的张北直流工程隔离开关ZGW10-550上使用，经过试验在DC10V下承受住了开断高达3300A直流转换电流试验；在DC50V端电压下关合3300A直流电流试验下不烧损，使隔离开关制造部研发的隔离开关的各项试验一次通过。
附图说明
图1为对比例制备的稀土合金引弧杆在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断2000A直流转换电流下烧损状态图；
图2为本发明实施例1制备的合金弧触头在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断3300A直流转换电流下烧损状态图；
图3为本发明实施例1制备的合金弧触头在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断2000A直流转换电流下烧损状态图。
具体实施方式
本发明提供了一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；
铬锆铜合金导电端；
及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；
所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％；
所述铬锆铜合金导电端中，Cr 0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。
本发明提供的合金弧触头包括铜钨合金灭弧端，所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％。
本发明提供的合金弧触头包括铬锆铜合金导电端；所述铬锆铜合金导电端中，Cr0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。
本发明提供的合金弧触头包括银钎焊；所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起。为了增加焊接件的可靠性，铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端优选为螺纹连接后再采用银钎焊工艺将两合金焊接在一起。
铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端中的铜在自然界中含量很大，也可以用化学反应的方法制造铜，属可再生资源，相比稀土合金材料，成本低。铜铬锆具有良好的导电性、导热性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及软化温度高，焊接速度快。
铬锆铜合金导电端炉温550℃保持两小时后，淬水冷却后与原始硬度比较不降低15％以上，因此杜绝了其它有色金属焊接后硬度大大降低的缺陷。
本发明提供了一种上述技术方案所述合金弧触头的制备方法，包括以下步骤：
将预处理的钨粉和铜粉混合后等静压，预烧结，烧结，机加工后得到铜钨合金灭弧端；
将铬锆铜固态合金固溶时效处理，机加工后，得到铬锆铜合金导电端；
将所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过银钎焊焊接在一起，打磨抛光，得到合金弧触头。
本发明将预处理的钨粉和铜粉混合后等静压，预烧结，烧结，机加工后得到铜钨合金灭弧端。在本发明中，待处理的钨粉和铜粉分别经过还原，得到预处理的铜粉和钨粉。本发明称量钨粉，加蜡，再加铜粉，机械混粉后测铜的含量，过筛。过筛后的钨粉的粒度小于0.42mm；过筛后的铜粉的粒度小于0.42mm。
本发明将过筛后的铜粉和钨粉的混合物装进胶套中，进行等静压。在本发明中，所述等静压的压力优选为254～260MPa；时间优选为3～5min。
本发明将等静压后的烧结坯装舟，进行预烧结和烧结；所述预烧结的温度优选为1370～1470℃；烧结的温度优选为1360～1400℃；烧结的时间优选为110～130min，更优选为2h。
烧结后出舟，清砂，再进行机加工，得到铜钨合金灭弧端。机加工的过程包括车和铣。本发明会根据实际需要机加工出所需的尺寸。焊接前机加工是为了焊后免加工，机加工件根据不同的电流等级制备出不同的尺寸形状的产品。
本发明将铬锆铜固态合金固溶时效处理，机加工后，得到铬锆铜合金导电端。
在本发明中，固溶时效处理的具体过程优选包括：
将铬锆铜固态合金加热至990～1010℃，保温1～1.5h，再水冷到50℃以下；然后加热到480±10℃，再保温3.5～4小时。
铬锆铜固溶时效处理后机加工处理，所述机加工包括剪、车、铣、钻和挑丝。所述铬锆铜合金导电端的直径与相焊接的铜钨合金的外径尺寸基本一致。铬锆铜固溶时效处理后硬度、强度、导电性和导热性均显著提高，并且易于焊接。
本发明提供了一种上述技术方案所述合金弧触头或上述技术方案所述制备方法制备的合金弧触头在超高压隔离开关上的应用。
在本发明中，所述超高压隔离开关选自隔离开关ZGW10-550。所述超高压的电压为330KV～750KV。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种合金弧触头、其制备方法及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
对比例：
将三氧化二铈稀土合金材料→剪切→铣端头→车削外圆→钻孔→打磨抛光，得到稀土合金引弧杆。
图1为对比例制备的稀土合金引弧杆在DC10V下，在GW10-550开关上开断2000A直流转换电流下烧损状态图，从图1看出：用稀土合金三氧化二铈制造的直径φ25引弧杆，在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断2000A直流转换电流下烧损75％。
实施例1
铜钨合金灭弧端的制备过程：
将钨粉和铜粉分别还原，待用；
称量还原后的钨粉，加蜡，加铜粉，机械混粉，测量铜含量，使得Cu 38～42wt％，W58～62wt％，过筛，得到粒度小于0.42mm的混合粉料；
根据灭弧端铜钨触头的重量按照Cu 38～42wt％，W 58～62wt％的称量装粉，校直，在257±3MPa下等静压3～5min；然后将等静压处理后的物料装舟，在1420℃±50℃下预烧结，再在1380℃±20℃下烧结时间2小时/舟，烧结结束后出舟，清砂；
然后机加工，车和铣出所需尺寸的铜钨合金灭弧端。
铜钨合金灭弧端的熔点可达到3300℃左右，硬度HB≥140，导电度IACS≥47％。
铬锆铜合金导电端的制备过程：
将铬锆铜固态合金进行时效处理：加热到1000±10℃，保温1～1.5小时，再水冷到50℃以下；然后加热到480±10℃，再保温3.5～4小时；
然后机加工，剪-车-铣-钻-挑丝，得到铬锆铜合金导电端；
铬锆铜合金导电端和铜钨合金灭弧端的焊接端设计成螺纹连接，再采用8640焊料将两零件焊接在一起，焊接后打磨抛光，得到合金弧触头。
本发明将上述合金弧触头在2018年西开有限隔离制造部承接的张北直流工程隔离开关ZGW2-550、ZGW10-550上使用，结果如图2所示，图2为本发明实施例1制备的合金弧触头在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断3300A直流转换电流下烧损状态图。从图2可以看出：用铜钨合金和铬锆铜制造的弧触头，在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断3300A直流转换电流下烧损3％。
图3为实施例1制备的合金弧触头在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断2000A直流转换电流下烧损状态图，从图3中可以看出：用铜钨合金和铬锆铜制造的弧触头，在DC10V下，在ZGW10-550开关上开断2000A直流转换电流下只留下燃弧痕迹。
在DC50V端电压下关合3300A直流电流试验下不烧损，使隔离开关制造部研发的隔离开关的各项试验一次通过。
由以上实施例可知，本发明提供了一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；铬锆铜合金导电端；及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；所述铜钨合金灭弧端中，Cu38～42wt％，W58～62wt％；所述铬锆铜合金导电端中，Cr0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。上述合金弧触头以上述含量的铜钨合金作为灭弧端，以上述含量的铬锆铜合金作为导电端，通过银钎焊焊接在一起得到的合金弧触头的抗烧损能力强，适合使用在超高压组合电器的隔离开关上。该合金弧触头还具有较高的硬度、强度、导电性、导热性和耐磨性。该合金弧触头的成本低，经济效益可观。实验结果表明：合金弧触头的铜钨合金灭弧端的熔点可达到3300℃左右，硬度HB≥140，导电度IACS≥47％；合金弧触头的铬锆铜合金导电端的硬度105≤HB≤140、导电度IACS≥75％。在2018年西开有限隔离制造部承接的张北直流工程隔离开关ZGW2-550、ZGW10-550上使用，经过试验在DC10V下承受住了开断高达3300A直流转换电流试验；在DC50V端电压下关合3300A直流电流试验下不烧损，使隔离开关制造部研发的隔离开关的各项试验一次通过。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种合金弧触头，包括铜钨合金灭弧端；
铬锆铜合金导电端；
及银钎焊，所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过所述银钎焊焊接在一起；
所述铜钨合金灭弧端中，Cu 38～42wt％，W 58～62wt％；
所述铬锆铜合金导电端中，Cr 0.1～0.8wt％，Zr 0.3～0.6wt％，余量为Cu。
2.一种权利要求1所述合金弧触头的制备方法，包括以下步骤：
将预处理的钨粉和铜粉混合后等静压，预烧结，烧结，机加工后得到铜钨合金灭弧端；
将铬锆铜固态合金固溶时效处理，机加工后，得到铬锆铜合金导电端；
将所述铜钨合金灭弧端和铬锆铜合金导电端通过银钎焊焊接在一起，打磨抛光，得到合金弧触头。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的钨粉和铜粉的粒度小于0.42mm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的钨粉和铜粉混合后等静压的压力为254～260MPa；时间为3～5min。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预烧结的温度为1370～1470℃；烧结的温度为1360～1400℃；烧结的时间为110～130min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固溶时效处理的具体过程包括：
将铬锆铜固态合金加热至990～1010℃，保温1～1.5h，再水冷到50℃以下；然后加热到480±10℃，再保温3.5～4小时。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述焊接的温度为610～630℃。
8.一种权利要求1所述合金弧触头或权利要求2～7任一项所述制备方法制备的合金弧触头在超高压隔离开关上的应用。
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