CN112941426A - 一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及屏蔽筒制备技术领域，具体是涉及低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，通过降低熔炼温度，添加Mg进行脱气，以及使用高温放气量少的CaO坩埚这三种方式，降低制备的屏蔽筒中的气体含量；通过在CuCr合金基材内部埋有W纤维预制体骨架，将载荷承受者由CuCr合金变为W纤维，有效增强了屏蔽筒在作业时的强度，弥补了CuCr合金强度不足的短板；通过在屏蔽筒表面涂覆ZrB2层，不仅能增强屏蔽筒的强度和导电性，还能利用ZrB2高熔点不易挥发的特性抑制屏蔽筒焊接时铜的蒸发。

Description

一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法
技术领域
本发明涉及屏蔽筒制备技术领域，具体是涉及一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法。
背景技术
真空灭弧室作为真空开关的核心元件，只有具有良好的机械强度、较高的绝缘水平和开断能力，才能保证真空开关运行的稳定可靠。这就决定了真空灭弧室位于外壳结构上的零件必须能长期地保持管内部的真空度，不能有引起慢性漏气的缺陷，空灭弧室中所用的屏蔽筒是真空灭弧室不可缺少的配套部件。
目前工业上使用的屏蔽筒存在以下三个问题：
1、屏蔽筒氧含量偏高，影响灭弧室绝缘强度；
2、目前制备的屏蔽筒强度不足，在服役过程存在变形风险，影响使用效果；
3、真空灭弧室内屏蔽筒焊接温度较高，因处于真空状态，所以很容易蒸发，常常出现铜制屏蔽筒经高温真空钎焊后，失去原有金属光泽，表面变得很粗糙。不仅影响真空灭弧室的外观质量，更严重的是蒸发物往往沉积在冷的陶瓷或玻璃外壳内表面上，会增大电极间的漫电，降低真空灭弧室的绝缘水平，影响真空灭弧室寿命。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒材料的制备方法，降低了屏蔽筒的含氧量，增加了屏蔽筒的强度，抑制了焊接时铜的蒸发量，具体的技术方案如下：
一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，主要包括以下步骤：
S1、制备脱气CuCr合金
CuCr（5-30）合金按照要求选取需要的，如CuCr10、CuCr20、CuCr30等合金成分进行称重，将CuMg（10-40）合金块按照Mg加入量0.05~0.5%配比选择；使用真空感应熔炼技术，将作为原材料的CuCr（5~30）合金和作为脱气剂的CuMg（10~40）合金一同熔炼，得到脱气CuCr合金液；将所述脱气CuCr合金液浇铸在水冷铜模中得到脱气CuCr合金块；
S2、制备W纤维骨架
S21、W纤维表面改性
使用物理气相沉积法在单根W纤维表面沉积Cu膜，目的是改善W纤维与脱气CuCr合金之间的浸润性；
S22、W纤维预制体骨架
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以空间网状结构编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定；
S3、制备高强度复合合金坯料
通过压力浸渗法，将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块与步骤S22中制备的W纤维预制体骨架进行压渗，得到复合合金坯料，所述复合合金坯料W的质量分数约为4~8%；复合合金坯料中W纤维作为载荷的主要承受者，能够极大地提高屏蔽筒在使用时的强度；
S4、复合合金坯料表面处理
S41、使用磁控溅射法在ZrB2颗粒表面沉积Cu膜，目的是改善ZrB2颗粒与脱气CuCr合金之间的浸润性；
S42、使用超音速火焰喷涂法将步骤S41制备的ZrB2颗粒喷涂在步骤S3制备的复合合金坯料表面，ZrB2在复合合金坯料中的质量分数约为5%，ZrB2具有高熔点、高硬度、高导热率、好的抗热震性的特点，不仅能增强屏蔽筒的表面强度和耐磨性，还能在屏蔽筒焊接时抑制铜的蒸发；
S5、对经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料进行固溶处理，使Cr相固溶在Cu相中；
S6、对经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料进行时效处理，使固溶在Cu相中Cr相析出，提升材料的电导率和强度；
S7、对经过步骤S6时效处理后的复合合金坯料按图纸要求进行成品加工，制得屏蔽筒。
进一步地，所述步骤S1中，真空感应熔炼的具体步骤如下：
S11、称取所需的CuCr合金，CuMg合金按照0.05~0.5%的Mg加入质量配比计称取；
S12、选择CaO含量占比＞90%的坩埚作为熔炼载体，将所述CuCr合金装入CaO坩埚中，将所述CuMg合金放入二次加料装置中，随后开启真空系统，当真空抽至10-1级，按照10KW、20 KW、30 KW、40 KW的温度梯度进行加热；在10~30 KW阶段，每阶段保持3~5 min，最终保持在40KW；待坩埚中CuCr合金块开始熔化，关闭真空系统，充入-0.03~-0.08 MPa的氩气，随后将加温功率升至45~55 KW；
S13、待CuCr合金开始熔化，采用二次加料的方式将CuMg合金投入合金熔液中，等到CaO坩埚中材料完全熔化，缓慢使合金熔液流至坩埚口，保持0.5min，提升坩埚口温度，随后将脱气CuCr合金液浇入到水冷铜模中，得到脱气CuCr合金块。
进一步地，所述步骤S21中，物理气相沉积法的相关参数为：
W纤维的直径为0.1~1 mm，Cu粉粒度为-200目，沉积气压为0.3 Pa，沉积速率为0.05~0.1 nm/s，Cu膜沉积厚度为25~30 nm。
进一步地，所述步骤S3中，压力浸渗的具体步骤如下：
S31、将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块置于铸型中W纤维预制体骨架上方，将铸型密封后放入加热炉内，在1150 ℃，真空度为4×10-2 Pa的条件下，进行真空熔铸；
S32、当炉温达到1200 ℃时，保温1 h，随后充入Ar气，当气体压强达到1.2 MPa时，保温5 min；
S33、当温度降到1080 ℃时保温30 min，之后随炉冷却得到复合合金坯料，此步骤的目的是避免出现缩孔。
进一步地，所述步骤S41中，磁控溅射法的相关参数为：
ZrB2颗粒的平均粒度为5 μm，本底真空度为3×10-3 Pa，溅射气压为6×10-1 Pa，镀膜时间为60 min，气体流量为10 sccm，基底温度为150 ℃，溅射功率为100 W，Cu膜沉积厚度为35~40 nm。
进一步地，所述步骤S42中，超音速火焰喷涂法的相关参数为：
燃料气体丙烷的压力为0.36 MPa，燃气流量35 L/min；助燃气体氧气的压力0.45MPa，氧气流量500 L/min；送粉气体氮气的压力为0.4 MPa，流量为30L/min，送粉量15g/min；喷涂距离200 mm，喷涂角度60°，获得的ZrB2层厚度约为40 μm。
进一步地，所述步骤S5中，固溶处理的具体步骤为：将经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料在800~900 ℃条件下保温1~2 h，之后水冷处理。
进一步地，所述步骤S5中，时效处理的具体步骤为：将经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料装入热处理炉中，在300~500℃条件下保温2~4 h。
进一步地，所述制备方法制得的屏蔽筒基材为脱气CuCr合金，屏蔽筒表面涂覆有ZrB2层，屏蔽筒基材内部埋有W纤维预制体骨架；所述W纤维预制体骨架是由沿屏蔽筒轴分布的长丝，和连接相邻长丝且相互间构成四面体的短丝共同组成的空间网状结构；呈空间网状结构的W纤维预制体骨架不仅能够协助支撑整体结构，还能够有效缓冲屏蔽筒受到的来自轴向和径向的外力冲击，提高了屏蔽筒整体的机械强度和稳定性。
与现有的屏蔽筒相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明制备屏蔽筒时，以二次加入CuMg合金块的形式，引入金属Mg，通过脱气降低了屏蔽筒的气体含量。
（2）本发明制备屏蔽筒时，在基材内部埋有W纤维预制体骨架，将载荷承受者由CuCr合金变为W纤维，有效增强了屏蔽筒在作业时的强度，弥补了CuCr合金强度不足的短板。
（3）本发明制备屏蔽筒时，屏蔽筒表面涂覆有ZrB2层，不仅能增强屏蔽筒的强度和导电性，还能利用ZrB2高熔点不易挥发的特性抑制屏蔽筒焊接时铜的蒸发。
附图说明
图1是本发明W纤维预制体骨架局部的空间网状结构示意图；
图中：1-长丝、2-短丝。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合实施例和实验例对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。
实施例一
实施例一的主要目的是对本发明制备屏蔽筒的详细步骤进行阐述，具体内容如下：
一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，主要包括以下步骤：
S1、制备脱气CuCr合金
使用真空感应熔炼技术，将作为原材料的CuCr5合金和作为脱气剂的CuMg10合金一同熔炼，得到脱气CuCr合金液；将所述脱气CuCr合金液浇铸在水冷铜模中得到脱气CuCr合金块，具体步骤如下：
S11、称取所需的CuCr5合金，CuMg10合金按照0.5%的Mg加入质量配比计称取；
S12、选择CaO含量占比为98%的坩埚作为熔炼载体，将所述CuCr合金装入CaO坩埚中，将所述CuMg合金放入二次加料装置中，随后开启真空系统，当真空抽至10-1级，按照10KW、20 KW、30 KW、40 KW的温度梯度进行加热；在10~30 KW阶段，每阶段保持3 min，最终保持在40KW；待坩埚中CuCr合金块开始熔化，关闭真空系统，充入-0.03 MPa的氩气，随后将加温功率升至45 KW；
S13、待CuCr合金开始熔化，采用二次加料的方式将CuMg合金投入合金熔液中，等到CaO坩埚中材料完全熔化，缓慢使合金熔液流至坩埚口，保持0.5 min，提升坩埚口温度，随后将脱气CuCr合金液浇入到水冷铜模中，得到脱气CuCr合金块；
S2、制备W纤维骨架
S21、W纤维表面改性
使用物理气相沉积法在单根W纤维表面沉积Cu膜，W纤维的直径为0.5 mm，Cu粉粒度为-200目，沉积气压为0.3 Pa，沉积速率为0.05 nm/s，Cu膜沉积厚度为25 nm；此步骤的目的是改善W纤维与脱气CuCr合金之间的浸润性；
S22、W纤维预制体骨架
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以空间网状结构编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定；
S3、制备高强度复合合金坯料
通过压力浸渗法，将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块与步骤S22中制备的W纤维预制体骨架进行压渗，得到复合合金坯料，所述复合合金坯料W的质量分数约为8%；复合合金坯料中W纤维作为载荷的主要承受者，能够极大地提高屏蔽筒在使用时的强度；本步骤的具体方法如下：
S31、将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块置于铸型中W纤维预制体骨架上方，将铸型密封后放入加热炉内，在1150 ℃，真空度为4×10-2 Pa的条件下，进行真空熔铸；
S32、当炉温达到1200 ℃时，保温1 h，随后充入Ar气，当气体压强达到1.2 MPa时，保温5 min；
S33、当温度降到1080 ℃时保温30 min，之后随炉冷却得到复合合金坯料，此步骤的目的是避免出现缩孔；
S4、复合合金坯料表面处理
S41、使用磁控溅射法在ZrB2颗粒表面沉积Cu膜，改善ZrB2颗粒与脱气CuCr合金之间的浸润性；磁控溅射法的相关参数为：ZrB2颗粒的平均粒度为5 μm，本底真空度为3×10-3Pa，溅射气压为6×10-1 Pa，镀膜时间为60 min，气体流量为10 sccm，基底温度为150 ℃，溅射功率为100 W，Cu膜沉积厚度为35 nm；
S42、使用超音速火焰喷涂法将步骤S41制备的ZrB2颗粒喷涂在步骤S3制备的复合合金坯料表面，ZrB2在复合合金坯料中的质量分数约为5%，ZrB2具有高熔点、高硬度、高导热率、好的抗热震性的特点，不仅能增强屏蔽筒的表面强度和耐磨性，还能在屏蔽筒焊接时抑制铜的蒸发；超音速火焰喷涂法的相关参数为：燃料气体丙烷的压力为0.36 MPa，燃气流量35 L/min；助燃气体氧气的压力0.45 MPa，氧气流量500 L/min；送粉气体氮气的压力为0.4MPa，流量为30 L/min，送粉量15 g/min；喷涂距离200 mm，喷涂角度60°，获得的ZrB2层厚度约为40 μm；
S5、对经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料进行固溶处理：将经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料在800 ℃条件下保温1 h，之后水冷处理，使Cr相固溶在Cu相中；
S6、对经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料进行时效处理：将经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料装入热处理炉中，在300℃条件下保温2 h，使固溶在Cu相中Cr相析出，提升材料的电导率和强度；
S7、对经过步骤S6时效处理后的复合合金坯料按图纸要求进行成品加工，制得屏蔽筒。
实施例二
实施例二是以实施例一中的制备方法为基础进行叙述的，主要是对不同的CuCr（5-30）合金、CuMg（10-40）合金以及对应的相关工艺参数进行阐述，具体内容如下：
S1、制备脱气CuCr合金
使用真空感应熔炼技术，将作为原材料的CuCr30合金和作为脱气剂的CuMg40合金一同熔炼，得到脱气CuCr合金液；将所述脱气CuCr合金液浇铸在水冷铜模中得到脱气CuCr合金块，具体步骤如下：
S11、称取所需的CuCr30合金，CuMg40合金按照0.05%的Mg加入质量配比计称取；
S12、选择CaO含量占比为98%的坩埚作为熔炼载体，将所述CuCr合金装入CaO坩埚中，将所述CuMg合金放入二次加料装置中，随后开启真空系统，当真空抽至10-1级，按照10KW、20 KW、30 KW、40 KW的温度梯度进行加热；在10~30 KW阶段，每阶段保持5 min，最终保持在40KW；待坩埚中CuCr合金块开始熔化，关闭真空系统，充入-0.08 MPa的氩气，随后将加温功率升至55 KW；
S13、待CuCr合金开始熔化，采用二次加料的方式将CuMg合金投入合金熔液中，等到CaO坩埚中材料完全熔化，缓慢使合金熔液流至坩埚口，保持0.5 min，提升坩埚口温度，随后将脱气CuCr合金液浇入到水冷铜模中，得到脱气CuCr合金块；
S2、制备W纤维骨架
S21、W纤维表面改性
使用物理气相沉积法在单根W纤维表面沉积Cu膜，W纤维的直径为0.5 mm，Cu粉粒度为-200目，沉积气压为0.3 Pa，沉积速率为0.1 nm/s，Cu膜沉积厚度为30 nm；此步骤的目的是改善W纤维与脱气CuCr合金之间的浸润性；
S22、W纤维预制体骨架
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以空间网状结构编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定；
S3、制备高强度复合合金坯料
通过压力浸渗法，将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块与步骤S22中制备的W纤维预制体骨架进行压渗，得到复合合金坯料，所述复合合金坯料W的质量分数约为6%；复合合金坯料中W纤维作为载荷的主要承受者，能够极大地提高屏蔽筒在使用时的强度；本步骤的具体方法如下：
S31、将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块置于铸型中W纤维预制体骨架上方，将铸型密封后放入加热炉内，在1150 ℃，真空度为4×10-2 Pa的条件下，进行真空熔铸；
S32、当炉温达到1200 ℃时，保温1 h，随后充入Ar气，当气体压强达到1.2 MPa时，保温5 min；
S33、当温度降到1080 ℃时保温30 min，之后随炉冷却得到复合合金坯料，此步骤的目的是避免出现缩孔；
S4、复合合金坯料表面处理
S41、使用磁控溅射法在ZrB2颗粒表面沉积Cu膜，改善ZrB2颗粒与脱气CuCr合金之间的浸润性；磁控溅射法的相关参数为：ZrB2颗粒的平均粒度为5 μm，本底真空度为3×10-3Pa，溅射气压为6×10-1 Pa，镀膜时间为60 min，气体流量为10 sccm，基底温度为150 ℃，溅射功率为100 W，Cu膜沉积厚度为40 nm；
S42、使用超音速火焰喷涂法将步骤S41制备的ZrB2颗粒喷涂在步骤S3制备的复合合金坯料表面，ZrB2具有高熔点、高硬度、高导热率、好的抗热震性的特点，不仅能增强屏蔽筒的表面强度和耐磨性，还能在屏蔽筒焊接时抑制铜的蒸发；超音速火焰喷涂法的相关参数为：燃料气体丙烷的压力为0.36 MPa，燃气流量35 L/min；助燃气体氧气的压力0.45MPa，氧气流量500 L/min；送粉气体氮气的压力为0.4 MPa，流量为30 L/min，送粉量15 g/min；喷涂距离200 mm，喷涂角度60°，获得的ZrB2层厚度为40 μm；
S5、对经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料进行固溶处理：将经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料在900 ℃条件下保温2 h，之后水冷处理，使Cr相固溶在Cu相中；
S6、对经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料进行时效处理：将经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料装入热处理炉中，在500℃条件下保温4 h，使固溶在Cu相中Cr相析出，提升材料的电导率和强度；
S7、对经过步骤S6时效处理后的复合合金坯料按图纸要求进行成品加工，制得屏蔽筒。
实施例三
实施例三是以实施例一中的制备方法为基础进行叙述的，不同之处在于步骤S22中W纤维预制体骨架的结构不同，除此之外，其余内容均相同：
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以单向平行排布的方式编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定。
与之对应的步骤S3中，复合合金坯料中W的质量分数为4%。
实施例四
实施例四是以实施例一中的制备方法为基础进行叙述的，不同之处在于步骤S22中W纤维预制体骨架的结构不同，除此之外，其余内容均相同：
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以涡旋状排布的方式编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定。
与之对应的步骤S3中，复合合金坯料中W的质量分数为5%。
实验例一
实验例一是以实施例一中的制备方法为基础进行叙述的，旨在对比实施例一、实施例三、实施例四中不同的W纤维预制体骨架结构对于屏蔽筒纵向导电率的影响，具体数据见表1。
表1 W纤维预制体骨架结构对于屏蔽筒纵向导电率的影响
排列方式 纵向导电率（%IACS）
空间网状 89.67
单向平行 95.15
涡旋状 93.31
从表1中数据可以看出，W纤维预制体骨架以单相平行的方式排列时，屏蔽筒的纵向导电率最高；以涡旋状排列时，屏蔽筒的纵向导电率次之；以空间网状排列时，屏蔽筒的纵向导电率最低。这是因为金属钨通常为六价，价带是未满带，导电能力弱于金属铜，所以金属钨的含量越高，屏蔽筒复合合金的纵向导电率就越低。
实验例二
实验例二是以实施例一中的制备方法为基础进行叙述的，旨在对比实施例一、实施例三、实施例四中不同的W纤维预制体骨架结构对于屏蔽筒维氏硬度的影响。
本实验例测试的是屏蔽筒表面上较小的体积内抵抗变形或破裂的能力，其数值与材料弹性、塑性、韧性和断裂性能都有一定的关系。将屏蔽筒切片制作试样，试样经过打磨、抛光后在WOLPERT 430SVD维氏显微硬度计上对试样进行维氏硬度测试，测试条件为加载载荷10 N，加载时间10 s，每个试样测10点取平均值作为该试样的维氏硬度。
在本实验例中，将未埋置W纤维预制体骨架的脱气CuCr合金作为空白对照组，将埋置单向平行W纤维预制体骨架的脱气CuCr合金作为组1，将埋置涡旋状W纤维预制体骨架的脱气CuCr合金作为组2，将埋置空间网状W纤维预制体骨架的脱气CuCr合金作为组3，具体数据表2。
表2 W纤维预制体骨架结构对于屏蔽筒维氏硬度的影响
空白组 组1 组2 组3
W纤维结构 无 单向平行 涡旋状 空间网状
维氏硬度(HV) 78 104.6 112.2 122.5
提升(%) 0 34 43 56
从表2中数据能够看出，埋置空间网状W纤维预制体骨架的脱气CuCr合金的维氏硬度最高，埋置涡旋状的脱气CuCr合金次之，埋置单向平行的脱气CuCr合金维氏硬度最低。加入单向平行W纤维预制体骨架的组1相较于空白对照组，其复合材料维氏硬度可以提高约34%；加入涡旋状W纤维预制体骨架的组1相较于空白对照组，其复合材料维氏硬度可以提高约43%；加入空间网状W纤维预制体骨架的组1相较于空白对照组，其复合材料维氏硬度可以提高约56%。
以上现象的主要原因是由于W纤维预制体骨架可增强脱气CuCr合金抗塑性变形的能力，且其含量越高，结构越稳定，脱气CuCr合金抵抗塑性变形能力越强，复合合金的维氏硬度越高。当外部载荷施加在复合合金上时，载荷能够较好的从基体铜与W纤维的界面转移到W纤维上，从而提高了复合合金的力学性能。
所以，综合实验例一和实验例二考虑，在屏蔽筒纵向导电性能差异不大的前提下，为了提高屏蔽筒的维氏强度，本发明优选空间网状行W纤维预制体骨架结构，其对应的质量分数约为8%。

Claims (9)

1.一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1、制备脱气CuCr合金
首先使用真空感应熔炼技术，将作为原材料的CuCr合金和作为脱气剂的CuMg合金一同熔炼，得到脱气CuCr合金液；将所述脱气CuCr合金液浇铸在水冷铜模中得到脱气CuCr合金块；
S2、制备W纤维骨架
S21、W纤维表面改性
使用物理气相沉积法在单根W纤维表面沉积Cu膜；
S22、W纤维预制体骨架
首先将经过步骤S21处理后的W纤维，以屏蔽筒图纸要求的形状，在空间上以空间网状结构编织成预制体骨架，然后预埋进铸型中并固定；
S3、制备高强度复合合金坯料
通过压力浸渗法，将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块与步骤S22中制备的W纤维预制体骨架进行压渗，得到复合合金坯料；
S4、复合合金坯料表面处理
S41、使用磁控溅射法在ZrB2颗粒表面沉积Cu膜；
S42、使用超音速火焰喷涂法将步骤S41制备的ZrB2颗粒喷涂在步骤S3制备的复合合金坯料表面；
S5、对经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料进行固溶处理；
S6、对经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料进行时效处理；
S7、对经过步骤S6时效处理后的复合合金坯料按图纸要求进行成品加工，制得屏蔽筒。
2.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，真空感应熔炼的具体步骤如下：
S11、称取所需的CuCr合金，CuMg合金按照0.05~0.5%的Mg加入质量配比计称取；
S12、选择CaO含量占比＞90%的坩埚作为熔炼载体，将所述CuCr合金装入CaO坩埚中，将所述CuMg合金放入二次加料装置中，随后开启真空系统，当真空抽至10-1级，按照10 KW、20KW、30 KW、40 KW的温度梯度进行加热；在10~30 KW阶段，每阶段保持3~5 min，最终保持在40KW；待坩埚中CuCr合金块开始熔化，关闭真空系统，充入-0.03~-0.08 MPa的氩气，随后将加温功率升至45~55 KW；
S13、待CuCr合金开始熔化，采用二次加料的方式将CuMg合金投入合金熔液中，等到CaO坩埚中材料完全熔化，缓慢使合金熔液流至坩埚口，保持0.5min，提升坩埚口温度，随后将脱气CuCr合金液浇入到水冷铜模中，得到脱气CuCr合金块。
3.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S21中，物理气相沉积法的相关参数为：
W纤维的直径为0.1~1 mm，Cu粉粒度为-200目，沉积气压为0.3 Pa，沉积速率为0.05~0.1 nm/s，Cu膜沉积厚度为25~30 nm。
4.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，压力浸渗的具体步骤如下：
S31、将步骤S1中制备的脱气CuCr合金块置于铸型中W纤维预制体骨架上方，将铸型密封后放入加热炉内，在1150 ℃，真空度为4×10-2 Pa的条件下，进行真空熔铸；
S32、当炉温达到1200 ℃时，保温1 h，随后充入Ar气，当气体压强达到1.2 MPa时，保温5 min；
S33、当温度降到1080 ℃时保温30 min，之后随炉冷却得到复合合金坯料。
5.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S41中，磁控溅射法的相关参数为：
ZrB2颗粒的平均粒度为5 μm，本底真空度为3×10-3 Pa，溅射气压为6×10-1 Pa，镀膜时间为60 min，气体流量为10 sccm，基底温度为150 ℃，溅射功率为100 W，Cu膜沉积厚度为35~40 nm。
6.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S42中，超音速火焰喷涂法的相关参数为：
燃料气体丙烷的压力为0.36 MPa，燃气流量35 L/min；助燃气体氧气的压力0.45 MPa，氧气流量500 L/min；送粉气体氮气的压力为0.4 MPa，流量为30L/min，送粉量15 g/min；喷涂距离200 mm，喷涂角度60°，获得的ZrB2层厚度为40 μm。
7.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，固溶处理的具体步骤为：将经过步骤S42表面处理后的复合合金坯料在800~900 ℃条件下保温1~2 h，之后水冷处理。
8.如权利要求1所述的一种低气体含量高强度铜铬合金屏蔽筒的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，时效处理的具体步骤为：将经过步骤S5固溶处理后的复合合金坯料装入热处理炉中，在300~500℃条件下保温2~4 h。
9.如权利要求1~8任意一项所述制备方法，其特征在于，所述制备方法制得的屏蔽筒基材为脱气CuCr合金，屏蔽筒表面涂覆有ZrB2层，屏蔽筒基材内部埋有W纤维预制体骨架；所述W纤维预制体骨架是由沿屏蔽筒轴分布的长丝（1），和连接相邻长丝（1）且相互间构成四面体的短丝（2）共同组成的空间网状结构。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531126A (en) * 1976-06-25 1978-01-07 Hitachi Ltd Production of c#-w fiber composite material
CN1710139A (zh) * 2005-06-29 2005-12-21 上海大学 钨丝增强铜基合金复合材料及其制备方法
CN106381459A (zh) * 2016-10-14 2017-02-08 河北工业大学 硼化锆基涂层的制备方法
CN110230012A (zh) * 2019-07-08 2019-09-13 南昌航空大学 一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法
CN111621656A (zh) * 2020-04-21 2020-09-04 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种采用电磁-超声悬浮熔炼制备CuCr-MgBi触头材料的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531126A (en) * 1976-06-25 1978-01-07 Hitachi Ltd Production of c#-w fiber composite material
CN1710139A (zh) * 2005-06-29 2005-12-21 上海大学 钨丝增强铜基合金复合材料及其制备方法
CN106381459A (zh) * 2016-10-14 2017-02-08 河北工业大学 硼化锆基涂层的制备方法
CN110230012A (zh) * 2019-07-08 2019-09-13 南昌航空大学 一种纤维增强铝基复合材料的真空气压浸渗成形方法
CN111621656A (zh) * 2020-04-21 2020-09-04 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种采用电磁-超声悬浮熔炼制备CuCr-MgBi触头材料的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李锐等: "钨纤维的排布方式对钨纤维增强铜基复合材料密度和导电性的影响", 《稀有金属》 *
王海军等: "《热喷涂技术问答》", 30 April 2006, 国防工业出版社 *
马运柱等: "金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状", 《兵器材料科学与工程》 *

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