CN113293309A - 一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括：S1、配料，分别称取铜粉和铬粉；S2、烧结，首先将铜粉和铬粉充分混匀，进行真空压实烧结处理，得到中间合金；然后对中间合金进行熔炼、雾化制粉处理，得到合金粉末；最后将合金粉末烧结处理，得到自耗电极棒；S3、真空自耗熔炼，将自耗电极棒在真空自耗电弧熔炼炉内熔炼，冷却后得到铜铬触头材料；通过本发明制备的铜铬触头材料，金相组织均匀，触头材料抗熔焊性能和分段能力得到了进一步的提。

Description

一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法
技术领域
本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法。
背景技术
在全球的CuCr触头材料四种制备技术：真空熔渗、混粉烧结、真空熔铸、电弧熔炼中，真空熔渗工艺触头由于自身的组织粗大、分布不均匀问题已逐步被淘汰；混粉烧结工艺触头由于高的抗熔焊性，少量应用于有低触头压力真空开关中；而真空熔铸触头由于高的开断性能，目前被广泛应用于国内外真空开关内，使用量占全球大约40％；而真空自耗电弧熔炼工艺，由于德国西门子的专利到期，陕西斯瑞新材料股份有限公司引进国外设备，研发自主生产制备工艺，已生产出性能优于德国西门子的CuCr触头材料，应用于国内外部分客户高性能真空开关，相比其他3种工艺表现出最佳的综合性能。为实现低成本、高性能CuCr触头广泛应用，提高真空开关的性能，陕西斯瑞新材料股份有限公司自主设计生产工艺、自主开发真空自耗电弧炉国产化，目前已得到了一定的成果，并得到了国内外真空开关的认可。并且通过我公司自主开发的真空自耗电弧熔炼技术生产的CuCr触头材料得到德国西门子同行的认证，反销德国西门子。
在现有的四种CuCr触头材料制备工艺中，真空自耗电弧熔炼技术的生产CuCr触头材料在开断、耐压、绝缘、抗电弧烧蚀、截流等方面都表现出了优异的性能。在电力开关小型化、智能化发展过程中表现了最佳的使用性能，是电力开关行业公认的最佳触头材料，可显著提高真空开关的安全可靠性和保护作用，使真空开关向更高电压等级应用，并且降低真空开关的体积，提高真空开关的综合经济效益。
但真空自耗电弧熔炼工艺制备铜铬系列触头材料时受到铬粉、以及电极棒成型时几何尺寸不规范所致，会导致熔炼后金相组织中出现明显粗大的显微组织，以及元素富集区域，影响触头材料耐压、开断以及抗熔焊等电学性能。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种金相组织均匀的真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法。
本发明的技术方案为：一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取45-90％的铜粉和10-55％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为40-90Pa、压力为300-500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在700-1100℃条件下烧结处理5-8h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理10-30min后，得到中间合金液；将中间合金液以2-7MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为75-85μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为2-6mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度20-50Pa，先以10-15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980-1100℃，然后以15-25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100-1350℃，保温1-3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为2-5KA，熔炼电压为25-40V，真空度≤80Pa，熔炼温度为800-1000℃；
S3-2、在熔炼进行2-5min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力达到450-550Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料。
进一步地，步骤S1中，铜粉来源于电解铜粉；选用电解铜粉作为铜粉的来源能够显著抑制铜铬触头材料中的氧含量。
进一步地，步骤S3-2完成后，将得到的铜铬触头材料进行焊接，然后进行二次自耗熔炼；其中，焊接电流为400-650A，焊接电压为35-50V；通过此方法能够提高铜铬触头材料的抗电侵蚀性能。
进一步地，步骤S3-1进行时，首先以2-3KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，并维持15-25min；然后以3-5KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，维持5-8min；通过此方式对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，能够减小铜铬触头材料的缩孔，提高铜铬触头材料的品质。
进一步地，步骤S3-2中，当坩埚底部形成金属熔池时，利用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，超声波发生装置的超声波频率为10-15KHz，超声波发生功率为200-400W，利用超声波产生的机械能促进铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用。
进一步地，步骤S3-1中，真空自耗电弧熔炼炉内自耗电极棒的下端面与结晶器底部之间的间距为50-90mm，通过控制自耗电极棒与结晶器底部之间距离能够避免真空自耗电弧熔炼炉起弧时，电弧对结晶器产生损伤，提高结晶器的使用寿命。
进一步地，步骤S2-2完成后，向合金粉末中加入其总质量1-5％的无水乙醇，并搅拌均匀；通过向合金粉末加入无水乙醇，能够避免合金粉末在烧结过程中出现冷焊和断裂现象。
进一步地，步骤S2-3完成后，在温度为500-700℃，变形量为15-26％的条件下对自耗电极棒进行热挤压处理，热挤压处理完成后，在300-580℃温度条件下对自耗电极棒进行退火处理；通过以上操作能够提高自耗电极棒的晶内强度，进而提高铜铬触头材料的热稳定性以及效能。
进一步地，步骤S3-2完成后，采用激光束对铜铬触头材料表面进行扫描，激光束的激光功率为1-3KW，光斑直径为3-5mm，扫描速率为80-240mm/min；通过激光束对铜铬触头材料表面进行激光重熔处理，能够提高铜铬触头材料内部组织的致密度和均匀性好，提高材料的结合强度高，同时能够降低材料内部的杂质含量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一、本发明工艺结构设计合理，自耗电极棒自耗熔炼过程中，通过向自耗电极棒和结晶器支架缝隙之间充入氦气改善该部分的散热条件，增大了铜铬触头材料凝固过程中的冷却效率，细化了材料的显微组织，同时也改善了铜铬触头材料边缘部分的缺陷，提高了铜铬触头材料的品质；
第二、本发明制备的铜铬触头材料金相组织中无明显粗大的显微组织、以及元素富集现象，铜铬触头材料耐压、开断以及抗熔焊等电学性能都得到了提升；
第三、本发明制备的铜铬触头材料无偏析，材料缩孔深度进一步减小，提高了触头材料的强度、导电性和耐电弧侵蚀性；同时，自耗电极棒自耗熔炼过程中使用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，不仅促进了铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用，同时也降低了材料内部杂质气体的含量，提高了真空开关的安全可靠性和保护作用，促进了电力开关行业的进步与发展。
附图说明
图1是本利用本发明制备的铜铬触头材料的金相组织图；
具体实施方式
实施例1：一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取45％的铜粉和55％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为40Pa、压力为300KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在700℃条件下烧结处理5h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理10min后，得到中间合金液；将中间合金液以2MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为80-85μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为2mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度20Pa，先以10℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980℃，然后以15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100℃，保温1h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为2KA，熔炼电压为25V，真空度为80Pa，熔炼温度为800℃；
S3-2、在熔炼进行2min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为450Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料。
实施例2：一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取70％的铜粉和30％的铬粉；铜粉来源于电解铜粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为70Pa、压力为400KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在950℃条件下烧结处理7h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理20min后，得到中间合金液；将中间合金液以5MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为75-80μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为4mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度38Pa，先以12℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1050℃，然后以22℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1210℃，保温2h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为5KA，熔炼电压为40V，真空度为78Pa，熔炼温度为1000℃；
S3-2、在熔炼进行5min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为500Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料，将得到的铜铬触头材料进行焊接，然后进行二次自耗熔炼；其中，焊接电流为400A，焊接电压为35V。
实施例3一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取90％的铜粉和10％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为90Pa、压力为500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在1100℃条件下烧结处理8h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理30min后，得到中间合金液；将中间合金液以7MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为76-80μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为6mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度50Pa，先以15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100℃，然后以25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1350℃；保温3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；首先以2KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，并维持15min；然后以3KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，维持5min，通过此方式对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，能够减小铜铬触头材料的缩孔，提高铜铬触头材料的品质；其中，熔炼电压为38V，真空度为75Pa，熔炼温度为910℃；真空自耗电弧熔炼炉中自耗电极棒的下端面与结晶器底部之间的间距为90mm，通过控制自耗电极棒与结晶器底部之间距离能够避免真空自耗电弧熔炼炉起弧时，电弧对结晶器产生损伤，提高结晶器的使用寿命；
S3-2、在熔炼进行4min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为550Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料。
实施例4一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取45％的铜粉和55％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为40Pa、压力为300KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在700℃条件下烧结处理5h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理10min后，得到中间合金液；将中间合金液以2MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为76-80μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为2mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度20Pa，先以10℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980℃，然后以15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100℃，保温1h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为2KA，熔炼电压为25V，真空度为80Pa，熔炼温度为800℃；
S3-2、在熔炼进行2min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为500Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料；熔炼过程中，当坩埚底部形成金属熔池时，利用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，超声波发生装置的超声波频率为10KHz，超声波发生功率为200W，利用超声波产生的机械能促进铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用。
实施例5一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取90％的铜粉和10％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为90Pa、压力为500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在1100℃条件下烧结处理8h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理30min后，得到中间合金液；将中间合金液以7MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为75-80μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为6mm；向合金粉末中加入其总质量1％的无水乙醇，并搅拌均匀；通过向合金粉末加入无水乙醇，能够避免合金粉末在烧结过程中出现冷焊和断裂现象；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度50Pa，先以15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100℃，然后以25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1350℃；保温3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；在温度为500℃，变形量为15％的条件下对自耗电极棒进行热挤压处理，热挤压处理完成后，在300℃温度条件下对自耗电极棒进行退火处理；通过以上操作能够提高自耗电极棒的晶内强度，进而提高铜铬触头材料的热稳定性以及效能；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为5KA，熔炼电压为40V，真空度为78Pa，熔炼温度为1000℃；
S3-2、在熔炼进行5min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为500Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料。
实施例6一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取60％的铜粉和40％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为55Pa、压力为420KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在900℃条件下烧结处理6h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理20min后，得到中间合金液；将中间合金液以5MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为81-85μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为4mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度40Pa，先以12℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1050℃，然后以19℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1280℃，保温2h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼，真空自耗电弧熔炼炉中自耗电极的下端面与结晶器底部之间的间距为90mm，通过控制自耗电极与结晶器底部之间距离能够避免真空自耗电弧熔炼炉起弧时，电弧对结晶器产生损伤，提高结晶器的使用寿命；首先以3KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，并维持25min；然后以5KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，维持8min，通过此方式对自耗电极棒进行自耗熔炼，能够减小铜铬触头材料的缩孔，提高铜铬触头材料的品质，其中，熔炼电流为4KA，熔炼电压为35V，真空度为80Pa，熔炼温度为950℃；
S3-2、在熔炼进行4min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为450Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料；自耗熔炼过程中，当坩埚底部形成金属熔池时，利用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，超声波发生装置的超声波频率为12KHz，超声波发生功率为300W，利用超声波产生的机械能促进铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用；最后采用激光束对铜铬触头材料表面进行扫描，激光束的激光功率为1KW，光斑直径为3mm，扫描速率为80mm/min；通过激光束对铜铬触头材料表面进行激光重熔处理，能够提高铜铬触头材料内部组织的致密度和均匀性好，提高材料的结合强度高，同时能够降低材料内部的杂质含量。
实施例7一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取50％的铜粉和50％的铬粉；铜粉来源于电解铜粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为90Pa、压力为500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在1100℃条件下烧结处理8h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理30min后，得到中间合金液；将中间合金液以7MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为77-80μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为6mm；向合金粉末中加入其总质量5％的无水乙醇，并搅拌均匀；通过向合金粉末加入无水乙醇，能够避免合金粉末在烧结过程中出现冷焊和断裂现象；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度50Pa，先以15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100℃，然后以25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1350℃，保温3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；在温度为700℃，变形量为26％的条件下对自耗电极棒进行热挤压处理，热挤压处理完成后，在580℃温度条件下对自耗电极棒进行退火处理；通过以上操作能够提高自耗电极棒的晶内强度，进而提高铜铬触头材料的热稳定性以及效能；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼，真空自耗电弧熔炼炉中自耗电极的下端面与结晶器底部之间的间距为90mm，通过控制自耗电极与结晶器底部之间距离能够避免真空自耗电弧熔炼炉起弧时，电弧对结晶器产生损伤，提高结晶器的使用寿命；首先以3KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，并维持25min；然后以5KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，维持8min，通过此方式对自耗电极棒进行自耗熔炼，能够减小铜铬触头材料的缩孔，提高铜铬触头材料的品质，其中，熔炼电流为4KA，熔炼电压为35V，真空度为80Pa，熔炼温度为950℃；
S3-2、在熔炼进行4min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力为500Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料；自耗熔炼过程中，当坩埚底部形成金属熔池时，利用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，超声波发生装置的超声波频率为12KHz，超声波发生功率为300W，利用超声波产生的机械能促进铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用；最后采用激光束对铜铬触头材料表面进行扫描，激光束的激光功率为1KW，光斑直径为3mm，扫描速率为80mm/min；通过激光束对铜铬触头材料表面进行激光重熔处理，能够提高铜铬触头材料内部组织的致密度和均匀性好，提高材料的结合强度高，同时能够降低材料内部的杂质含量；将得到的铜铬触头材料进行焊接，然后进行二次自耗熔炼；其中，焊接电流为650A，焊接电压为50V。
实验例：分别对本发明实施例1-7以及采用现有技术所制备的铜铬触头材料进行性能检测，检测结果如表1所示；
表1、不同条件下铜铬触头材料性能检测结果；
Figure BDA0003013738430000121
Figure BDA0003013738430000131
通过表1数据可知，与现有技术相比，利用本发明的工艺所制备的铜铬触头材料性能相较于现有技术，性能更加优越；实施例2与实施例1相比，由于利用电解铜粉作为铜粉的来源，能够提高铜粉与铬粉的界面结合力，提高铜铬触头材料的抗电侵蚀性能；实施例3与实施例1相比，由于采用不同的熔炼电流对自耗电极棒进行自耗熔炼熔炼，能够减小铜铬触头材料的缩孔，提高铜铬触头材料的品质；实施例4与实施例1相比，由于采用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，利用超声波产生的机械能促进铜铬触头材料凝固过程中晶粒的细化作用；实施例5与实施例1相比，由于对自耗电极棒进行了热挤压和退火处理，能够提高自耗电极棒的晶内强度，进而提高铜铬触头材料的热稳定性以及效能；实施例6与实施例1相比，由于采用激光束对铜铬触头材料表面进行激光重熔处理，能够提高铜铬触头材料内部组织的致密度和均匀性好，提高材料的结合强度高，同时能够降低材料内部的杂质含量；实施例7与实施例1-6相比，由于将各有优化条件进行了综合，使得所制备的铜铬触头材料性能更加优越。

Claims (9)

1.一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料
按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取45-90％的铜粉和10-55％的铬粉；
S2、烧结
S2-1、将步骤S1所述铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为40-90Pa、压力为300-500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在700-1100℃条件下烧结处理5-8h，得到中间合金；
S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N2作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理10-30min后，得到中间合金液；将所述中间合金液以2-7MPa的雾化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为75-85μm的合金粉末；其中，所述石墨喷嘴的直径为2-6mm；
S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度为20-50Pa，先以10-15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980-1100℃，然后以15-25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100-1350℃；保温1-3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；
S3、真空自耗熔炼
S3-1、将步骤S2-3所得自耗电极棒悬挂在真空自耗电弧熔炼炉内进行自耗熔炼；其中，熔炼电流为2-5KA，熔炼电压为25-40V，真空度≤80Pa，熔炼温度为800-1000℃；
S3-2、在熔炼进行2-5min后开始向铸锭和铜模之间的间隙充入He，利用压力传感器检测充气压力，当充气压力达到450-550Pa时停止充气，并继续熔炼至整个熔炼过程结束，即得铜铬触头材料。
2.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述铜粉来源于电解铜粉。
3.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S3-2完成后，将得到的铜铬触头材料进行焊接，然后进行二次自耗熔炼；其中，焊接电流为400-650A，焊接电压为35-50V。
4.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S3-1进行时，首先以2-3KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，并维持15-25min；然后以3-5KA的熔炼电流对自耗电极棒进行真空自耗熔炼，维持5-8min。
5.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S3-2中，当坩埚底部形成金属熔池时，利用超声波发生装置对坩埚进行振动处理，所述超声波发生装置的超声波频率为10-15KHz，超声波发生功率为200-400W。
6.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述真空自耗电弧熔炼炉内自耗电极棒的下端面与结晶器底部之间的间距为50-90mm。
7.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S2-2完成后，向所述合金粉末中加入其总质量1-5％的无水乙醇，并搅拌均匀。
8.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S2-3完成后，在温度为500-700℃，变形量为15-26％的条件下对所述自耗电极棒进行热挤压处理，热挤压处理完成后，在300-580℃温度条件下对自耗电极棒进行退火处理。
9.根据权利要求1所述的一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，其特征在于，步骤S3-2完成后，采用激光束对所述铜铬触头材料表面进行扫描，所述激光束的激光功率为1-3KW，光斑直径为3-5mm，扫描速率为80-240mm/min。
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