CN115213405A - 一种高耐压铜铬触头材料的制备方法 - Google Patents

一种高耐压铜铬触头材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，包括如下步骤：S1、混粉，S2、冷等静压，S3、真空烧结，S4、电弧熔炼，S5、锻造，S6、处理加工。本发明触头材料的制备方法所制备的材料组织弥散均匀分布，能有效提高触头材料的耐电压和开断能力，具备良好的力学物理性能及优异的综合电性能，且制备工艺简单、过程易于控制且生产出的触头材料性能稳定，可批量化生产，综合成本较低，适用于126kV及以上高电压等级真空触头材料市场。

Description

一种高耐压铜铬触头材料的制备方法
技术领域
本发明涉及触头材料技术领域，具体是涉及一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。
背景技术
随着变电站和电网设施小型化，智能化发展，对真空灭弧室或真空断路器的技术要求进一步提高。尤其是在高电压等级的市场需求中，还是以SF6高压断路器为主，SF6气体虽然具有很好的绝缘和开断特性，例如造成酸雨，温室效应等危害，而且该气体经过电弧开断后的分解物对人身有害。SF6开关设备内因充有一定压力的SF6气体，而具有一定的压力容器的危害性。特别在寒冷地区，SF6气体的液化现象将会影响到开关设备的绝缘和开断性能。因此全球范围都在寻找SF6气体的替代物，或者减少SF6气体使用及排放量的方法，市场也正在逐步寻找有效的可替代触头材料，未来将会更多地使用真空断路器，而作为核心元件的触头材料将备受关注。
真空灭弧室一般采用CuCr触头材料，目前为了达到良好的耐压和开断能力，以及低截流值，在中高压领域，真空灭弧室的触头材料多采用添加第三元素或难熔元素来改进CuCr耐压性能。如三菱公司研究了加入0.5％-1％的硅Si、钽Ta、铝Al、锆Zr提高CuCr的耐压特性；西门子公司研究元素Zr的加入形成CuCrZr相使得材料的硬度增加；明电舍公司也研究了CuCrZr触头的耐压性能。其中三菱公司还进行了加入W、Mo、Ta、Nb等难熔元素改进CuCr耐压性能的研究。
但是以上方式都需要经过特殊冶炼过程或者二次加料方式才能提高触头的耐压性能，并且在添加第三元素时由于金属熔点差异较大或第三元素收得率低，或者因为添加第三元素过多，破坏了材料熔炼过程的稳定性，导致材料组织内部缺陷增多，材料的力学性能降低等，使得所制备的触头在高电压领域应用有一定的局限性，材料的制备过程影响因素较多，原材料利用率低，制备过程复杂，成本较高。因此，根据目前市场需求，现需要开发出一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。
本发明的技术方案是：一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、混粉：
按照电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为45-47：53-55进行称量，其中，电解铜粉的粉末粒度为30-150um，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50-200um，将称量好的电解铜粉和铝热还原高纯低气铬粉装入自动混粉机，混粉时间为3-6h，得到混合粉末；
S2、冷等静压：
将步骤S1得到的混合粉末装入定制胶套，装粉量为10-35kg，装好后对粉末进行冷等静压，得到电极棒，其中，所述定制胶套为规格90-150mm的胶套；
S3、真空烧结：
将步骤S2得到的电极棒先在60-120℃的真空烘干箱中初步加热烘干0.5-4h，再将电极棒装入真空烧结炉内的模具中，随后采用梯度加热的方式对电极棒进行真空烧结脱气，同时利用模具对电极棒进行校直；
停止加热后，待真空烧结炉自然冷却到395-405℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至55-65℃，再将电极棒从真空烧结炉中取出。
S4、电弧熔炼：
将步骤S3得到的电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼完成得到铸锭，对铸锭进行加工处理，其中，所述加工处理为粗车外圆、锯冒口和底片，并去除铸造缺陷；
S5、锻造：
对步骤S4得到的铸锭进行热锻处理，锻造温度控制在500-1000℃，将铸锭锻造成所需工艺尺寸的锻锭；
S6、处理加工：
对锻锭依次进行退火、固溶处理以及时效处理得到毛坯，再按照图纸将毛坯加工为所需尺寸规格的触头。
进一步地，在所述步骤S2中，冷等静压的压力为100-500Mpa，保压时间为1-20min。所述冷等静压的参数可以使压制得到的电极棒更加均匀且致密度更高。
进一步地，在所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温0.9-1.1h，升至145-155℃时保温0.9-1.1h；继续升温1.4-1.6h，升至295-305℃时保温2.9-3.1h；再次升温2.9-3.1h，升至595-605℃时保温1.9-2.1h；然后升温1.9-2.1h，升至995-1005℃时保温1.9-2.1h；最后再升温0.9-1.1h，升至1075-1085℃时保温1-5h后停止加热。
所述梯度加热能够对压制好的电极棒进行有效的真空环境下脱水，降低电极棒内部材料组织气体含量，有利于真空自耗电弧熔炼过程中电弧的稳定性，进一步细化铜铬触头材料晶粒，降低触头材料中气体含量；通过控制梯度加热方式，使得在气体在不同温度下有效逸出，有利于制备出高纯低气含量铜铬触头材料。
进一步地，在所述步骤S4中，熔点电流在1.0KA-5KA，电弧电压在10V-30V，且熔炼过程中短路次数必须在3次以内，环境中温度≤30℃，湿度≤60％RH。
所述电弧熔炼的参数能有效制得均匀和致密度高的电极棒，短路次数的限制可以防止电流过载破坏机器，环境中温度不宜过高，防止机器过早达到保护状态，且熔炼时要在一个较为干燥的环境中进行，防止机器中渗入水。
进一步地，在所述步骤S6中，退火处理具体为：将锻锭装入退火炉中进行退火处理，退火温度为400-1100℃，保温时间为1-6h；固溶处理具体为：将退火后的锻锭装入固溶炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为800-980℃，保温时间为1-4h，最后将锻锭用水冷却2-6min；时效处理具体为：将固溶处理后的锻锭装入时效炉进行时效处理，时效处理的温度为300-415℃，保温时间为0.5h-3h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
退火处理使熔炼过程中固溶的原子能够有效析出，消除应力，改善铜铬触头材料的电性能；锻锭经过固溶处理，使得锻锭的塑性得到一定的提高，通过水冷进行冷变形处理，实现了锻锭的强度增强的效果；且使后期的析出相更加弥散均匀地分布；经过时效处理，铬元素会析出形成弥散分布的细小析出相，这些析出相对晶界和位错起到了钉扎作用，有效阻碍了位错的移动，从而达到强化效果。
进一步地，在所述步骤S1中，电解铜粉的纯度为99.98％-99.99％，铝热还原高纯低气铬粉的纯度为99.3％-99.99％。所述电解铜粉与铝热还原高纯低气铬粉的纯度较高，所制备的铜铬触头材料机械强度较高，且金相组织铬颗粒较细。
进一步地，在所述步骤S6中，毛坯加工的方法为多线切割加工。加工毛坯采用多线切割工艺，可有效提高原材料利用率，加工效率高，降低了生产过程成本。
进一步地，在所述步骤S5中，热锻处理方式为：采用自由锻加甩圆的方式，所述甩圆具体为模具甩锻，所述模具甩锻为将加热后的铸锭在模具里面倒棱滚圆锻造。
通过自由锻加甩圆，可防止大规格锻造导致铸锭表面开裂的问题，达到预期的锻造尺寸，且制备中所采用的锻造方式可有效防止由于温度的变化由于铬颗粒的析出再结晶影响造成外圆开裂，很好的改善了锻造裂纹的产生，且该锻造方式使用模具简单，普适性强，成本低，生产效率高。
进一步地，在所述步骤S3中，每次装入真空烧结炉的电极棒少于1500kg，在烧结过程中向真空烧结炉内通惰性气体使真空烧结炉内压力为0.1-0.8Mpa，其中，惰性气体为氩气、氦气及氩气中的任意一种，且在烧结过程中保持真空烧结炉内的真空度高于1×10-1pa。
限制电极棒的装炉量能保证电极棒在烧结过程中脱气完全，有利于下一步电弧熔炼过程中电弧的稳定性；通入惰性气体可以减小合金元素的挥发，且能提高真空加热速度，减小真空加热滞后时间；保持真空度，能良好维持真空烧结炉内壁所用的石墨材质的寿命，从而节约成本。
进一步地，在完成所述步骤S4后，立即将铸锭装进铸锭处理盒内，所述铸锭处理盒由陶瓷壳、陶瓷盖以及紧贴在陶瓷壳和陶瓷盖内壁的保温棉组成，所述陶瓷壳外壁上设有与其内部连通的压力阀，所述保温棉厚度为10-20mm，且保温棉吸收了占其体积50％-60％的处理液，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素25％-30％，硅酸钠溶液55％-65％以及水溶液5％-20％，所述铸锭处理盒内压力不超过3.5Mpa。
附有保温棉的陶瓷壳可防止外界环境温度使铸锭温度快速下降，铸锭进入铸锭处理盒内后，保温棉所吸收的处理液被铸锭的温度所触发，在铸锭表面快速形成附着膜，能在后续的热锻处理过程中，使铸锭的锻造温度下降较为缓慢，从而延长热锻处理对铸锭的可锻造时间，进而减少铸锭因锻造产生开裂的可能性。
进一步地，在所述步骤S4中，将晶粒细化剂随电极棒一同放入真空自耗电弧熔炼炉内，所述晶粒细化剂的成分的质量百分比为：金属氮化物35％-40％，金属碳化物40％-45％，钙元素5％-10％，1-乙基氯化吡啶离子盐5％-10％，
其中，所述金属氮化物为氮化钛、氮化钽中的一种，所述金属碳化物为碳化铬、碳化钒中的一种。
添加晶粒细化剂可以有效地避免铬相的宏观偏析和铬相粗大问题，其中，金属氮化物、金属碳化物不仅可以细化晶粒，且高温化学稳定性好，钙元素还能在细化晶粒的同时提高所制备材料的强度和硬度，1-乙基氯化吡啶离子盐能够增强钙元素对晶粒的细化程度，加强对晶粒的细化，得到更细的金相组织，从而所制备的材料组织更加弥散均匀分布，并且晶粒细化剂在真空自耗电弧熔炼炉的电磁场作用下与电极棒能混合得更为均匀。
本发明的有益效果是：
(1)本发明触头材料的制备方法所制备的材料组织弥散均匀分布，能有效提高触头材料的耐电压和开断能力，具备良好的力学物理性能及优异的综合电性能，且制备工艺简单、过程易于控制且生产出的触头材料性能稳定，可批量化生产，综合成本较低。
(2)本发明触头材料根据不同规格采取不同的锻造方式可有效防止触头由于温度的变化以及铬颗粒的析出再结晶影响造成外圆开裂，很好的抑制了锻造裂纹的产生，且该锻造方式使用模具简单，普适性强，成本低，生产效率高。
附图说明
图1是本发明实施例2材料的放大50倍的金相组织图；
图2是本发明实施例2材料的放大100倍的金相组织图；
图3是本发明实施例3材料的放大50倍的金相组织图；
图4是本发明实施例3材料的放大100倍的金相组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
实施例1
一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、混粉：
按照电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为46：54进行称量，其中，电解铜粉的纯度为99.99％，粉末粒度为90um，铝热还原高纯低气铬粉的纯度为99.6％，粉末粒度为125um，将称量好的粉末装入自动混粉机，混粉时间为5h，得到混合粉末；
S2、冷等静压压制：
将步骤S1得到的混合粉末装入定制胶套，装粉量为23kg，装好后对粉末进行冷等静压，得到电极棒，冷等静压的压力为300Mpa，保压时间为10min，其中，所述定制胶套为规格120mm的胶套；
S3、真空烧结：
将步骤S2得到的电极棒先在90℃的真空烘干箱中初步加热烘干2h，再将电极棒装入真空烧结炉内的模具中，随后采用梯度加热的方式对电极棒进行真空烧结脱气，同时利用模具对电极棒进行校直；其中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温1h，升至150℃时保温1h；继续升温1.5h，升至300℃时保温3h；再次升温3h，升至600℃时保温2h；然后升温2h，升至1000℃时保温2h；最后再升温1h，升至1080℃时保温3h后停止加热，待真空烧结炉自然冷却到400℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至60℃，保护真空烧结炉内压力为0.4Mpa，且烧结过程中保持真空烧结炉内的真空度为2×10-1pa，再将电极棒从真空烧结炉中取出；
S4、电弧熔炼：
将步骤S3得到的电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼完成得到铸锭后，对铸锭进行加工处理，其中，所述加工处理为粗车外圆、锯冒口和底片，并去除铸造缺陷，再取样进行理化性能检测；其中，电弧熔炼的熔点电流为4KA，电弧电压为20V，环境中温度为25℃，湿度为55％RH。
S5、锻造：
采用自由锻加甩圆的方式，对步骤S4得到的铸锭进行热锻处理，锻造温度控制在750℃，将锻造直径为Φ80mm的铸锭，先在自由锻上先拔长再镦粗后再甩圆至所需锻造尺寸，从而将铸锭锻造成所需工艺尺寸的锻锭；
S6、处理加工：
对锻锭依次在退火炉中进行退火、在固熔炉中进行固溶处理以及在时效炉中时效处理得到毛坯，再按照图纸将毛坯多线切割加工为所需尺寸规格的触头。其中，退火温度为750℃，保温时间为3h；固溶处理的温度为890℃，保温时间为2h，最后将锻锭用水冷却4min；时效处理的温度为350℃，保温时间为2h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S1中，电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为47：53，电解铜粉的纯度为99.98％，电解铜粉的粉末粒度为150um，铝热还原高纯低气铬粉的纯度为99.3％，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为200um。
实施例3
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S1中，电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为45：55，电解铜粉的纯度为99.99％，电解铜粉的粉末粒度为30um，铝热还原高纯低气铬粉的纯度为99.99％，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50um。
实施例4
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S2中，定制胶套为规格90mm的胶套，且装粉量为10kg；冷等静压的压力为100Mpa，保压时间为1min。
实施例5
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S2中，定制胶套为规格150mm的胶套，且装粉量为35kg；冷等静压的压力为500Mpa，保压时间为20min。
实施例6
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，真空烘干箱的加热温度为60℃，加热时间为0.5h。
实施例7
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，真空烘干箱的加热温度为120℃，加热时间为4h。
实施例8
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温0.9h，升至145℃时保温0.9h；继续升温1.4h，升至295℃时保温2.9h；再次升温2.9h，升至595℃时保温1.9h；然后升温1.9h，升至995℃时保温1.9h；最后再升温0.9h，升至1075℃时保温1h后停止加热。
实施例9
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温1.1h，升至155℃时保温1.1h；继续升温1.6h，升至305℃时保温3.1h；再次升温3.1h，升至605℃时保温2.1h；然后升温2.1h，升至1005℃时保温2.1h；最后再升温1.1h，升至1085℃时保温5h后停止加热。
实施例10
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，待真空烧结炉自然冷却到395℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至65℃，保护真空烧结炉内压力为0.1Mpa，且烧结过程中保持真空烧结炉内的真空度为1.5×10-1pa，再将电极棒从真空烧结炉中取出。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S3中，待真空烧结炉自然冷却到405℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至55℃，保护真空烧结炉内压力为0.8Mpa，且烧结过程中保持真空烧结炉内的真空度为2.5×10-1pa，再将电极棒从真空烧结炉中取出。
实施例12
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S4中，熔点电流为1.0KA，电弧电压为10V，环境中温度为30℃，湿度为60％RH。
实施例13
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S4中，熔点电流为5.0KA，电弧电压为30V，环境中温度为20℃，湿度为50％RH。
实施例14
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S5中，锻造温度为500℃，铸锭的锻造直径为Φ50mm，先将其在自由锻上拔长后再甩圆至所需锻造尺寸。
实施例15
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S5中，锻造温度为1000℃，铸锭的锻造直径为Φ100mm，将其直接在自由锻上镦粗然后再甩圆至所需锻造尺寸。
实施例16
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S6中，退火温度为400℃，保温时间为1h；固溶处理的温度为800℃，保温时间为1h，最后将锻锭用水冷却2min；时效处理的温度为300℃，保温时间为0.5h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
实施例17
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S6中，退火温度为1100℃，保温时间为6h；固溶处理的温度为980℃，保温时间为4h，最后将锻锭用水冷却6min；时效处理的温度为415℃，保温时间为3h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
实施例18
本实施例与实施例1不同之处在于，所述步骤S4中，向真空自耗电弧熔炼炉内添加晶粒细化剂，所述晶粒细化剂成分的质量百分比为：金属氮化物38％，金属碳化物44％，钙元素7％，1-乙基氯化吡啶离子盐11％，其中，所述金属氮化物为氮化钛，所述金属碳化物为碳化钒。
实施例19
本实施例与实施例18不同之处在于，所述步骤S4中，将晶粒细化剂随电极棒一同放入真空自耗电弧熔炼炉内，所述晶粒细化剂成分的质量百分比为：金属氮化物40％，金属碳化物45％，钙元素5％，1-乙基氯化吡啶离子盐10％。
实施例20
本实施例与实施例18不同之处在于，所述步骤S4中，将晶粒细化剂随电极棒一同放入真空自耗电弧熔炼炉内，所述晶粒细化剂成分的质量百分比为：金属氮化物35％，金属碳化物40％，钙元素10％，1-乙基氯化吡啶离子盐15％。
实施例21
本实施例与实施例1不同之处在于，在完成所述步骤S4后，立即将铸锭装进铸锭处理盒内，所述铸锭处理盒由陶瓷壳、陶瓷盖以及紧贴在陶瓷壳和陶瓷盖内壁的保温棉组成，所述陶瓷壳外壁上设有压力阀，所述保温棉厚度为15mm，且保温棉吸收了占其体积55％的处理液，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素28％，硅酸钠溶液60％以及水溶液12％，所述铸锭处理盒内压力为3.0MPa。
实施例22
本实施例与实施例21不同之处在于，所述保温棉厚度为10mm，且保温棉吸收了占其体积50％的处理液，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素25％，硅酸钠溶液65％以及水溶液10％。
实施例23
本实施例与实施例21不同之处在于，所述保温棉厚度为20mm，且保温棉吸收了占其体积60％的处理液，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素30％，硅酸钠溶液55％以及水溶液15％。
实验例
针对各个实施例所制备的铜铬触头材料，将其分别分成体积大小相等的实验样本，分别测试其性能，具体探究如下：
1、探究不同的电解铜粉与铝热还原高纯低气铬粉的配比对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、2、3作为实验对比，结果如下表1所示：
表1实施例1-3各样本的性能测试表
Figure BDA0003748573300000121
表2实施例1-3各样本的元素含量表
Figure BDA0003748573300000122
Figure BDA0003748573300000131
由上表1和表2结果可以看出，不同铝热还原高纯低气铬粉的质量占比对铜铬触头材料的性能有着一定影响，且可以看出实施例3的Cr含量最高，但电导较低，综合性能对比而言实施例1最优；
同时如图1和图2所示为实施例2的铜铬触头材料的金相图，如图3和图4所示为实施例3的铜铬触头材料的金相图，可以看出通过本发明方法所制备的铜铬触头材料的金相组织弥散均匀分布。
2、探究不同冷等静压的参数对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、4、5作为实验对比，结果如下表3所示：
表3实施例1、4、5各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m
实施例1 20.4
实施例4 20.1
实施例5 20.3
由表3结果可知，不同冷等静压的参数对所制备的铜铬触头材料的电导有一定的影响，且通过对比可以看出实施例1效果最优。
3、探究真空烘干箱的不同加热温度及时间对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、6、7作为实验对比，结果如下表4所示：
表4实施例1、6、7各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m
实施例1 20.4
实施例6 20.2
实施例7 20.3
由表4结果可知，真空烘干箱的不同加热温度及时间对所制备的铜铬触头材料的电导影响较小，但通过对比可以看出实施例1相对更优。
4、探究梯度加热的不同参数对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、8、9作为实验对比，结果如下表5所示：
表5实施例1、8、9各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m
实施例1 20.4
实施例8 20.3
实施例9 20.3
由表5结果可知，梯度加热的不同参数对所制备的铜铬触头材料的电导影响较小，但通过对比而言实施例1相对更优。
5、探究真空烧结炉的不同参数对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、10、11作为实验对比，结果如下表6所示：
表6实施例1、10、11各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 密度g/cm<sup>3</sup>
实施例1 20.4 7.94
实施例10 20.1 7.79
实施例11 20.3 7.92
由表6结果可知，真空烧结炉的不同参数对所制备的铜铬触头材料的电导有一定的影响，通过对比而言实施例1相对更优。
6、探究电弧熔炼的不同参数对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、12、13作为实验对比，结果如下表7所示：
表7实施例1、12、13各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 密度g/cm<sup>3</sup>
实施例1 20.4 7.94
实施例12 20.1 7.05
实施例13 20.2 7.89
由表7结果可知，电弧熔炼的不同参数对所制备的铜铬触头材料的电导和密度有一定的影响，且通过对比可以看出实施例1相对更优。
7、探究不同的锻造温度对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、14、15作为实验对比，结果如下表8所示：
表8实施例1、14、15各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 硬度HB
实施例1 20.4 142
实施例14 20.1 138
实施例15 20.4 143
由表8结果可知，不同的锻造温度对所制备的铜铬触头材料的电导和硬度都有一定的影响，相较于实施例1而言，实施例15的硬度更高，但差别不大，但实施例15所需锻造温度也相对更高，但是电导没有明显差别，因此，从生产成本等角度考虑，实施例1相对更优。
8、探究热处理的不同参数对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、16、17作为实验对比，结果如下表9所示：
表9实施例1、16、17各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 硬度HB
实施例1 20.4 142
实施例16 20.1 136
实施例17 20.3 141
由表9结果可知，热处理的不同参数对所制备的铜铬触头材料的电导和硬度都有一定的影响，且通过对比可以看出，实施例1相对更优。
9、探究晶粒细化剂的添加对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、18、19、20及对照例1作为实验对比，结果如下表10所示：
表10实施例1、18、19、20及对照例1各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 密度g/cm<sup>3</sup>
实施例1 20.4 7.94
实施例18 20.9 8.78
实施例19 20.6 8.61
实施例20 20.8 8.54
对照例1 20.5 8.23
由表10结果可知，晶粒细化剂的添加对所制备的铜铬触头材料的电导和密度都有一定的提高，通过对比可以看出实施例18的晶粒细化剂的参数所制备的铜铬触头材料相对更优；
对照例1与实施例18不同之处在于，金属氮化物43％，金属碳化物43％，14％的稀土元素，可以看到采用对照例1处理的Cr含量明显低于实施例18、19和20，因此实施例18、19和20效果更优。
10、探究完成步骤S4后、热锻处理前对铸锭的采取措施对所制备的铜铬触头材料的影响。
以实施例1、21、22、23及对照例2、3、4、5作为实验对比，结果如下表11所示：
表11实施例1、21、22、23以及对照例2、3、4、5各样本的性能测试表
组别 电导Ms/m 硬度HB
实施例1 20.4 142
实施例21 21.6 150
实施例22 21.4 148
实施例23 21.2 148
对照例2 20.8 145
对照例3 21.7 150
对照例4 21.5 148
对照例5 21.5 149
由表11结果可知，热锻处理前对铸锭的采取措施对所制备的铜铬触头材料的电导和硬度有较大的提高，通过对比可以看出实施例21所制备的铜铬触头材料的整体性能相对更优；
对照例2与实施例21不同之处在于，对照例2中的保温棉中的处理液按质量百分比包括：硅酸钠溶液75％以及水溶液25％；通过对比可以看出实施例21所采用的添加了硝化纤维素的处理液效果明显优于对照例2；
对照例3与实施例21不同之处在于，保温棉吸收了占其体积60％的处理液；通过对比可以看出，在相同厚度的保温棉以及相同配比的处理液条件下，保温棉对处理液的吸收量对材料的效果有一定的影响，吸收体积多，电导有一定的提高，但是提高量较实施例21不多且硬度与实施例21一致，所以从经济性角度来看，用了更少处理液的实施例21效果更优；
对照例4与实施例21不同之处在于，保温棉厚度为10mm；通过对比可以看出，在其他条件不变的情况下，保温棉厚度对材料的制备效果影响较小，对比而言实施例21效果最优；
对照例5与实施例21不同之处在于，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素30％，硅酸钠溶液55％以及水溶液15％；通过对比可以看出，在相同厚度的保温棉及其对处理液的相同吸收量下，当硝化纤维素质量占比更高时，对触头材料的制备效果也较好，但对比而言实施例21效果更优。

Claims (10)

1.一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、混粉：
按照电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为45-47：53-55进行称量，其中，电解铜粉的粉末粒度为30-150um，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50-200um，将称量好的电解铜粉和铝热还原高纯低气铬粉装入自动混粉机，混粉时间为3-6h，得到混合粉末；
S2、冷等静压：
将步骤S1得到的混合粉末装入定制胶套，装粉量为10-35kg，装好后对粉末进行冷等静压，得到电极棒，其中，所述定制胶套为规格90-150mm的胶套；
S3、真空烧结：
将步骤S2得到的电极棒先在60-120℃的真空烘干箱中初步加热烘干0.5-4h，再将电极棒装入真空烧结炉内的模具中，随后采用梯度加热的方式对电极棒进行真空烧结脱气，同时利用模具对电极棒进行校直；停止加热后，待真空烧结炉自然冷却到395-405℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至55-65℃，再将电极棒从真空烧结炉中取出。
S4、电弧熔炼：
将步骤S3得到的电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼完成得到铸锭，对铸锭进行加工处理，其中，所述加工处理为粗车外圆、锯冒口和底片，并去除铸造缺陷；
S5、锻造：
对步骤S4得到的铸锭进行热锻处理，锻造温度控制在500-1000℃，将铸锭锻造成所需工艺尺寸的锻锭；
S6、处理加工：
对锻锭依次进行退火、固溶处理以及时效处理得到毛坯，再按照图纸将毛坯加工为所需尺寸规格的触头。
2.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，冷等静压的压力为100-500Mpa，保压时间为1-20min。
3.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温0.9-1.1h，升至145-155℃时保温0.9-1.1h；继续升温1.4-1.6h，升至295-305℃时保温2.9-3.1h；再次升温2.9-3.1h，升至595-605℃时保温1.9-2.1h；然后升温1.9-2.1h，升至995-1005℃时保温1.9-2.1h；最后再升温0.9-1.1h，升至1075-1085℃时保温1-5h后停止加热。
4.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S4中，熔点电流在1.0KA-5KA，电弧电压在10V-30V，且熔炼过程中短路次数必须在3次以内，环境中温度≤30℃，湿度≤60％RH。
5.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S6中，退火处理具体为：将锻锭装入退火炉中进行退火处理，退火温度为400-1100℃，保温时间为1-6h；固溶处理具体为：将退火后的锻锭装入固溶炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为800-980℃，保温时间为1-4h，最后将锻锭用水冷却2-6min；时效处理具体为：将固溶处理后的锻锭装入时效炉进行时效处理，时效处理的温度为300-415℃，保温时间为0.5h-3h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
6.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，电解铜粉的纯度为99.98％-99.99％，电解铜粉的粉末粒度为30-150um，铝热还原高纯低气铬粉的纯度为99.3％-99.99％，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50-200um。
7.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S6中，毛坯加工的方法为多线切割加工。
8.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S5中，热锻处理方式为：采用自由锻加甩圆的方式，所述甩圆具体为模具甩锻，所述模具甩锻为将加热后的铸锭在模具里面倒棱滚圆锻造。
9.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，每次装入真空烧结炉的电极棒少于1500kg，且在烧结过程中向真空烧结炉内通惰性气体使真空烧结炉内压力为0.1-0.8Mpa，其中，惰性气体为氩气、氦气及氩气中的任意一种，且在烧结过程中保持真空烧结炉内的真空度高于1×10-1pa。
10.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在完成所述步骤S4后，立即将铸锭装进铸锭处理盒内，所述铸锭处理盒由陶瓷壳、陶瓷盖以及紧贴在陶瓷壳和陶瓷盖内壁的保温棉组成，所述陶瓷壳外壁上设有压力阀，所述保温棉厚度为10-20mm，且保温棉吸收了占其体积50％-60％的处理液，所述处理液按质量百分比包括：硝化纤维素25％-30％，硅酸钠溶液55％-65％以及水溶液5％-20％，所述铸锭处理盒内压力不超过3.5Mpa。
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