CN1209213C - 真空定向凝固制造铜铬触头材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了真空定向凝固制造铜铬触头材料的方法。该方法是先将铜和铬在真空感应炉中熔化成合金液相，然后将合金液体注入单边水冷浇铸模中，在浇铸过程中控制合金液体的浇注速度，在铸锭的上方始终保持3mm-45mm高度的液体，采用定向凝固的方法，同时使凝固区形成一定的温度梯度进行冷却，使注入液体的速度和浇铸模内的合金液体凝固速度达到平衡，并定向凝固出铜铬触头材料。经实验证明，采用本发明的方法和模具，制造的铜铬触头材料的铬含量重量比例为3%-45%，触头材料组织细小，铬颗粒均匀，材料致密。同时在浇铸时没有明显的缩孔，成品率高，有效地提高了真空断路器触头使用时的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电工材料领域，特别涉及一种真空定向凝固制造真空断路器铜铬触头材料的方法。
背景技术
触头是真空断路器的核心部件，铜铬触头合金是目前真空断路器制造中最常用的触头材料，现有技术中触头材料的制造方法有：粉末冶金法、真空烧结熔渗法、自耗电极熔炼法和真空熔炼快速冷却法，上述方法都存在明显的缺点。
粉末冶金法是将铜粉和铬粉混合均匀经压力成型、单片真空烧结制成，缺点是气体含量高，致密程度低。真空烧结熔渗法是将铜粉烧结成多孔骨架，再用液态铜进行熔渗，熔渗法的优点是设备投资少，生产出的铜铬触头的气体含量和密度以及某些电性能明显优于混粉法生产出的触头，其缺点是生产周期长，因熔渗缺陷产生的废品率较高，晶粒粗大。自耗电极熔炼法是先将铜粉和铬粉混合，预烧结成自耗电极，再将自耗电极重熔成铜铬铸锭，该方法的主要优点是生产出的铜铬触头的组织细小，致密度高，其缺点是设备投资大，生产工艺复杂，结晶时易产生宏观的铬偏析，特别是气体含量高。真空熔炼快速冷却法是近年来研制的一种铜铬触头材料制造方法，该方法是先将铜和铬在高温下熔炼成合金化液相，然后注入铸模快速结晶固化成铸锭，其缺点是在实际生产中，由于冷却速度较快，材料容易形成缩孔，而在冷速较低时，则出现铜和铬的比重偏析和粗大的铬枝晶。上述缺点都会对触头材料的组织产生影响从而降低真空断路器触头使用的可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足提供一种真空定向凝固制造铜铬触头材料的方法，以达到改善真空铜铬触头材料组织和性能的目的。
为实现本发明的目的，本发明提供一种真空定向凝固制造铜铬触头材料的方法，该方法是先将铜和含有3％-45％重量比例的铬以及添加合金在真空感应炉中熔化成合金液相，根据铬含量的比例，使合金液相的温度保持在1150-1500℃范围，并注入一个在模具腔体下方设置有一通水冷却底座的单边水冷铸模中，在浇铸过程中，控制浇铸速度使液体始终保持在3mm-40mm高度，由于铸模的单边水冷结构形式，使得凝固的方向是一定的，在浇铸过程中控制合金液体的注入高度，使凝固区按50-300℃/mm的温度梯度进行冷却，注入液体的速度和铸模内的合金液体凝固速度达到平衡并定向凝固出铜铬触头材料。
附图说明
附图1是单边水冷铸模的结构图
具体实施方式
以下结合实验结果及附图对本发明作进一步的详细说明。在实现真空定向凝固制造断路器铜铬触头材料的浇铸过程中，按以下方法及步骤进行：
1)、将铜和含有3％-45％重量比例的铬以及添加合金在高温下熔化成合金液相；
2)、根据铬含量的比例，使合金液相的温度保持在1150-1500℃范围，并注入具有单边水冷结构铸模的模具腔体1中；
3)、在浇铸过程中，通水冷却底座2进行通水冷却，由于出水口4的位置比进水口3的位置高，冷却底座2中始终充盈冷水保持循环冷却。
4)、在浇铸过程中，进入模具腔体1中的合金液体在冷却作用下开始由下向上凝固，随着液体的凝固，浇铸中始终控制在铸锭的上方保持3mm-45mm高度的液体，使合金液体的注入速度和铸锭的凝固速度达到平衡，使铸锭的凝固均匀。
在实验中浇铸速度随着凝固速度控制在使液体高度始终保持在已凝固铸锭上方的3mm-40mm，尤其是将浇铸速度控制在使液体高度保持在已凝固铸锭上方的5mm-20mm时，合金液体按50-300℃/mm的温度梯度定向冷却，在此温度梯度下冷却，可以使合金液体保持一定的凝固速度，不会出现铬的大范围偏析，同时由于铸锭的上方保持一定高度的液体进行液体补充而不会出现缩孔，铸锭的结晶显微组织更为均匀细小。
图1为实现真空定向凝固方法制备断路器铜铬触头材料所设计的单边水冷铸模。定向凝固浇铸模设计为单边水冷结构，在模具腔体1的下方设计有通水冷却底座2，通水冷却底座2的出水口4的位置比进水口3的位置高，以保证底座始终充盈冷却水，使合金液体向通水冷却底座2的方向散热。模具腔体1采用陶瓷或石墨隔热材料，可根据所需的触头片直径选择合适内径的模具腔体，在浇铸过程中控制在铸锭的上方始终保持3mm-45mm高度的液体，以保证对铸锭凝固时的连续补充。
采用本发明的方法及模具制造铜铬触头材料，在浇铸时由于浇铸速度和冷却速度的一致以及在铸锭上方始终保持一定高度的液体，不会出现冷却速度过快材料容易形成缩孔的缺点，也不会在冷却速度较低时出现铜铬比重偏析和粗大铬枝晶的现象，铬的含量比例为3％-45％，组织细小，铬颗粒均匀，材料致密性高，有效地提高了真空断路器触头材料的耐电压强度、分断能力和抗烧蚀等性能，从而提高真空断路器的可靠性。采用单边水冷铸模，结构简单，易于实施，且成品率高。
Claims (2)
1、一种真空定向凝固制造断路器铜铬触头材料的方法，将铜和含有3％-45％重量比例的铬以及添加合金在高温下熔化成合金液相，其特征还包括以下步骤：
1)、将温度保持在1150-1500℃范围的合金液相注入具有单边水冷结构的铸模模具腔体[1]中；
2)、在浇铸过程中，将浇铸速度控制在使液体高度始终保持在3mm-40mm，使合金液体按50-300℃/mm的温度梯度定向冷却。
2、根据权利要求1所述的真空定向凝固制造断路器铜铬触头材料的方法，其特征在于：在浇铸过程中将浇铸速度控制在使液体高度保持在5mm-20mm。
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