CN1219898C - 一种用于制备CuCr合金触头材料的合金粉末的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备CuCr合金触头材料的合金粉末的制备方法，按重量百分比计，该合金成分为Cu48-52wt%、Cr48-52wt%，在上述100wt%的CuCr合金基础上再加入0.1-0.5wt%的Fe、0.1-0.5wt%的W、0.1-1.0wt%的Nb合金元素。按合金成分配料，在惰性气氛保护下将原料熔化，浇铸成合金预制锭。在惰性气氛下升温至2200℃将合金预制锭熔化，以高纯惰性气体为雾化气体，进行雾化，雾化压力为0.5-1.0MPa。本发明的合金粉末球形度高、氧含量低、氮含量低、合金成分均匀、组织均匀，有利于制备高性能的合金触头材料。

Description

一种用于制备CuCr合金触头材料的合金粉末的制备方法

技术领域

本发明涉及一种Cu-Cr合金粉末，更具体地说是大功率真空断路开关触头材料用CuCr合金粉末的制备方法。

背景技术

Cu-Cr合金触头(Cr含量25-50wt％)具有分断电流能力大、耐电压强度高、电弧烧损率低等优点，是目前国内外制造大功率真空断路开关时普遍采用、同时对开关性能起决定性作用的关键部件。高质量的Cu-Cr合金触头(材料)必需同时满足以下2个基本要求：

1、具有尽可能低的气体含量，避免大功率真空断路开关工作时触头在真空灭弧室中产生放气现象；

2、Cr颗粒尺寸尽可能细小且在触头表面均匀分布，避免当大功率真空断路开关开断时电弧能量过于集中在Cr颗粒尺寸较大或偏聚的部位，导致触头表面被烧蚀而影响其导电性能。

Cu-Cr合金在相图上属于偏晶系合金，Cr在Cu基体中的平衡溶解度极低(平衡态时≤1wt％)，传统材料制备工艺难以制备高性能触头材料。为满足大功率真空断路开关的工作条件对触头性能所提出的要求，目前国际上主要采用传统的粉末冶金工艺技术生产Cu-Cr合金(Cr含量25-50wt％)触头材料，即，浸渗法和混粉烧结法(Cu粉和Cr粉机械混合烧结)。

上述两种传统粉末冶金工艺目前存在的主要问题是：

1、由于Cu-Cr合金触头材料中Cr颗粒的尺寸受原料Cr粉颗粒尺寸的限制，最终触头产品中Cr颗粒尺寸平均在70-100μm左右，导致难以获得更高质量的Cu-Cr合金触头材料。

2、传统的粉末冶金工艺制备的触头中的气体含量仍难以控制在较低的水平，一般氧含量为500ppm以上。

3、在使用浸渗法生产Cu-Cr合金触头材料时，成品坯料长度仅占原始Cr粉骨架结构长度的1/2左右；而在使用混粉烧结法生产Cu-Cr合金触头材料时，由于Cu和Cr熔点相差很大、相互之间界面浸润性不好，使得烧结后的材料致密度较低、缺陷较多，亦将导致触头加工过程中材料利用率低、制造成本高昂，尤其是不能制备Cr含量较高的Cu-Cr合金触头材料(如CuCr50等)；

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于制备大功率真空断路开关触头材料的Cu-Cr合金粉末的制备方法。由于传统触头制备技术存在上述问题，因此利用本发明的方法所制备的合金化的CuCr合金粉末，可以在很低的温度600-800℃进行烧结，有利于解决上述问题，同时大幅度提高触头材料的综合使用性能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的一种大功率真空断开关触头材料用CuCr50合金粉末，按重量百分比计，合金成分为Cu48-52wt％、Cr48-52wt％、在上述100wt％的CuCr合金基础上再加入0.1-0.5wt％的Fe、0.1-0.5wt％的W、0.1-1.0wt％的Nb等合金元素。

本发明的用于制备CuCr合金触头材料的合金粉末的方法包括下述步骤：

(1)按合金成分，以重量百分比计，合金成分为Cu48-52wt％、Cr48-52wt％，在上述100wt％的CuCr合金基础上再加入0.1-0.5wt％的Fe、0.1-0.5wt％的W、0.1-1.0wt％的Nb合金元素，进行配料；

(2)在惰性气体保护下，升温至2150-2250℃将原料熔化，浇铸成预制锭；

(3)在惰性气体保护下，升温至2200-2400℃将合金预制锭熔化后，进行雾化，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5-1.0Mpa。其中，在上述步骤(3)中，采用感应加热至2200℃将合金锭熔化，保温10min使合金熔体均匀化，即可以进行雾化了。

在上述步骤(3)中的所述高纯惰性气体为高纯氩气和高纯氮气中的一种。

在上述步骤(3)中，所述将合金预制锭熔化过程是将合金预制锭在感应加热熔炼炉中熔化，温度为2300-2400℃，再经感应加热中间包加热，温度为2000-2100℃；所述雾化的过程是将熔化后的熔体通过与非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管，导流管为感应加热，温度为2000-2100℃。

附图说明

图1为本发明的制备方法中制备装置示意图

图2为用本发明的方法所制备的CuCr合金触头材料的合金的微观组织照片

具体实施方式

由于CuCr合金在相图上属于偏晶系合金，其熔点高达1860℃以上，而合金熔化雾体时的实际温度更高达2200℃以上，且还必须快速凝固气雾化。因此，本发明可以采取下述的制备装置配合本发明的方法进行制备合金粉末。该制备装置是采用上、下两个罐体，上罐体为熔炼罐体1、下罐体为雾化罐体2，雾化罐体2内从上到下依次设有感应加热熔炉3、感应加热中间包4。感应加热中间包4的进口上对感应加热熔炼炉3的出口，而感应加热中间包4的出口接导流管5，导流管5的出口通入雾化罐体2内。在导流管5管壁的四周设有感应加热系统6，并在导流管5的出口处设有非限制式气流雾化喷嘴7，导流管5的出口段位于非限制式气流雾化喷嘴的中间，且导流管5与非限制式气流雾化喷嘴7之间采用的是分离配合方式。采用这种非限制式气流雾化喷嘴进行气雾化合金粉末的制备，既避免了高熔点合金雾化给限制式喷嘴使用时所带来的种种问题，又保持了限制式喷嘴雾化效率高、合金细粉产出率高的优点。

为了保证合金粉末的冷却速度，在雾化罐体2内装备了多组气冷冷却盘(图1中未示出)。

上述制备装置是为了配合本发明的工艺方法，但完成本发明的方法并不局限于该制备装置，也可以采用其它方式的制备装置进行本发明的工艺方法。

实施例。

按合金成分，以重量百分比计，合金成分为Cu50wt％，Cr50wt％，在该100wt％的CuCr合金的基础上，再加入0.2wt％的Fe，0.2wt％的W，0.5wt％的Nb合金元素进行配料。

在惰性气体保护下，将上述原料放入熔化炉中，升温至2200℃将原料熔化，浇铸成预制锭。

配制合金预制锭以后，如图1所示，将合金预制锭装入感应加热熔炼炉3中，升温至2300℃，保温10min，然后将熔体导入感应加热中间包4中，感应加热中间包4的加热温度为2000℃，熔体经感应加热中间包4进入导流管5中，导流管5的感应加热系统6的加热温度为2000℃，并在极短的时间内可以将导流管加热至2000℃。由于合金雾化温度很高，因此在气雾化过程中选用完全非限制式气雾化喷嘴7，在工作过程中导流管5与非限制式气流雾化喷嘴7之间采用的是分离配合方式。在雾化罐体2内采用高纯氩气进行气雾化，雾化压力1.0MPa，溶体经导流管5与非限制式气流雾化喷嘴7后成雾化粉末8。一次性连续雾化30公斤Cu50Cr50合金高温熔体时，喷嘴工作十分稳定，-100至+500目粒度范围内合金粉末的出粉率可达90％以上。

合金粉末收集以后采用振动筛分或超声筛分方法进行粉末筛分。合金粉末筛分后，进行真空封装贮存。

本发明的优点在于：

1、合金粉末气体含量低、氧含量低、氮含量低、Cr析出相细颗粒细小且均匀分布。

2、合金粉末球形度高，且粒度分布均匀，该合金粉末的微观组织照片如图2所示。

3、该合金粉末合金化良好，易于进行粉末烧结，制备高性能的大功率真空断路开关触头材料。

Claims (3)

1、一种用于制备CuCr合金触头材料用的合金粉末的制备方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：

(1)按合金成分，以重量百分比计，合金成分为Cu48-52wt％、Cr48-52wt％，在上述100wt％的CuCr合金基础上再加入0.1-0.5wt％的Fe、0.1-0.5wt％的W、0.1-1.0wt％的Nb合金元素，进行配料；

(2)在惰性气体保护下，升温至2150-2250℃将原料熔化，浇铸成预制锭；

(3)在惰性气体保护下，升温至2200-2400℃将合金预制锭熔化后，进行雾化，雾化气体为高纯惰性气体，雾化压力为0.5-1.0Mpa。

2、根据权利要求1所述的用于制备CuCr合金触头材料用的合金粉末的制备方法，其特征在于：在上述步骤(3)中的所述高纯惰性气体为高纯氩气和高纯氮气中的一种。

3、根据权利要求1或2所述的用于制备CuCr合金触头材料用的合金粉末的制备方法，其特征在于：在上述步骤(3)中，所述将合金预制锭熔化过程是将合金预制锭在感应加热熔炼炉中熔化，温度为2300-2400℃，再经感应加热中间包加热，温度为2000-2100℃；所述雾化的过程是将熔化后的熔体通过与非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管，导流管为感应加热，温度为2000-2100℃。

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