DD155861A3 - METHOD FOR PRODUCING SWITCHES - Google Patents
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Abstract
Monotektisch in zwei Schmelzen L tief 1 und L tief 2 entmischte Cu-Cr-Legierungen werden verduest, so dass Pulver entstehen, die in der Zusammensetzung etwa den Schmelzen L tief 1 und L tief 2 entsprechen und sich bei der Abkuehlung und Erstarrung ausscheidende Cr- bzw. Cu-Gehalte in ausserordentlich feiner Verteilung enthalten. Der Herstellungsweg ueber den schmelzfluessigen Zustand ermoeglicht es, die Desoxydation und Entgasung der Cu-Cr-Legierungen unter reaktionskinetisch guenstigen Bedingungen durchzufuehren. Auch das Legieren mit weiteren Elementen ist dabei moeglich. Durch das Legieren von Cr mit Cu in einer Konzentration von <= 7 Masse-% wird eine Liquidustemperatur von 1470 Grad C erreicht. Damit kann das Vakuum-Induktionsschmelzen in bekannter Weise mit den technisch ueblichen Tiegelmaterialien angewendet werden,und das Verduesen wird ueberhaupt erst moeglich. Das Verduesen kann im Schutzgas-Gegenstrom oder unter Vakuum geschehen. Die Verarbeitung der Pulver zu Schaltstuecken erfolgt in bekannter Weise.Monotectic in two melts L deep 1 and L deep 2 demixed Cu-Cr alloys are verduest so that powders are formed, which in the composition about the melt L deep 1 and L deep 2 correspond and precipitated during cooling and solidification Cr-. or contain Cu contents in exceptionally fine distribution. The production route via the molten state makes it possible to carry out the deoxidation and degassing of the Cu-Cr alloys under reaction kinetically favorable conditions. Alloying with other elements is also possible. By alloying Cr with Cu in a concentration of <= 7% by mass, a liquidus temperature of 1470 ° C is achieved. Thus, the vacuum induction melting can be applied in a known manner with the technically usual crucible materials, and Verduesen is possible at all. The Verduesen can be done in inert gas countercurrent or under vacuum. The processing of the powder to Schaltstuecken done in a known manner.
Description
21 7 4 7 5 -*-21 7 4 7 5 - * -
Verfahren zur Herstellung von »SchaltstückenMethod for the production of »contact pieces
Anwendungsgebiet „der ErfindungField of application "of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur HerstellungThe invention relates to a process for the preparation
von Schaltstücken für Vakuum-Bogenlöschkammern und of switching pieces for vacuum arc extinguishing chambers and
gekapselte Schaltgeräte aus Legierungen auf Cu-Cr-Basis,encapsulated switching devices made of Cu-Cr-based alloys,
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Spezielle Anwendungsgebiete in der Technik fordern Legierungen mit Eigenschaften, die sich in ihrer Kombination eigentlich ausschließen· Beispielsweise ergeben sich solche Forderungen an Schalt^tückmaterialien für Vakuumschalter· Derartige Legierungen sollen eine hohe elektrische Leitfähigkeit neben niedriger Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Liquidustemperatür neben hohem Dampfdruck haben. Es ist aber bekannt, daß im allgemeinen bei einer hohen elektrischen Leitfähigkeit auch die Wärmeleitfähigkeit hoch und bei hoher Schmelztemperatur derSpecial applications in the art require alloys with properties that actually preclude their combination. For example, such demands are made on switching materials for vacuum interrupters. Such alloys should have high electrical conductivity in addition to low thermal conductivity and a high liquidus temperature in addition to high vapor pressure. However, it is known that in general at a high electrical conductivity, the thermal conductivity and high at high melting temperature
' ' 217 6 7 5 2 '' 217 6 7 5 2
der'Legierungskomponenten-.-deren Dampfdruck niedrig ist©der'Legierungskomponenten.-.- whose vapor pressure is low ©
Eine Kompromißlösung läßt sich für bestimmte Anwendungsfälle finden, indem man Metalle mit im festen Zustand . möglichst geringer gegenseitiger Löslichkeit kombiniert. Diese Metalle liegen dann auch in der Legierung in nahezu reiner Form nebeneinander, mehr oder weniger fein verteilt vor und behalten somit auch ihre mitunter sehr voneinander abweichenden Eigenschaften weitgehend unbeeinflußt bei. Derartige Legierungen werden auch als Pseudölegierungen oder Verbundstoffe bezeichnet (Schreiner, H*g Systematik der Kontaktstoffe und Starkstromkontakte , Ζβ Metallkunde 48 (1957) 4, S. 180 - 190| Schreiner, H* 5 Verbundwerkstoffe und ihre Anwendung für elektrische Kontakte, Z0 Metallkunde 58 (1967) 9, S· 600 - 605)*A compromise solution can be found for certain applications by using metals in the solid state. combined as low as possible mutual solubility. These metals are then in the alloy in almost pure form next to each other, more or less finely divided and thus retain their sometimes very divergent properties largely unaffected. Such alloys are also referred to as pseudo alloys or composites (Schreiner, H * g systematics of contact materials and power contacts, Ζ β Metallkunde 48 (1957) 4, p. 180-190 | Schreiner, H * 5 composite materials and their application for electrical contacts, Z 0 Metallkunde 58 (1967) 9, S · 600 - 605) *
Im allgemeinen haben solche Legierungen ein monotektische s Zustandsdiagramm, sind also bereits im flüssigen Zustand nur begrenzt ineinander löslich, und es liegen für einen bestimmten Konzentrations- und Temperaturbereich zwei Schmelzen nebeneinander vor. Schmelz- und gießtechnisch lassen sich diese Legierungen kaum beherrschen,, Sie haben.trotz ihrer großen Bedeutung für bestimmte Anwendungsfälle kaum Eingang in die Praxis gefundeneIn general, such alloys have a monotectic state diagram, that is, they are only sufficiently soluble in one another even in the liquid state, and two melts are present side by side for a certain concentration and temperature range. Melting and casting technology, these alloys can hardly be mastered, they have. Despite their great importance for certain applications hardly found in practice
Ein gewisser Ausweg wurde für solche Metalle gefunden, die sich pulvermetallurgisch verarbeiten lassen (ze E· DD BS 74 881)· Aber auch die. pulvermetallurgische Technologie entspricht nicht in allen Fällen den gestellten Anforderungen« So wurden bereits 1957 Legierungen des .monotektischen Systems Cu-Cr bzw* Cr-Cu für Schaltstückmaterialien empfohlen (Schreiner, H0s SystematikA certain way out was found for such metals, which can be powder metallurgically processed (z e E · DD BS 74 881) · But also the. Powder metallurgical technology does not meet the requirements in all cases. "As early as 1957, alloys of the .monotectic system Cu-Cr or * Cr-Cu were recommended for contact material (Schreiner, H 0 s classification
217 4 75 3217 4 75 3
der Kontaktwerkstoffe und Starkstromkontakte, Z. Metallkunde 48 (1957) 4, S, 180 y- 190)« Diese, konnten· sich^ Λ,„.:,., aber trotz der zu erwartenden günstigen Eigenschaften bis heute nicht durchsetzen.the contact materials and power contacts, Z. Metallurgy 48 (1957) 4, S, 180 y 190) "This could · to ^ Λ"., but not prevail despite the expected favorable characteristics to this day..
Neue Impulse bekamen diese Entwicklungsarbeiten durch die Einführung des Vakuumschalters im technischen Maßstab«This development work received new impetus from the introduction of the vacuum switch on an industrial scale «
Gegenwärtig ist man bestrebt, diese Legierungen auf pulvermetallurgischem Wege durch Sintern von Cr- und Cu-Pulver bzw. durch Tränken eines Cr-Skelettkörpers herzustellen (DE-OS 2522832), Den Auforderungen an Schaltstückmaterialien für Vakuumschalter kann damit aber noch nicht zufriedenstellend entsprochen werden«At present, it is endeavored to produce these alloys by powder metallurgy by sintering Cr and Cu powder or by impregnating a Cr skeleton body (DE-OS 2522832), but the requirements for contact material for vacuum interrupters can not yet be met satisfactorily. "
Die Erprobung und Untersuchung derartiger Schaltstückmaterialien wies einen außerordentlich starken Einfluß der Herstellungstechnologie nach, so ttdaß selbst bei nominell gleichem Basiswerkstoff unterschiedliche Hersteller durch unterschiedliche Pertigungstechnologie und Variation der Konzentrationsverhältnisse grundlegend andere Kontakteigenschaften erzielen" (Hässler, H·; Kippenberg, H; Schreiner, H. s Kontaktwerkstoffe für Vakuum-Mittelspannungs-Leistungsschalter, Elektrotechnik 63. (1981) 8, S. 26 - 28)·The testing and investigation of such switching piece materials had a very strong influence of the manufacturing technology for so tt that even if nominally the same basic material different manufacturers by different Pertigungstechnologie and varying the concentration ratios produce fundamentally different contact properties "(Hässler, H ·; Kippenberg, H; Schreiner, H s contact materials for vacuum medium-voltage circuit breakers, electrical engineering 63 (1981) 8, pp. 26-28)
Der unbefriedigende technische Stand bei der Verarbeitung von Legierungen mit monotektisehern Zustandsdiagramm kommt auch darin zum Ausdruck, daß man den hohen technischen und ökonomischen Aufwand nicht scheut und die Untersuchungen im schwerelosen Raum, d. h· unter kosmischen Bedingungen weiterführt (z. B. Sahm, P. R.: Werkstofftechnologie unter Weltraumbedingungen^ Metall (1977) 7, S. 739 - 746).The unsatisfactory state of the art in the processing of alloys with monotektisehern state diagram is also expressed in that one is not afraid of the high technical and economic effort and the investigations in weightless space, d. continues under cosmic conditions (eg Sahm, P. R .: Materials technology under space conditions ^ Metall (1977) 7, pp. 739-746).
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Dabei liegt u. a» die Absicht zugrunde, den pulver- : ,metallurgischen. Weg zu umgehen und das Problem der schmelzmetallurgischen Herstellung zu lösene Man erwartet, Mdaß sich durch Erstarren von Legierungen aus im flüssigen Zustand nicht mischbaren Komponenten, aus Legierungen also? deren Zweistoffsystem eine Mischungslücke aufweist, bei Schwerelosigkeit ein besonderer Gefügeaufbau erzielt, der zu verbesserten Eigenschaften führt, ... Solche Legierungen weisen, wie aus der Literatur bekannt ist, außergewöhnliche Eigenschaften auf, und es erscheint deshalb möglich, völlig neue Legierungen mit bisher unbekannten Eigenschaften zu entwickeln8* (Herz, Doj Simhan, K.j ¥/inter, Η«ι Erstarrungsverhalten von Legierungen im schwerelösen Zustand, Forschungsbericht W 75 - .23, Weltraumforschung Frankfurt/Main 1975)« Allein aus ökonomischen Gründen ist aber in der nächsten Zeit nicht damit zu rechnen, daß metallurgische Prozesse im technischen Maßstab unter kosmischen Bedingungen realisiert werden, so daß dieser Weg zur schmelztechnischen Herstellung homogener monotektischer Legierungen zumindest vorläufig ausscheidet.It is u. a "the intention underlying the powdery, metallurgical. Way to get around and to solve the problem of melting metallurgical production e It is expected that M by solidification of alloys of immiscible liquid-state components of alloys, then? their binary system has a miscibility gap, achieved in microgravity, a special structural structure, which leads to improved properties, ... Such alloys have, as is known from the literature, extraordinary properties, and it therefore seems possible, completely new alloys with previously unknown properties to develop 8 * (heart, Doj Simhan, Kj ¥ / inter, Η "ι solidification behavior of alloys in severe solve state research report W 75 - .23, space Exploration Frankfurt / Main 1975)" Just by looking for economic reasons but is not in the near future to expect that metallurgical processes can be realized on an industrial scale under cosmic conditions, so that this way for the melting technical production of homogeneous monotectic alloys eliminated at least for the time being.
Eine weitere Möglichkeit, die Homogenität monotektischer Legierungen zu verbessern, besteht in der Anwendung sehr hoher Abk'ühlungsgeschwindigkeiten. Allerdings muß die Temperatur der Schmelze oberhalb der Mischungslücke liegen, und von dieser Temperatur muß mit einer Geschwindigkeit von ICp.bis 104 K/s abgekühlt werden (Predel, B.; Arpshofen, I»s Zur Entwicklung metallischer Schmelzen unter besonderer Berücksichtigung des Gravitationsflusses, Metall 34 (1980) 5, S. 412 - 420).Another way to improve the homogeneity of monotectic alloys is to use very high cooling rates. However, the temperature of the melt must be above the miscibility gap, and this temperature must be cooled at a rate of from ICp to 10 4 K / s (Predel, B. Arpshofen, I »s For the development of metallic melts, with special reference to the gravitational flow , Metal 34 (1980) 5, p. 412-420).
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Derartige Abkühlungsgeschwindigkeiten lassen sich nur für sehr kleine Volumeneinheiten realisieren· Die geringen durchsetzbaren Metallmengen schließen ebenfalls eine technische Nutzung in der nächsten Zeit aus. Die Homogenität von Legierungen, deren Komponenten im festen Zustand keine oder eine geringe gegenseitige Löslichkeit haben, kann durch Verdüsen der allerdings homogenen Schmelze erreicht, werden (Schreiner, H,s Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte, Springer-Verlag 1964)· Die Meinung der Fachwelt spiegelt sich in folgender Darlegung wieder? "Die Verdüsungsverfahren lassen sich auf reine Metalle und Legierungen anwenden· Bei den letzteren können auch Systeme, die im flüssigen Zustand löslich, im festen Zustand jedoch unlöslich sind, gepulvert werden" (Schreiner, H·: Pulvermetallurgie elektrischer Kontakte, Springer-Verlag 1964)· Obwohl das Schmelzen von Metallen und Legierungen seit mehr als 20 Jahren bekannt ist (Naeser, G.; Steffe, H.; Scholz, W,: Grundlagen der Roheisenzunderverfahren zur Herstellung von Eisenpulver, Stahl und Eisen 68 (1948), S. 346 - 353; Eisenkolb, P·: Probleme der Gewinnung von Metallpulver zur Herstellung von Maschinen- und Geräteteilen, Heue Hütte 4 (1959) 9, S. 534 - 540), wurde das Verdüsen monotektischer Legierungen unter den Bedingungen der Entmischung im flüssigen Zustand nie in Betracht gezogen·Such cooling rates can only be achieved for very small volume units. The low enforceable metal quantities likewise rule out a technical use in the near future. The homogeneity of alloys whose components in the solid state have little or no mutual solubility can be achieved by atomizing the homogeneous melt, however (Schreiner, H, s Pulvermetallurgie electrical contacts, Springer-Verlag 1964) · The opinion of the art is reflected in the following explanation again? "The atomization methods can be applied to pure metals and alloys. In the latter case, systems which are soluble in the liquid state but insoluble in the solid state can also be powdered" (Schreiner, H ·: Pulvermetallurgie elektrische Kontakte, Springer-Verlag 1964) · Although the melting of metals and alloys has been known for more than 20 years (Naeser, G., Steffe, H., Scholz, W ,: Foundations of the iron-iron process for the production of iron powder, steel and iron 68 (1948), p - Eisenberg, P ·: problems of obtaining metal powder for the production of machine and equipment parts, Heue Hütte 4 (1959) 9, pp. 534-540), the atomization of monotectic alloys under the conditions of segregation in the liquid state never taken into consideration·
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, aus im geschmolzenen Zustand monotektisch zu zwei Schmelzen L„ und L-entmischten Cu-Cr-Legierungen, die also im schraelzflüssigen Zustand in vorteilhafter V/eise desoxydiert, entgastThe object of the invention is to degas monotectically in the molten state to two melts L "and L-de-mixed Cu-Cr alloys, which therefore deoxides in an advantageous manner in the lean-metal state
und legiert werden können, ein homogenes, für die Schaltstückherstellung von Bogenlöschkammern geeignetes Ausgangsmaterial herzustellen.and can be alloyed to produce a homogeneous starting material suitable for switch manufacturing arc quenching chambers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen für Schaltstücke von Vakuumschaltern und Bogenlöschkammern bereitzustellen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß monotektisch in zwei Schmelzen L1 und Lp, entmischte Cu-Cr-Legierungen verdüst werden, so daß Pulver entstehen, bei denen die Pulverpartikel in der Zusammensetzung den Schmelzen L1 bzw· L2 entsprechen und sich bei der Abkühlung und Erstarrung ausscheidende Cr- bzw« Cu-Gehalte in außerordentlich feiner Verteilung enthalten» Die Verteilung von Cu bzw« Cr kann folglich noch wesentlich feiner sein als bei den üblichen pulvermetallurgisch hergestellten Materialien, bei denen man beispielsweise von reinem Cr-PuIver und reinem Cu ausgeht« Die sehr feine Verteilung der Legierungselemente wirkt sich vorteilhaft auf das Schaltverhalten ause Das Bogenlaufverhalten wird verbessert und damit der Schaltstückabbrand gesenkt»The invention has for its object to provide a method for the production of materials for contact pieces of vacuum switches and arc extinguishing chambers. The essence of the invention is that monotectically in two melts L 1 and Lp, demixed Cu-Cr alloys are atomized, so that powders are formed in which the powder particles in the composition of the melts L 1 and · correspond to L 2 and at The distribution of Cu or Cr can consequently be much finer than in the usual powder-metallurgically produced materials, in which, for example, of pure Cr powder and pure Cr Cu "The very fine distribution of the alloying elements has an advantageous effect on the switching behavior. The sheet running behavior is improved, thus reducing the number of consumable components."
Der Herstellungsweg über den schmelzflüssigen Zustand ermöglicht es, die Desoxydation und Entgasung der Cu-Cr-Legierungen unter günstigen reaktionskinetischen Bedingungen durchzuführen· Auch das Legieren mit weiteren Elementen ist dabei möglich«The production route via the molten state makes it possible to carry out the deoxidation and degassing of the Cu-Cr alloys under favorable reaction-kinetic conditions. It is also possible to alloy with further elements.
Das Verdüsen kann im Schutzgas-Gegenstrom oder unter Vakuum geschehene Die Verarbeitung der Pulver zu Schaltstücken erfolgt in bekannter Weise.The atomization can be done in a protective gas countercurrent or under vacuum. The processing of the powder to switching pieces is done in a known manner.
217 4 75 ,7217 4 75, 7
,Durph.. das Legieren von Cr- mit Cn in einer Konzentration^ ^ von £ 7 Masse-/£ wird eine Liquidustemperatur von 1470 0C erreicht» Damit kann das Vakuum-Induktionsschmelzen in bekannter Weise mit den technisch üblichen Tiegelmaterialien angewendet werden, und das Verdüsen wird überhaupt erst möglich· Die schmelzmetallurgische Behandlung von unlegiertem Cr würde dagegen außerordentlich große Schwierigkeiten wegen des hohen Schmelzpunktes, des hohen Dampfdruckes und der großen Reaktivität bereiten., Durph .. the alloying of Cr- with Cn in a concentration ^ ^ of 7 pounds / wird a liquidus temperature of 1470 0 C is reached »Thus, the vacuum induction melting can be applied in a known manner with the commercially available crucible materials, and atomizing is possible in the first place. Melt-metallurgical treatment of unalloyed Cr, on the other hand, would cause extremely great difficulties because of the high melting point, high vapor pressure and high reactivity.
Die im Gußmaterial aus Cu-Cr-Legierungen auftretenden groben Entmischungen werden aber vermieden, indem das Gemenge aus den Schmelzen L. und L2 gemeinsam verdüst wird.However, the coarse segregation occurring in the cast material of Cu-Cr alloys are avoided by the mixture of the melts L. and L 2 is atomized together.
Die Einstellung der gewünschten Zusammensetzung der Schaltstücke ist mit hoher Reproduzierbarkeit möglich, da die Zusammensetzung von L. und L2 gemäß dem Zustandsdiagramm vorgegeben ist, und durch die Variation der Cr- bzw. Cu-Konzentration die Anteile von L1 und L2 gezielt verändert werden können.The setting of the desired composition of the switching pieces is possible with high reproducibility, since the composition of L. and L 2 is given according to the state diagram, and by the variation of the Cr or Cu concentration, the proportions of L 1 and L 2 selectively changed can be.
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