KR20060082515A - Method for manufacturing contact materials for vacuum interpreter and contact materials manufactured thereby - Google Patents

Method for manufacturing contact materials for vacuum interpreter and contact materials manufactured thereby Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래 소결법, 용침법, 아크용해법 대신 진공주조법을 이용하여 Cu-Cr계 접점소재를 제조하고, 이를 시효처리함으로써 구상의 Cr 석출물이 Cu 기지 내에 균일하게 석출되게 하여 기계적, 전기적 특성이 매우 우수한 접점소재를 제조할 수 있도록 한 진공차단기용 접점소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 접점소재에 관한 것이다. The present invention manufactures a Cu-Cr-based contact material using vacuum casting instead of the conventional sintering method, infiltration method, and arc melting method, and ages it so that spherical Cr precipitates are uniformly precipitated in the Cu base, thereby providing very high mechanical and electrical properties. The present invention relates to a method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker, and a contact material manufactured thereby.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 제조방법은, 중량%로 Cu 20∼95%, Cr 5∼80%인 원료를 비산화성 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳(ingot)을 제조하는 주조 단계, 제조된 잉곳을 800∼1070℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 용체화처리하는 단계 및 용체화처리된 잉곳(ingot)을 400∼700℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 시효처리하는 단계로 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention is to ingot by solidifying a raw material of 20% to 95% Cu and 5% to 80% Cr by weight in a non-oxidizing atmosphere and then solidifying it. (ingot) for the casting step, the ingot prepared ingot for 30 minutes to 2 hours at 800 ~ 1070 ℃ temperature and the solution ingot (ingot) for 30 minutes at 400 to 700 ℃ temperature Aging for time.

진공차단기, 진공주조법, 용체화처리, 시효처리Vacuum circuit breaker, vacuum casting method, solution treatment, aging treatment

Description

진공차단기용 접점소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 접점소재{Method for manufacturing contact materials for vacuum interpreter and contact materials manufactured thereby}Method for manufacturing contact material for vacuum breaker and contact material manufactured by the same {Method for manufacturing contact materials for vacuum interpreter and contact materials manufactured}

도1은 일반적인 진공차단기의 구성을 도시한 도면.1 is a view showing the configuration of a general vacuum circuit breaker.

도2는 종래의 진공차단기용 접점소재의 조직 사진.Figure 2 is a structure photograph of a contact material for a conventional vacuum circuit breaker.

도3은 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 Cr 함량에 따른 인장강도의 변화를 도시한 그래프. Figure 3 is a graph showing the change in tensile strength according to the Cr content of the contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention.

도4는 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 Cr 함량에 따른 전기전도도의 변화를 도시한 그래프.Figure 4 is a graph showing the change in electrical conductivity according to the Cr content of the contact material for the vacuum circuit breaker according to the present invention.

도5는 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 조직 사진.Figure 5 is a structure photograph of the contact material for the vacuum circuit breaker according to the present invention.

도6은 Cu-Cr의 상태도 일부를 도시한 도면.6 is a diagram showing a part of a state diagram of Cu-Cr.

도7은 본 발명에 따른 가공처리를 하기 전 조직 사진.Figure 7 is a tissue photograph before the processing according to the present invention.

도8은 본 발명에 따른 가공처리를 한 후 조직 사진.8 is a tissue photograph after the processing according to the present invention.

도9는 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 시효처리 온도에 따른 경도의 변화를 도시한 그래프.Figure 9 is a graph showing the change in hardness according to the aging treatment temperature of the contact material for the vacuum circuit breaker according to the present invention.

도10은 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 시효처리 온도에 따른 전기전도도의 변화를 도시한 그래프.10 is a graph showing the change in electrical conductivity according to the aging treatment temperature of the contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※※ Explanation of symbols about main part of drawing ※

1: 원통형 세라믹 절연 케이스 2,3: 스테인레스 터미널 보드1: cylindrical ceramic insulation case 2,3: stainless terminal board

4: 상부 받침대 5: 하부 받침대4: upper pedestal 5: lower pedestal

6: 원통형 쉴드 7: 고정 전극6: cylindrical shield 7: fixed electrode

8: 이동 전극 9: 벨로우즈8: moving electrode 9: bellows

본 발명은 진공차단기용 접점소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 접점소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래에 소결법, 용침법, 아크용해법으로 제조되던 Cu-Cr계 진공차단기용 접점소재를 진공주조 및 시효처리를 통해 제조함으로써 접점소재로서 요구되는 기계적, 전기적 특성을 향상시킨 진공차단기용 접점소재 제조방법 및 이에 의해 제조된 접점소재에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker and a contact material produced by the same, and more specifically, to a vacuum casting and The present invention relates to a method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker which improves mechanical and electrical properties required as a contact material by manufacturing through aging treatment, and a contact material manufactured thereby.

진공차단기는 차단 및 절연 성능이 우수하고, 구조가 단순하여 소형 경량화가 가능할 뿐만 아니라 정비 및 유지가 용이하며, 환경에 친화적이라는 장점으로 인해 각종 산업용 동력 설비나 배전 설비 등에 널리 사용되고 있다. 도1은 이러한 진공차단기의 구성을 나타낸다. 원통형 세라믹 절연 케이스(1) 및 스테인레스 터미널 보드(2,3)로 구성된 컨테이너가 마련되고, 컨테이너의 내부는 10-5∼10-8 Torr의 고진공 상태로 유지된다. 접점소재로 이루어진 한 쌍의 전극(7,8)이 상기 컨테이너 내부에 설치된다. 상기 한 쌍의 전극(7,8) 중에서 고정 전극(7)은 상부 받침대(4) 상에 고정 설치되고, 고정 전극(7)에 소정 간격 떨어지도록 마련된 이동 전극(8)은 벨로우즈(9)에 의해 이동 가능하게 설치된 하부 받침대(5) 상에 설치된다. 한 쌍의 전극(7,8)을 둘러싸도록 설치된 원통형 쉴드(6)는 전류 차단시에 발생하는 아크열로 인해 접점소재의 구성성분이 증발 또는 비산되어 절연 케이스(1)의 내부 표면에 부착되는 것을 방지해 준다.Vacuum circuit breakers are widely used in various industrial power equipments and distribution equipments because of their excellent breaking and insulating performance, simple structure, small size and light weight, easy maintenance and maintenance, and environmental friendliness. 1 shows the configuration of such a vacuum circuit breaker. A container composed of a cylindrical ceramic insulating case 1 and stainless terminal boards 2 and 3 is provided, and the inside of the container is maintained in a high vacuum state of 10 −5 to 10 −8 Torr. A pair of electrodes 7 and 8 made of a contact material is provided inside the container. Of the pair of electrodes 7 and 8, the fixed electrode 7 is fixedly installed on the upper pedestal 4, and the movable electrode 8 provided to be spaced apart from the fixed electrode 7 by a predetermined distance is attached to the bellows 9. It is installed on the lower pedestal 5 installed so as to be movable. The cylindrical shield 6 installed to surround the pair of electrodes 7 and 8 is formed by attaching to the inner surface of the insulating case 1 by evaporating or scattering the components of the contact material due to the arc heat generated when the current is interrupted. To prevent it.

상기와 같이 구성된 진공차단기에서 전극으로 사용되는 접점소재는 고전압, 고전류 및 고열(아크열)과 같은 가혹한 조건에서 사용되므로 다음과 같은 특성이 요구된다.Since the contact material used as an electrode in the vacuum circuit breaker configured as described above is used in harsh conditions such as high voltage, high current and high heat (arc heat), the following characteristics are required.

1) 기계적 강도가 높아 소성변형이 적을 것(기계적 강도가 클수록 차단성능이 우수하다). 1) High mechanical strength and less plastic deformation (the higher the mechanical strength, the better the blocking performance).

2) 경도가 높아 내마모성, 내용착성이 우수할 것(아크 발생시에 접점마모를 감소시켜 구성성분이 증발되거나 비산되는 것을 방지한다). 2) High hardness and good wear resistance and welding resistance (reduce contact wear when arc is generated to prevent components from evaporating or scattering).

3) 전기전도도가 높을 것(접촉저항이 낮고 통전용량이 크다). 3) High electrical conductivity (low contact resistance and high conductance).

4) 열전도도가 높을 것(차단성능이 우수하고 아크열을 신속히 배출한다). 4) High thermal conductivity (excellent blocking performance and rapid discharge of arc heat).

[미국 특허 제5,882,488호(1999), 미국 특허 제4,870,231호(1989), 1993년판 IEEE 플라즈마 과학 보고서 제21권 제5장 447쪽에 수록된 『진공 스위치 장치의 접점소재』(Contact Materials for Vacuum Switching Devices, IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 21, No. 5, (1993) pp. 447) 참조][Contact Materials for Vacuum Switching Devices, published in U.S. Patent No. 5,882,488 (1999), U.S. Patent No. 4,870,231 (1989), 1993, IEEE Plasma Science Report, Vol. IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 21, No. 5, (1993) pp. 447)]

접점소재가 갖추어야 할 상기한 특성들을 충족시키기 위해 초기에는 Cu-Bi, Cu-Pb, Cu-Co-Bi, Cu-Co-Pb, Cu-Cr, Cu-Cr-Bi, Cu-Cr-Pb와 같은 합금들이 사용되어 왔으나, 상기한 Bi, Bb 등의 저융점 금속은 대전류를 반복적으로 차단하는 경우 쉽게 열화되어 비산, 증발되었으므로 내마모성이나 내용착성을 충족시킬 수 없었기 때문에 1990년대 이후에는 대부분의 대전류 차단기의 접점소재로서 Cu-Cr계 합금이 사용되고 있다.Cu-Bi, Cu-Pb, Cu-Co-Bi, Cu-Co-Pb, Cu-Cr, Cu-Cr-Bi, Cu-Cr-Pb and the Although the same alloys have been used, most of the large current circuit breakers since the 1990s because the low melting point metals such as Bi and Bb were easily deteriorated, scattered, and evaporated when they repeatedly blocked large currents. Cu-Cr alloy is used as the contact material of the.

이러한 Cu-Cr계 접점소재의 제조방법으로 종래에는 소결법, 용침법, 아크용해법 등이 주로 사용되어 왔는 바, 이들 방법을 간단히 설명한다.As a manufacturing method of such a Cu-Cr-based contact material, the sintering method, the infiltration method, the arc melting method, and the like have been mainly used, and these methods will be briefly described.

소결법은 Cu 분말과 Cr 분말을 균일하게 혼합한 후 혼합된 분말을 금형에 넣고 가압하여 성형체를 만들고 이를 수소 또는 진공 분위기 하에서 고상 또는 액상으로 소결하여 접점소재를 제조한다.In the sintering method, the Cu powder and the Cr powder are uniformly mixed, and then the mixed powder is put into a mold and pressurized to form a molded body, which is then sintered in a solid or liquid state under a hydrogen or vacuum atmosphere to prepare a contact material.

용침법은 Cr 분말 또는 Cu-Cr 혼합분말을 가압하여 성형체를 만든 후 수소 또는 진공 분위기에서 1차 예비 소결하여 일정한 강도를 가진 예비 소결체를 만든다. 이 예비 소결체 위에 Cu판(또는 조각)을 놓은 후 Cu의 용융 온도 이상으로 가열하여 용융된 Cu가 모세관 현상에 의해 예비 소결체의 내부 공극으로 빨려 들어가도록 하여 접점소재를 제조한다.The infiltration method forms a molded body by pressing Cr powder or Cu-Cr mixed powder, and then preliminarily pre-sintered in hydrogen or a vacuum atmosphere to produce a pre-sintered body having a constant strength. A Cu plate (or a piece) is placed on the presintered body and then heated above the melting temperature of Cu to allow molten Cu to be sucked into the internal voids of the presintered body by capillary action to produce a contact material.

아크용해법은 Cu 분말과 Cr 분말을 혼합한 후 원하는 모양/크기로 성형하고 이를 가소결하여 전극을 제조한다. 이 전극을 아크식 용해로에 장착하여 도가니에 접촉시킴으로써 아크를 발생시키고 그 아크열로 전극을 용해시켜 수냉의 도가니 밑바닥에 물방울 형태로 낙하시키면 탈가스와 동시에 급랭되어 잉곳(ingot)이 만들어진다. 이 잉곳을 적당한 크기로 절단하여 접점소재로 사용한다.In the arc melting method, Cu powder and Cr powder are mixed, molded into a desired shape / size, and plasticized to prepare an electrode. The electrode is mounted in an arc melting furnace to contact the crucible to generate an arc, and the arc heat causes the electrode to dissolve and drops to the bottom of the water-cooled crucible in the form of droplets, which are then quenched simultaneously with degassing to produce ingots. This ingot is cut to a suitable size and used as a contact material.

상기한 소결법 또는 용침법에 의해 접점소재를 제조하는 대표적인 방법이 대 한민국 공개특허 제2002-44751호에 게시되어 있다. 이 제조방법은 구리(Cu), 크롬(Cr), 내열원소(X)의 각 분말을 혼합하여 혼합 분말을 얻는 혼합 단계; 상기 혼합 분말을 성형하여 성형체를 얻는 성형 단계; 상기 성형체를 900∼1075℃ 온도에서 소결하여 소결체를 얻는 소결 단계(이 소결 단계는 상기 성형체를 구리의 융점 온도 이하에서 예비 소결하여 다공질성의 예비 소결체를 형성하는 단계와 상기 예비 소결체 위에 구리판을 얹은 다음 구리의 융점 이상의 온도로 가열하여 구리 액상이 다공질성의 예비 소결체 내부로 용침되는 단계를 포함할 수 있음); 상기 소결체를 0.5∼20시간 동안 1100∼1850℃의 열을 가하는 후열처리 단계로 이루어져 있다.A representative method for manufacturing a contact material by the sintering method or the infiltration method is disclosed in Korean Patent Publication No. 2002-44751. This manufacturing method comprises a mixing step of mixing each powder of copper (Cu), chromium (Cr), heat-resistant element (X) to obtain a mixed powder; A molding step of molding the mixed powder to obtain a molded body; Sintering step of sintering the molded body at a temperature of 900 ~ 1075 ℃ to obtain a sintered body (this sintering step is a step of pre-sintering the molded body below the melting point temperature of copper to form a porous pre-sintered body and placing a copper plate on the pre-sintered body Heating to a temperature above the melting point of copper so that the copper liquid may be infiltrated into the porous presintered body); The sintered body consists of a post heat treatment step of applying heat at 1100 to 1850 ° C. for 0.5 to 20 hours.

그러나, 이 제조방법은 분말 야금법의 한계로 인해 접점소재 내부에 미세한 공극이 존재한다는 문제점이 있다. 이 내부 공극은 접점소재의 기계적 강도 및 경도를 저하시키고, 전자의 이동을 방해하여 전기전도도를 저하시킨다. 또한, 후속 가공시 공극 내에 이물질(절삭유, 가스, 수분 등)이 잔존하게 되어 진공차단기의 내부를 오염시킨다. 이러한 이물질을 제거하기 위해서 고온의 후열처리 공정을 장시간 행해지기도 하는데 이는 생산공정을 복잡하게 하고 제조단가를 증가시킨다. 그러나, 상기한 후열처리를 하더라도 최대 충진율이 98.5%밖에 되지 않아 여전히 미세 공극은 존재하게 된다. However, this manufacturing method has a problem in that fine pores exist inside the contact material due to the limitation of powder metallurgy. These internal voids lower the mechanical strength and hardness of the contact material, hinder the movement of electrons, and lower the electrical conductivity. In addition, foreign matter (cutting oil, gas, moisture, etc.) remains in the void during subsequent processing, contaminating the interior of the vacuum circuit breaker. In order to remove such foreign matter, a high temperature post-heat treatment process may be performed for a long time, which complicates the production process and increases the manufacturing cost. However, even after the post-heat treatment described above, the maximum filling rate is only 98.5%, so that micropores still exist.

소결법에 의해 제조된 접점재료의 조직을 보면 도2에서 보듯이 무정형의 Cr 석출물이 Cu 기지 내에 불균일하게 분포되어 있다. 이는 전자의 이동을 방해하여 전기전도도, 열전도도와 같은 접점소재의 전기적, 열적 특성을 저하시킨다. 더욱이, Cr 함량이 50%를 초과하게 되면 Cu 분말과 Cr 분말이 균일하게 혼합되지 않아 소결체의 불균일도가 증가되고 이는 접점소재의 전기적, 열적 특성을 더욱 저하시킨다. Looking at the structure of the contact material produced by the sintering method, as shown in Fig. 2, amorphous Cr precipitates are unevenly distributed in the Cu matrix. This impedes the movement of electrons and lowers the electrical and thermal properties of the contact material such as electrical conductivity and thermal conductivity. Moreover, when the Cr content exceeds 50%, the Cu powder and the Cr powder are not uniformly mixed, which increases the nonuniformity of the sintered body, which further lowers the electrical and thermal properties of the contact material.

상기한 아크용해법에 의해 접점소재를 제조하는 대표적인 방법이 대한민국 공개특허 제1999-019081호에 게시되어 있다. 상기 특허 명세서에서 실시예1로 설명된 제조방법에 따르면, Cu 분말 70중량%, Cr 분말 20중량% 및 V 분말 10중량%를 혼합한 후 이를 진공 분위기에서 V 가 Cu 기지 내에서 고용체를 형성할 수 있는 온도로 용융시켜 접점소재를 제조한다. 이 소재의 조직을 보면 3 내지 4% V 고용체와 소량의 크롬 고용체가 Cu 기지 내에 형성되어 있으며, 이로 인해 우수한 내전압 및 대전류 차단 특성을 나타내게 된다. A representative method for manufacturing a contact material by the arc melting method is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 1999-019081. According to the manufacturing method described as Example 1 in the above patent specification, 70 wt% of Cu powder, 20 wt% of Cr powder, and 10 wt% of V powder are mixed and then V is formed in a vacuum atmosphere to form a solid solution in the Cu matrix. Melt to a temperature that can be produced to prepare a contact material. The structure of the material shows that 3-4% V solid solution and a small amount of chromium solid solution are formed in the Cu base, which results in excellent withstand voltage and high current interruption characteristics.

그러나, 이러한 아크용해법에 따르면 용융된 합금이 충분히 교반되지 않아 합금의 조성 및 응고조직의 국부적 불균일성을 유발하고 심한 경우 균열이 발생되기도 한다. 이는 접점소재의 전기전도도, 열전도도를 저하시킬뿐만 아니라 기계적 강도를 저하시켜 제품의 수명을 단축시킨다.However, according to this arc melting method, the molten alloy is not sufficiently stirred, causing local non-uniformity of the composition and solidification structure of the alloy, and in some cases, cracking occurs. This not only lowers the electrical conductivity and thermal conductivity of the contact material, but also decreases the mechanical strength, thereby shortening the life of the product.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래의 소결법, 용침법, 아크용해법 대신 진공주조 및 시효처리에 의해 Cu-Cr계 접점소재를 제조함으로써 구상의 Cr 석출물이 Cu 기지 내에 균일하게 석출되게 하여 기계적, 전기적 특성이 우수한 접점소재를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve this problem, and spherical Cr precipitates are uniformly precipitated in the Cu base by preparing Cu-Cr-based contact materials by vacuum casting and aging instead of the conventional sintering, infiltration, and arc melting methods. The purpose is to provide a method for producing a contact material excellent in mechanical and electrical properties.

본 발명은 접점소재를 진공주조한 후 시효처리하기 전에 압출, 인발, 단조와 같은 가공처리를 함으로써 더욱 우수한 기계적, 전기적 특성을 가진 진공차단기용 접점소재 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker having better mechanical and electrical properties by performing a process such as extrusion, drawing, forging before aging after vacuum casting the contact material.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 제조방법은, 중량%로 Cu 20∼95%, Cr 5∼80%인 원료를 비산화성 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳(ingot)을 제조하는 주조 단계, 제조된 잉곳을 800∼1070℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 용체화처리하는 단계 및 용체화처리된 잉곳(ingot)을 400∼700℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 시효처리하는 단계로 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention is to ingot by solidifying a raw material of 20% to 95% Cu and 5% to 80% Cr by weight in a non-oxidizing atmosphere and solidifying it. (ingot) for the casting step, the ingot prepared ingot for 30 minutes to 2 hours at 800 ~ 1070 ℃ temperature and the solution ingot (ingot) for 30 minutes at 400 to 700 ℃ temperature Aging for time.

또한, 상기 주조 단계는 제조된 잉곳을 압출, 인발, 단조 중 하나의 가공방법에 의해 800∼1000℃의 가공온도에서 50∼90%의 가공비로 가공하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the casting step may include the step of processing the manufactured ingot at a processing ratio of 50 to 90% at a processing temperature of 800 to 1000 ℃ by one of the processing method of extrusion, drawing, forging.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 제조방법에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 가장 큰 특징은 접점소재를 제조하기 위해 종래의 소결법, 용침법, 아크용해법 대신 진공주조법을 사용하였고, 후열처리 공정으로 용체화처리 및 시효처리 공정을 거치도록 하였다는 것이다. Hereinafter, a method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The biggest feature of the present invention is to use the vacuum casting method instead of the conventional sintering method, infiltration method, arc melting method to manufacture the contact material, and to undergo a solution treatment and an aging treatment process as a post-heat treatment process.

먼저, 진공주조법에 따르면, 중량%로 Cu 20∼95%, Cr 5∼80%인 원료를 진공 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳(ingot)을 제조한다. 현재 접점소재의 재료로서 가장 많이 사용되고 있는 Cu-Cr계 합금은 Cr의 함량에 따라 접점소재의 기계적, 전기적 특성이 크게 달라지는데, 도3 및 도4는 진공주조법에 의해 제조된 잉곳에 대한 Cr 함량에 따른 인장강도 및 전기전도도의 변화가 도시되 어 있다. First, according to the vacuum casting method, a raw material of 20 to 95% Cu and 5 to 80% Cr by weight is completely melted in a vacuum atmosphere and then solidified, thereby preparing an ingot. Currently, the Cu-Cr-based alloy, which is most commonly used as a material for contact materials, varies greatly in mechanical and electrical properties of contact materials depending on the content of Cr. FIGS. 3 and 4 show the Cr content of the ingot manufactured by vacuum casting. The change in tensile strength and electrical conductivity is shown.

도3에서 보듯이, 잉곳의 인장강도는 Cr의 함량이 증가함에 따라 높아진다. 보다 상세하게는 Cr의 함량이 5∼40%인 구간에서 급격하게 증가하고 40∼80%인 구간에서는 완만하게 증가하며 80% 이상에는 거의 포화상태가 된다. 이러한 인장강도의 증가는 접점소재의 수명을 연장시킬 뿐만 아니라 대전류 차단 성능을 향상시켜준다. 따라서, 기계적 강도면에서 볼 때 Cr의 함량은 5∼80% 포함되는 것이 바람직하다.As shown in Fig. 3, the tensile strength of the ingot is increased as the content of Cr increases. More specifically, the Cr content increases sharply in the section of 5 to 40%, gradually increases in the section of 40 to 80%, and becomes almost saturated at 80% or more. This increase in tensile strength not only extends the life of the contact material but also improves the high current breaking performance. Therefore, in view of mechanical strength, the content of Cr is preferably contained 5 to 80%.

Cr 함량에 따른 전기전도도의 변화를 도시한 도4를 보면, Cr 함량이 5%가 될 때까지 전기전도도가 급격하게 감소하다가 그 이상에서는 거의 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다. 금속 조직을 보면 Cr이 고용체 또는 석출물의 형태로 존재하고 이는 전자의 이동을 방해하는 장애물로서 역할을 하기 때문에 Cr 함량이 증가할수록 전기전도도는 감소된다. 그러나, 전기전도도는 후열처리 공정인 시효처리를 통해 개선할 수 있으므로, Cr의 함량을 결정하는데 크게 고려하지 않아도 무방하다. Referring to FIG. 4, which shows the change in electrical conductivity according to Cr content, it can be seen that the electrical conductivity rapidly decreases until the Cr content reaches 5%, and remains almost constant thereafter. In the metal structure, Cr is present in the form of a solid solution or a precipitate, which acts as an obstacle to the movement of electrons, so the electrical conductivity decreases with increasing Cr content. However, the electrical conductivity can be improved through the aging treatment, which is a post-heat treatment process, so it does not need to be greatly considered in determining the content of Cr.

본 발명에 따르면, 상기한 함량비를 가진 Cu-Cr계 합금원료 내에 Bi, Te, Pb 중 하나 또는 둘 이상의 합금원소가 0.1∼3.0 중량% 포함될 수도 있다. 상기 Bi. Te, Pb는 모두 내용착성을 향상시켜 아크 발생시에 접점 소재가 용착되는 것을 방지해 준다. 상기 내용착성 합금원소의 함량이 0.1% 미만이면 용착방지 효과가 미미하고 3.0%를 초과하면 진공주조 시에 흄(fume)이 발생하여 작업성을 저하시킬 뿐만 아니라 후속하는 열처리 공정에서 석출되어 기계적 성질을 저하시킨다.According to the present invention, one or two or more alloying elements of Bi, Te, and Pb may be included in the Cu—Cr alloy material having the above content ratio. Bi. Both Te and Pb improve welding resistance and prevent the contact material from being welded during arc generation. If the content of the weldable alloy element is less than 0.1%, the effect of preventing welding is insignificant, and if it exceeds 3.0%, fume is generated during vacuum casting, which not only lowers workability but also precipitates in a subsequent heat treatment process, thereby causing mechanical properties. Lowers.

한편, Cr은 매우 민감한 산화성 금속이기 때문에 대기 중에서 용융하게 되면 산소와 결합되어 산화물을 형성하게 된다. 이것은 잉곳의 조직 내에 금속 개재물로서 존재하여 접점소재의 기계적 강도를 감소시킬 뿐만 아니라, 내마모성 및 내용착성에도 악영향을 미친다. 따라서, Cu-Cr계 합금의 용융은 비산화성 분위기에서 행하여야 한다. 실제 조업에서 비산화성 분위기로는 진공, Ar, N2 분위기를 많이 사용하는 바, 각 분위기가 제품의 품질에 미치는 영향을 알아보기 위해 Cu-Cr계 합금을 각각의 분위기에서 용융 주조한 후 그 내부에 함유된 가스의 양을 측정해 보았는 바, 그 결과는 다음 [표1]과 같다On the other hand, Cr is a very sensitive oxidizing metal, and when melted in the air, it is combined with oxygen to form an oxide. It exists as a metal inclusion in the tissue of the ingot, which not only reduces the mechanical strength of the contact material, but also adversely affects the wear resistance and the welding resistance. Therefore, melting of the Cu—Cr based alloy should be performed in a non-oxidizing atmosphere. In actual operation, many non-oxidizing atmospheres use vacuum, Ar, and N 2 atmospheres. In order to examine the effect of each atmosphere on the product quality, Cu-Cr alloy is melt-cast in each atmosphere and then The amount of gas contained in was measured, and the results are shown in the following [Table 1].

[표1]Table 1

종류Kinds 진공 분위기Vacuum atmosphere Ar 분위기Ar atmosphere N2 분위기N 2 atmosphere 가스 함유량(PPM)Gas content (PPM) 150 이하150 or less 300∼500300-500 300∼500300-500

종래 소결법에 의해 제조된 접점소재의 가스 함유량이 평균 400∼800 PPM 인 것과 비교해 볼 때, 상기한 진공, Ar, N2 분위기는 모두 최종 제품의 품질을 향상시켜준다. 특히, 진공 분위기에서는 합금 내 가스 함유량을 150 PPM 이하로 제어할 수 있으므로 매우 건전한 조직의 잉곳을 제조할 수 있다.Compared to the average gas content of the contact materials produced by the conventional sintering method of 400 to 800 PPM, the above-mentioned vacuum, Ar, N 2 atmosphere all improve the quality of the final product. In particular, since the gas content in the alloy can be controlled to 150 PPM or less in a vacuum atmosphere, an ingot of a very healthy structure can be produced.

도5에는 진공주조법에 제조된 잉곳의 조직 사진이 게시되어 있다. 이를 종래 소결법에 의해 제조된 접점소재의 조직 사진인 도2와 비교해 보면 본 발명에 따른 접점소재는 다음과 같이 조직 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.FIG. 5 shows a photograph of the structure of the ingot manufactured by the vacuum casting method. Comparing this with FIG. 2 which is a structure photograph of a contact material manufactured by a conventional sintering method, it can be seen that the contact material according to the present invention has a structure characteristic as follows.

첫째, 종래에는 모서리가 많은 무정형의 Cr 석출물이 불균일하게 분포되어 있는 반면, 본 발명에 따른 잉곳에는 모서리가 둥근 구형의 Cr 석출물이 균일하게 분포되어 있다. Cr 석출물의 구형화는 전기장의 집중원 현상을 제거하여 접점소재의 전류 차단특성 및 절연 파괴전압을 향상시켜준다. 또한, 석출물의 균일분포성은 전자 이동의 통로를 짧게 하여 전기전도도 및 열전도도를 향상시켜준다. First, in the prior art, amorphous Cr precipitates with many corners are unevenly distributed, whereas spherical Cr precipitates with rounded corners are uniformly distributed in the ingot according to the present invention. The spheroidization of Cr precipitates improves the current blocking characteristics and dielectric breakdown voltage of the contact material by eliminating the concentrated source phenomenon of the electric field. In addition, the uniform distribution of the precipitates shortens the passage of electron transfer, thereby improving electrical conductivity and thermal conductivity.

둘째, 종래에는 Cr 석출물의 크기가 100∼200㎛이었으나, 본 발명에 따르면 20∼30㎛로 매우 미세하다. 이는 접점소재의 기계적 강도를 증가시켜준다. Second, although the size of Cr precipitates in the prior art is 100 ~ 200㎛, according to the present invention is very fine as 20 ~ 30㎛. This increases the mechanical strength of the contact material.

셋째, 종래 소결체는 충진율이 98% 정도이기 때문에 미세한 기공을 쉽게 발견할 수 있으나, 본 발명에서는 완전히 융융시킨 후에 응고시키므로 100%의 충진율을 나타낸다. 따라서, 전기전도도 및 기계적 강도가 우수하며, 기공 내에 이물질(절삭유, 가스, 수분 등)이 개재되어 진공차단기를 오염시키는 것을 방지할 수 있다. Third, the conventional sintered body can easily find fine pores because the filling rate is about 98%, but in the present invention, the solidification is solidified after completely melting, and thus shows a filling rate of 100%. Therefore, the electrical conductivity and mechanical strength are excellent, and foreign matters (cutting oil, gas, moisture, etc.) are interposed in the pores to prevent the vacuum breaker from being contaminated.

상기와 같은 진공주조법에 의해 제조된 잉곳은 후열처리 공정을 통해 더욱 우수한 기계적, 전기적 특성을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 후열처리 공정은 크게 용체화처리와 시효처리 공정으로 이루어진다. The ingot manufactured by the vacuum casting method as described above may have more excellent mechanical and electrical properties through a post heat treatment process. The post-heat treatment process according to the present invention largely consists of a solution treatment and an aging treatment process.

용체화처리는 시효처리에 앞서 잉곳을 800∼1070℃까지 가열한 후 이를 30분∼2시간 동안 유지시켜 Cu 기지 내에 분포한 Cr 석출물을 Cu 내 고용한도만큼 재용해시키는 공정이다. 도6은 Cu-Cr의 상태도 일부를 도시한 것이다. 상온에서 Cu 기지내의 Cr 고용도는 거의 0이므로 대부분의 Cr이 석출물로 존재하게 된다. 그러나, 잉곳을 1070℃까지 가열하면 도6에서 보듯이 Cu 기지 내의 Cr 고용도가 0.65%까지 상승하므로 이 양만큼 Cr 석출물이 재용해된다. 재용해되는 양이 많을수록 후속하는 시효처리 공정에서 석출되는 Cr의 양이 많아지고, 그로 인한 석출강화 효과에 의해 기계적 강도가 증가하게 된다. 그러나, 용체화처리 온도가 1070℃보다 높으면 잉곳의 일부가 액상으로 변하기 때문에 더 이상 열처리를 할 수 없게 된다. 용체화처리 온도가 800℃보다 낮으면 Cr의 고용도가 0.2% 이하로 떨어져 후속하는 시효처리를 하더라도 충분한 강도 증가 효과를 가져오지 못하게 된다. 따라서, 용체화처리 온도는 800∼1070℃인 것이 바람직하다.The solution treatment is a process in which the ingot is heated to 800 to 1070 ° C. prior to the aging treatment and then maintained for 30 minutes to 2 hours to redissolve the Cr precipitates distributed in the Cu matrix by the solid solution limit in Cu. 6 shows a part of a state diagram of Cu-Cr. At room temperature, the Cr solid solubility in Cu base is almost 0, so most of Cr is present as precipitate. However, when the ingot is heated to 1070 ° C, Cr solid solution in the Cu matrix rises to 0.65% as shown in Fig. 6, so that the Cr precipitates are redissolved by this amount. As the amount of redissolved increases, the amount of Cr precipitated in the subsequent aging treatment process increases, thereby increasing the mechanical strength due to the precipitation strengthening effect. However, when the solution treatment temperature is higher than 1070 ° C, a part of the ingot is changed into a liquid phase, so that the heat treatment can no longer be performed. If the solution treatment temperature is lower than 800 ° C., the solubility of Cr falls below 0.2%, and even subsequent aging treatment does not bring sufficient strength increase effect. Therefore, it is preferable that solution treatment temperature is 800-1070 degreeC.

용체화처리 시간은 30분∼2시간인 것이 바람직하다. 용체화처리 시간이 30분 미만이면 Cr 석출물이 고용한도까지 완전히 용해될 시간이 부족하여 충분한 용체화 처리 효과를 얻지 못하고, 2시간을 초과하게 되면 Cu 기지의 결정립이 조대해져 최종 제품의 기계적 강도를 저하시킨다.The solution treatment time is preferably 30 minutes to 2 hours. If the solution treatment time is less than 30 minutes, the Cr precipitates do not have sufficient time to completely dissolve until the solid solution limit. Therefore, if the solution treatment time exceeds 2 hours, the grains of Cu matrix are coarsened to increase the mechanical strength of the final product. Lowers.

한편, 시효처리는 용체화처리된 잉곳을 400∼700℃에서 30분∼2시간 동안 유지함으로써 용체화처리 공정에서 용해되었던 Cr을 Cu 기지 내에 재석출시키는 공정이다. 이 때, 석출되는 Cr은 용체화처리 전에 존재하던 Cr 석출물보다 매우 미세할 뿐만 아니라 Cu 기지 내에 균일하게 분포하게 된다. 이와 같이 Cu 기재 내에 고용되어 있던 Cr이 석출물로 빠져 나오게 되면, 석출경화 효과로 인해 잉곳의 기계적 특성이 개선될 뿐만 아니라 Cu 안에 불순물이 없어져 전자의 이동이 용이해지므로 전기전도도도 향상된다. 시효처리 온도가 400℃보다 낮으면 Cr이 석출되기 위한 확산 에너지를 충분히 제공해 주지 못하므로 석출경화 효과가 떨어지는 반면, 700℃보다 높으면 용체화처리 온도(800∼1000℃)와의 차이가 크지 않아 도6에서 보듯이 Cr의 고용한도의 차이도 크지 않게 되므로 충분한 석출이 일어나지 못한다. 따라서, 시효처리 온도는 400∼700℃인 것이 바람직하다.On the other hand, the aging treatment is a step of reprecipitating Cr dissolved in the solution treatment process into Cu base by maintaining the solution-treated ingot at 400 to 700 ° C for 30 minutes to 2 hours. At this time, the precipitated Cr is not only much finer than the Cr precipitate that existed before the solution treatment, but also uniformly distributed in the Cu matrix. In this way, when the Cr dissolved in the Cu substrate is released as a precipitate, not only the mechanical properties of the ingot are improved due to the precipitation hardening effect, but also impurities are eliminated in the Cu, which facilitates the movement of electrons, thereby improving the electrical conductivity. If the aging treatment temperature is lower than 400 ℃, the precipitation hardening effect is inferior because it does not provide enough diffusion energy for precipitation of Cr, whereas if the aging treatment temperature is higher than 700 ℃, the difference from the solution treatment temperature (800 ~ 1000 ℃) does not have a large difference 6 As can be seen, the difference in the employment limit of Cr is not so large that sufficient precipitation does not occur. Therefore, it is preferable that aging treatment temperature is 400-700 degreeC.

시효처리 시간은 30분∼2시간인 것이 바람직하다. 시효처리 시간이 30분 미만이면 충분한 석출강화 효과를 얻지 못하고, 2시간이 초과하면 Cr 석출물의 결정립이 너무 조대해져 기계적 성질이 저하되므로 오히려 에너지 낭비의 요인이 된다.The aging treatment time is preferably 30 minutes to 2 hours. When the aging treatment time is less than 30 minutes, sufficient precipitation strengthening effect is not obtained, and when 2 hours is exceeded, grains of Cr precipitates are too coarse and mechanical properties are deteriorated, which causes energy waste.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 접점소재 제조방법은 진공주조법과 후열처리 공정을 통해 종래 소결법에 의해 제조된 것보다 더 우수한 접점소재로서의 특성을 가질 수 있도록 해준다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 진공주조와 후열처리 사이에 가공처리 공정을 추가함으로서 더욱 우수한 접점소재로서의 특성을 가지도록 할 수 있다.As described above, the method for manufacturing a contact material according to the present invention enables to have characteristics as a contact material superior to that manufactured by the conventional sintering method through a vacuum casting method and a post heat treatment process. According to another embodiment of the present invention, by adding a processing step between the vacuum casting and the post-heat treatment can have a more excellent contact material properties.

상기 가공처리는 진공주조에 의해 제조된 잉곳(ingot)을 압출, 인발, 단조 중 하나의 가공방법에 의해 800∼1000℃의 가공온도에서 50∼90%의 가공비로 가공하는 것이다. 상기 압출(extruding), 인발(drawing), 단조(forging)는 모두 단면이 균일한 긴 봉이나 관을 제조할 수 있는 것으로 진공주조된 잉곳은 이들 세 가지 방법에 의해 단면이 모든 방향에서 동일한 가공비로 축소되도록 가공된다. 가공되기 전과 가공된 후의 조직 사진을 게시한 도7 및 도8을 비교해 보면, 가공처리하기 전에 Cu 기재 내에 원형 상(Phase)으로 분포되어 있던 Cr 석출물이 가공처리 후에는 가공 방향을 따라 길게 늘어선 층상(laminated structure) 형태로 변화되었음을 알 수 있다. Cr 석출물이 층상 형태를 이루게 되면 석출물층 사이로 전자가 원활하게 이동할 수 있게 되어 전자의 이동 경로가 단축되므로 전기전도도 및 열전도도가 증가된다. 또한, 층상 형태의 Cr 석출물로 인해 상온에서의 강도가 증가하고 고온연화 특성도 향상된다.The processing is to process the ingot (ingot) produced by vacuum casting at a processing rate of 50 to 90% at a processing temperature of 800 to 1000 ℃ by one of the processing method of extrusion, drawing, forging. The extruding, drawing, and forging are all capable of producing long rods or tubes with uniform cross sections, and the vacuum ingots are processed by these three methods at the same processing cost in all directions. It is processed to shrink. 7 and 8 showing the texture photographs before and after the processing, Cr precipitates, which were distributed in a circular phase in the Cu substrate before processing, were arranged in a long line along the processing direction after processing. It can be seen that it has been changed into a laminated structure. When the Cr precipitate forms a layered form, electrons can be smoothly moved between the precipitate layers, thereby shortening the path of electrons, thereby increasing electrical and thermal conductivity. In addition, the layered Cr precipitates increase strength at room temperature and improve high temperature softening characteristics.

상기 가공처리의 온도는 800∼1000℃인 것이 바람직하다. 800℃보다 낮으면 잉곳의 연성이 부족하여 가공하는데 큰 에너지가 필요하게 되고, 1000℃보다 높으면 가공은 용이하나 Cu 기지의 결정립이 조대해져 최종 제품의 기계적 특성에 악영향을 미친다. 한편, 가공비는 [(초기 단면적)2 - (가공후 단면적)2]/(초기 단면적) 2으로 정의되는데, 50∼90%인 것이 바람직하다. 가공비가 50% 미만이 되면 Cr 석출물이 유효한 층상 형태로 형성되지 못하며, 90%를 초과하게 되면 1회 가공시에 큰 가공 에너지가 요구되고 이를 위해 대형장비를 이용해야 하며, 다단계 가공(가공-열처리-가공-열처리) 시에는 제조비용이 증가된다.It is preferable that the temperature of the said processing process is 800-1000 degreeC. If the temperature is lower than 800 ° C., the ingot lacks the ductility, and large energy is required for processing. If the temperature is higher than 1000 ° C., the processing is easy, but the grains of Cu matrix are coarsened, which adversely affects the mechanical properties of the final product. In addition, although a processing ratio is defined as [(initial cross-sectional area) 2- (cross-sectional area after processing) 2 ] / (initial cross-sectional area) 2 , it is preferable that it is 50 to 90%. If the processing cost is less than 50%, the Cr precipitates are not formed in an effective layered form. If the processing cost is more than 90%, a large processing energy is required in one processing, and large equipment must be used for this purpose. (Processing-heat treatment) increases the manufacturing cost.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 제조방법의 효과를 구체적인 실시예를 참조하여 설명한다.The effect of the manufacturing method of the contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention configured as described above will be described with reference to specific examples.

(실시예)(Example)

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 접점소재와 종래의 소결법에 의해 제조된 접점소재의 기계적, 전기적, 열적 특성을 비교하기 위해 다음과 같이 실험을 하였다. 먼저, 종래예로서 중량%로 25%의 Cr 분말과 75%의 Cu 분말을 소결법에 의해 제조한 접점소재를 마련하고, 본 발명에 따른 실시예로서 Cu 내에 Cr이 각각 5%, 15%, 25%, 35%, 50% 및 75% 혼합된 원료를 진공 분위기에서 주조하여 잉곳을 제조하고 800℃에서 70%의 압출비로 압출한 후 1000℃에서 1시간 동안 용체화처리하고, 이를 400∼700℃ 범위에서 1시간 동안 시효처리하여 접점소재를 제조하였다. 이들 종래예와 실시예의 기계적, 전기적, 열적 특성을 측정한 결과는 다음 표2와 같다.In order to compare the mechanical, electrical and thermal properties of the contact material produced by the manufacturing method according to the present invention and the contact material produced by the conventional sintering method was performed as follows. First, as a conventional example, a contact material prepared by sintering 25% Cr powder and 75% Cu powder by weight is prepared. As an embodiment according to the present invention, 5%, 15% and 25% Cr are contained in Cu. %, 35%, 50% and 75% mixed raw materials were cast in a vacuum atmosphere to prepare an ingot and extruded at an extrusion ratio of 70% at 800 ° C, followed by solution treatment at 1000 ° C for 1 hour, which was 400 to 700 ° C. Aging was carried out for 1 hour in the range to prepare a contact material. The results of measuring the mechanical, electrical, and thermal properties of these conventional examples and examples are shown in Table 2 below.

[표2][Table 2]

구분division 충진율 (%)Fill rate (%) 경도 (HV)Hardness (HV) 강도 (kg/mm2)Strength (kg / mm 2 ) 전기전도도 (IACS%)Electrical Conductivity (IACS%) 열전도도 (cal/cm2 /cm/℃)Thermal Conductivity (cal / cm 2 / cm / ℃) 고온연화 온도(℃)High Temperature Softening Temperature (℃) 전류차단 회수Current breakdown count 함유가스량 (PPM)Gas content (PPM) 종래예Conventional example 9898 108~ 112108 ~ 112 40~5040-50 40~4540-45 0.3~0.40.3 ~ 0.4 460460 2020 400~800400-800 실시예1Example 1 5%5% 100100 110~ 120110- 120 35~4535-45 80~8580-85 0.7~0.80.7 to 0.8 450450 20~2520-25 150 이하150 or less 실시예2Example 2 15%15% 100100 119~ 125119 ~ 125 45~5345-53 75~8275-82 0.6~0.70.6-0.7 500500 25~3025-30 150 이하150 or less 실시예3Example 3 25%25% 100100 127~ 135127 ~ 135 50~6150-61 68~7768-77 0.5~0.80.5 to 0.8 550550 30~3630-36 150 이하150 or less 실시예4Example 4 35%35% 100100 137~ 144137 ~ 144 65~7565-75 55~6555-65 0.4~0.50.4-0.5 600600 30~3530-35 150 이하150 or less 실시예5Example 5 50%50% 100100 145~ 151145 ~ 151 77~8577-85 48~5548-55 0.3~0.40.3 ~ 0.4 650650 24~2824 ~ 28 150 이하150 or less 실시예6Example 6 75%75% 100100 150~ 157150 ~ 157 80~8480-84 45~5045-50 0.3~0.40.3 ~ 0.4 700700 20~2520-25 150 이하150 or less

상기한 표2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 기계적 특성에 있어서 본 발명에 따른 실시예는 종래예에 비해 상온에서의 경도 및 강도가 높아 차단기의 차단횟수가 증가함에 따른 영구변형이 작을 뿐만 아니라 내마모성이 높으며, 고온연화온도도 높아 차단시 발생하는 아크에 의한 연화현상이 작은 것으로 나타났다. 전기적 특성에 있어서는 본 발명에 따른 실시예가 전기전도도가 월등히 높아 접촉저항이 낮고 통전용량이 커서 과열현상이 낮은 상태에서 정격부하전류 통전이 가능하며, 차단성능 또한 우수하였다. 이러한 사실은 기준 전류(25KA)에서의 차단회수가 종래예의 경우 20회 정도임에 비해 30∼35회로 매우 높다는 점에서 확인할 수 있다. 마지막으로 열적 특성에 있어서도 본 발명에 따른 모든 실시예가 종래예보다 같거나 더 높은 것으로 나타났다.As can be seen in Table 2 above, in the mechanical properties, the embodiment according to the present invention has high hardness and strength at room temperature compared with the conventional example, so that the permanent deformation is small and the wear resistance is increased as the number of breakers is increased. High softening temperature and high softening phenomena due to arcing were found to be small. In terms of electrical characteristics, the embodiment according to the present invention has excellent electrical conductivity, low contact resistance, and high electric current carrying capacity, so that the rated load current can be energized in the state of overheating, and the breaking performance is also excellent. This fact can be confirmed from the fact that the number of interruptions in the reference current 25KA is very high in 30 to 35 cycles compared to about 20 times in the conventional example. Finally, also in thermal properties, all the embodiments according to the present invention were found to be the same or higher than the prior art.

본 발명에 따른 접점소재의 시효처리에 따른 기계적, 전기적 특성 변화를 알아보기 위해 Cu 75%-Cr 25% 원료를 진공 주조한 후 800℃에서 70%의 압출비로 압출하고 1000℃에서 1시간 동안 용체화처리를 한 후, 200∼800℃의 온도 범위에서 1시간 동안 시효처리하면서 경도(HV)와 전기전도도(IACS%)의 변화를 측정하였는 바 그 결과는 도9 및 도10과 같다. In order to examine the mechanical and electrical properties of the contact materials according to the present invention, the Cu 75% -Cr 25% raw material was vacuum cast and then extruded at an extrusion ratio of 70% at 800 ° C. for 1 hour at 1000 ° C. After the sieving treatment, the change in hardness (HV) and electrical conductivity (IACS%) was measured while aging for 1 hour in a temperature range of 200 to 800 ° C. The results are shown in FIGS. 9 and 10.

도9에서 보듯이 경도는 200℃에서는 낮은 값을 보이다가 400℃ 이상에서 급격하게 증가하고 500℃ 부근에서 가장 높은 경도를 나타내었다. 이는 용체화처리 과정에서 용해된 Cr 입자가 Cu 기지 내에 미세하게 석출되면서 나타나는 석출경화의 효과에서 기인한다. 다만 500℃ 이상의 온도에서는 석출물이 조대해져 경도가 저하된다. As shown in FIG. 9, the hardness showed a low value at 200 ° C., increased rapidly at 400 ° C. or higher, and showed the highest hardness at around 500 ° C. FIG. This is attributable to the effect of precipitation hardening, which occurs as the Cr particles dissolved in the solution are finely precipitated in the Cu matrix. However, at the temperature of 500 degreeC or more, a precipitate becomes coarse and hardness falls.

한편, 도10에서 보듯이 전기전도도는 200℃에서 낮은 값을 보이다가 300℃ 이상에서 급격히 증가하다가 600℃ 부근에서 가장 높은 전기전도도를 나타내며, 온도가 더 높아지면 점차로 전기전도도가 저하된다. 상기한 도9 및 도10은 Cr이 25% 포함된 것을 기준으로 측정한 것이나, Cr 5%, 15%, 35%, 50%, 75% 함유된 경우에도 유사한 형태의 그래프를 나타내었으며, 이들 실험 결과를 종합하여 볼 때 모든 조성범위에서 경도 및 전기전도도를 향상시키기 위해서는 400∼700℃ 온도 범위에서 시효처리하는 것이 바람직하다. On the other hand, as shown in Figure 10, the electrical conductivity shows a low value at 200 ° C rapidly increases above 300 ° C to the highest electrical conductivity around 600 ° C, the electrical conductivity gradually decreases as the temperature increases. 9 and 10 described above are based on 25% Cr, but similar graphs are shown for 5%, 15%, 35%, 50%, and 75% Cr. In summary, in order to improve hardness and electrical conductivity in all composition ranges, it is preferable to perform aging treatment in the temperature range of 400 to 700 ° C.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 진공차단기용 접점소재의 제조방법에 의하면, 진공주조법 및 시효처리에 의해 종래 소결법에 의해 제조된 접점소재보다 기계적, 전기적, 열적 특성이 모두 우수한 접점소재를 제조할 수 있다. 또한, 상기 시효처리 전에 가공처리를 함으로써 더욱 우수한 특성을 가지도록 할 수 있다.As described above, according to the method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker according to the present invention, it is possible to manufacture a contact material having excellent mechanical, electrical, and thermal properties in comparison with a contact material manufactured by a conventional sintering method by a vacuum casting method and an aging treatment. have. In addition, it is possible to have more excellent characteristics by performing the processing before the aging treatment.

Claims (10)

중량%로 Cu 20∼95%, Cr 5∼80%인 원료를 비산화성 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳(ingot)을 제조하는 주조 단계;A casting step of completely melting the raw materials of 20 to 95% Cu and 5 to 80% Cr by weight in a non-oxidizing atmosphere and then solidifying them to prepare an ingot; 상기 제조된 잉곳을 800∼1070℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 용체화처리하는 단계; 및,Solution ingot for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 800 ~ 1070 ℃; And, 상기 용체화처리된 잉곳(ingot)을 400∼700℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 시효처리하는 단계로 이루어진 진공차단기용 접점소재의 제조방법.Method for producing a contact material for a vacuum circuit breaker comprising the step of aging the solution-treated ingot (ingot) for 30 minutes to 2 hours at 400 ~ 700 ℃ temperature. 제1항에 있어서, 상기 Cu와 Cr으로 된 원료에는 내용착성 합금원소인 Bi, Te, Pb가 중량%로 0.1∼3.0% 더 포함된 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재의 제조방법.The method of manufacturing a contact material for a vacuum circuit breaker according to claim 1, wherein the raw material of Cu and Cr further contains 0.1 to 3.0% by weight of Bi, Te, and Pb as solder alloy elements. 제1항 또는 제2항 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 주조 단계는 제조된 잉곳을 압출, 인발, 단조 중 하나의 가공방법에 의해 800∼1000℃의 가공온도에서 50∼90%의 가공비로 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재의 제조방법.The casting step is a contact material for a vacuum circuit breaker comprising the step of processing the manufactured ingot at a processing rate of 50 to 90% at a processing temperature of 800 to 1000 ℃ by one of the processing method of extrusion, drawing, forging Manufacturing method. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 비산화성 분위기는 진공 분위기인 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접 점소재의 제조방법.The non-oxidizing atmosphere is a vacuum atmosphere manufacturing method of the contact material for the vacuum circuit breaker, characterized in that. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 비산화성 분위기는 진공 분위기인 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재의 제조방법.Wherein the non-oxidizing atmosphere is a vacuum atmosphere manufacturing method of the contact material for a vacuum circuit breaker. 중량%로 Cu 20∼95%, Cr 5∼80%인 원료를 비산화성 분위기에서 완전히 용융시킨 후 이를 응고시켜 잉곳(ingot)을 주조하고, 주조된 잉곳을 800∼1070℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 용체화처리한 후 400∼700℃ 온도에서 30분∼2시간 동안 시효처리하여 제조된 진공차단기용 접점소재.20% to 95% by weight of Cu and 5% to 80% of Cr are completely melted in a non-oxidizing atmosphere and then solidified to cast an ingot, and the cast ingot is 30 minutes to 2 minutes at a temperature of 800 to 1070 ° C. A contact material for a vacuum circuit breaker prepared by performing a solution treatment for a time and then aged for 30 minutes to 2 hours at a temperature of 400 to 700 ° C. 제6항에 있어서, 상기 Cu와 Cr으로 된 원료에는 내용착성 합금원소인 Bi, Te, Pb가 중량%로 0.1∼3.0% 더 포함된 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재.The contact material for a vacuum circuit breaker according to claim 6, wherein the raw material of Cu and Cr further contains 0.1 to 3.0% by weight of Bi, Te, and Pb, which are solder alloy elements. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 주조된 잉곳은 압출, 인발, 단조 중 하나의 가공방법에 의해 800∼1000℃의 가공온도에서 50∼90%의 가공비로 가공되는 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재.The vacuum cut-off according to claim 6 or 7, wherein the cast ingot is processed at a processing ratio of 50 to 90% at a processing temperature of 800 to 1000 ° C by one of extrusion, drawing, and forging. Contact material for machine. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 비산화성 분위기는 진공 분위기인 것을 특 징으로 하는 진공차단기용 접점소재.The contact material for a vacuum circuit breaker according to claim 6 or 7, wherein the non-oxidizing atmosphere is a vacuum atmosphere. 제8항에 있어서, 상기 비산화성 분위기는 진공 분위기인 것을 특징으로 하는 진공차단기용 접점소재.The contact material of claim 8, wherein the non-oxidizing atmosphere is a vacuum atmosphere.
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