RU2493290C2

RU2493290C2 - Method of making contacts of vacuum arc-quenching chambers

Info

Publication number: RU2493290C2
Application number: RU2011149261/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Федорович Гнюсов; Светлана Зиновьевна Дехонова; Василий Григорьевич Дураков
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-09-20
Also published as: RU2011149261A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: powdered mixture and a workpiece of a high-electroconductivity material are placed in a vacuum chamber, where the powdered mixture is deposited in form of a coat on the workpiece by electron-beam deposit welding in a vacuum. Further electron-beam remelting of the entire volume of the fused coating is carried out in a single process cycle with deposit welding.

EFFECT: improved quality of contacts by obtaining a finer, uniform microstructure and low gas-content of the fused layer.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to the technology for manufacturing contacts of vacuum interrupter chambers.

Известен способ изготовления контактов вакуумных дугогасительных камер из смеси порошков меди и хрома методами порошковой металлургии (патент РФ №2063086, кл. H01H 33/66, патент РФ №2344189, кл. C22C 1/04, B22F 3/12, C22C 9/00, патент РФ №2369935, кл. H01H 1/02).A known method of manufacturing the contacts of vacuum interrupter chambers from a mixture of powders of copper and chromium by powder metallurgy methods (RF patent No. 2063086, CL H01H 33/66, RF patent No. 2344189, CL C22C 1/04, B22F 3/12, C22C 9/00 , RF patent No. 2369935, CL H01H 1/02).

Во всех случаях технологический процесс изготовления контактов, как правило, состоит из этапов смешивания проводящего металлического порошка с термостойким порошковым материалом, имеющим более высокую температуру плавления, чем проводящий металлический порошок, прессование полученной смеси, чтобы получить заготовку и спекание заготовки в атмосфере высокочистого водорода или в среде вакуума с последующим уплотнением и дополнительным спеканием.In all cases, the contact manufacturing process usually consists of the steps of mixing a conductive metal powder with a heat-resistant powder material having a higher melting point than a conductive metal powder, compressing the resulting mixture to obtain a preform and sintering the preform in an atmosphere of high-purity hydrogen or vacuum environment with subsequent compaction and additional sintering.

Недостатками известного способа изготовления контактов методами порошковой металлургии являются нетехнологичность процесса, выраженная в длительных термических операциях, крупнозернистая структура спеченной заготовки, обусловленная наследственностью используемых термостойких порошков, закрытая пористость спеченной заготовки и в результате низкое качество обезгаживания всего объема спеченного материала.The disadvantages of the known method of manufacturing contacts by powder metallurgy methods are the low technological process, expressed in long thermal operations, the coarse-grained structure of the sintered billet, due to the heredity of the heat-resistant powders used, the closed porosity of the sintered billet and, as a result, the low quality of degassing the entire volume of the sintered material.

Рядом авторов показано, что Cu-Cr псевдосплавы с более дисперсной микроструктурой обладают лучшими рабочими характеристиками: увеличиваются их надежность и отключающая способность (см.: Chendgyu Zhang, Zhimao Yang, Yaping Wang, Bingjun Ding. Properties ofNanocrystalline CuCr50 Contact Material // Advanced engineering materials, 2005, 7, №12, pp.1114-1116; Zhou Z.M., Wang Y.P., Gao J., Kolbe M. Microstructure of rapidly solidified Cu-25 wt.% Cr alloys // Materials Science and Engineering: A. 2005. - T.398. - №1-2. - С.318-322; «Two new CuCr alloy contact materials». Proc. 19^th ISDEIV - Xian 2000, pp. 729-32).A number of authors have shown that Cu-Cr pseudo-alloys with a more dispersed microstructure have better performance characteristics: their reliability and breaking capacity increase (see: Chendgyu Zhang, Zhimao Yang, Yaping Wang, Bingjun Ding. Properties ofNanocrystalline CuCr50 Contact Material // Advanced engineering materials 2005, 7, No. 12, pp. 1114-1116; Zhou ZM, Wang YP, Gao J., Kolbe M. Microstructure of rapidly solidified Cu-25 wt.% Cr alloys // Materials Science and Engineering: A. 2005. - T.398. - No. 1-2. - C.318-322; “Two new CuCr alloy contact materials.” Proc. 19 ^th ISDEIV - Xian 2000, pp. 729-32).

Известен способ изготовления контактов дуговой плавкой, когда электрод, изготовленный из хрома и меди, плавится дуговым разрядом (см.: R. Muller «Arc-Melted CuCr Alloys as Contact Materials for Vacuum Interrupters» - Siemens Forsch. - u. Entwickl-Ber. Bd.17 (1988), pp. 105-111, Fung Zhao, Hui Xu, Zki-Mao Yang, Bing-Jun Ding «Preparation of CuCr25 alloys through vacuum arc-smelting and their properties» - Trans. Non Ferrous Met. Soc. - China (Feb.2000), pp.71-75), либо вакуумным литьем с помощью индукционного нагрева (см.: Chengyu Zhang, Yaping Wang, Zhimao Yang, Yong Guo, Ding Bingjun «Microstructure and properties of vacuum induction melted CuCr25 alloys» - Journal of Alloys and Compounds 366 (2004) pp. 289-292).A known method of making contacts by arc melting, when an electrode made of chromium and copper, is melted by an arc discharge (see: R. Muller "Arc-Melted CuCr Alloys as Contact Materials for Vacuum Interrupters" - Siemens Forsch. - u. Entwickl-Ber. Bd.17 (1988), pp. 105-111, Fung Zhao, Hui Xu, Zki-Mao Yang, Bing-Jun Ding "Preparation of CuCr25 alloys through vacuum arc-smelting and their properties" - Trans. Non Ferrous Met. Soc . - China (Feb.2000), pp.71-75), or by vacuum casting using induction heating (see: Chengyu Zhang, Yaping Wang, Zhimao Yang, Yong Guo, Ding Bingjun "Microstructure and properties of vacuum induction melted CuCr25 alloys ”- Journal of Alloys and Compounds 366 (2004) pp. 289-292).

В обоих случаях процесс происходит при температуре выше 1700°C. Изготовление контактов из CuCr25 плавлением производят с целью получения более высокой плотности материала, чем при спекании спрессованных порошков. Контакты из материала, полученного плавлением, отличаются высокой плотностью, около 99,9% от теоретической, и постоянным высоким уровнем отключающей способности. Однако этот способ дорогой и трудоемкий и он не решает задачи получения контактного материала с мелкодисперсной микроструктурой.In both cases, the process occurs at temperatures above 1700 ° C. The manufacture of contacts from CuCr25 by fusion is carried out in order to obtain a higher density of the material than during sintering of pressed powders. Contacts from the material obtained by melting are characterized by a high density, about 99.9% of theoretical, and a constant high level of breaking capacity. However, this method is expensive and time-consuming and it does not solve the problem of obtaining contact material with a finely dispersed microstructure.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ изготовления контактов для вакуумной дугогасительной камеры, при котором предварительно готовят порошковую смесь, по крайней мере, из двух порошковых компонентов - проводящего и термостойкого и наносят покрытие из порошковой смеси на заготовку из материала с высокой электропроводностью в вакуумной камере. Покрытие наносят на заготовку методом электронно-лучевой наплавки. Патент РФ №2200210, C23C 14/46, H01H 33/664, C23C 26/00.The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention is a method of manufacturing contacts for a vacuum arcing chamber, in which a powder mixture is preliminarily prepared from at least two powder components - conductive and heat-resistant and a powder mixture is coated on a workpiece made of material with high electrical conductivity in a vacuum chamber. The coating is applied to the workpiece by electron beam welding. RF patent No. 2200210, C23C 14/46, H01H 33/664, C23C 26/00.

Недостатками известного способа являются неравномерная структура, связанная с тем, что не все частицы хрома при наплавке переплавляются. Этим также обусловлено повышенное газосодержание в наплавленном слое. Поэтому известный способ не позволяет устранить недостатки, присущие спеченному контактному материалу (частичное сохранение крупнозернистой структуры, закрытая пористость спеченной заготовки и в результате низкое качество обезгаживания всего объема спеченного материала).The disadvantages of this method are the uneven structure due to the fact that not all chromium particles are melted during surfacing. This is also due to the increased gas content in the deposited layer. Therefore, the known method does not allow to eliminate the disadvantages inherent in the sintered contact material (partial preservation of the coarse-grained structure, the closed porosity of the sintered preform and, as a result, the low quality of degassing the entire volume of sintered material).

Задачей способа является повышение технологичности процесса получения высокоплотного контактного материала, улучшение качества контактов за счет получения более мелкодисперсной равномерной микроструктуры и пониженного газосодержания наплавленного слоя.The objective of the method is to increase the manufacturability of the process of obtaining high-density contact material, improving the quality of contacts by obtaining a finely dispersed uniform microstructure and reduced gas content of the deposited layer.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления контактного материала для вакуумной дугогасительной камеры предварительно готовят порошковую смесь проводящего металлического порошка с термостойким порошковым материалом. Затем эту порошковую смесь и заготовку из материала с высокой электропроводностью помещают в вакуумную камеру, где порошковую смесь наносят в виде покрытия на заготовку методом электронно-лучевой наплавки в вакууме и дополнительно проводят переплав наплавленного покрытия.The above technical result is achieved in that in the proposed method for the production of contact material for a vacuum interrupter, a powder mixture of a conductive metal powder with a heat-resistant powder material is preliminarily prepared. Then this powder mixture and a workpiece made of a material with high electrical conductivity are placed in a vacuum chamber, where the powder mixture is applied in the form of a coating on the workpiece by electron beam welding in a vacuum and an additional melting of the deposited coating is carried out.

Сущность изобретения заключается в применении в едином технологическом цикле операции электронно-лучевой наплавки в вакууме и дополнительного электронно-лучевого переплава всего объема наплавленного покрытия. В результате такого решения существенно уменьшается количество непереплавившихся частиц хрома, достигается наиболее равномерная дисперсная структура и происходит уменьшение газосодержания в наплавленном слое.The essence of the invention lies in the application in a single technological cycle of the operation of electron beam surfacing in vacuum and additional electron beam remelting of the entire volume of the deposited coating. As a result of this solution, the number of non-remelted chromium particles is significantly reduced, the most uniform dispersed structure is achieved, and the gas content in the deposited layer decreases.

Микроструктура наплавленного слоя исследовалась с помощью микроскопа Olyim-pus GX51. Фотография микроструктуры представлена на фиг.1 и фиг.2, где фиг.1 -микроструктура покрытия после электронно-лучевой наплавки; фиг.2 - микроструктура покрытия после наплавки и дополнительного переплава.The microstructure of the deposited layer was studied using a Olyim-pus GX51 microscope. A photograph of the microstructure is shown in FIG. 1 and FIG. 2, where FIG. 1 is the microstructure of the coating after electron beam surfacing; figure 2 - the microstructure of the coating after surfacing and additional remelting.

Использование предлагаемого изобретения позволяет улучшить технологичность изготовления контактов за счет применения в едином технологическом цикле операции электронно-лучевой наплавки и переплава наплавленного покрытия в вакууме, что существенно улучшает качество контактного материала за счет более полного его обезгаживания, существенного уменьшения количества непереплавившихся частиц хрома и формирования более однородной и дисперсной структуры.Using the present invention allows to improve the manufacturability of the manufacture of contacts due to the use of electron beam welding and remelting of the deposited coating in a vacuum in a single technological cycle, which significantly improves the quality of the contact material due to its more complete degassing, a significant reduction in the number of non-remelted chromium particles and the formation of a more uniform and dispersed structure.

Пример конкретного исполненияConcrete example

При осуществлении предлагаемого способа изготовления контактов вакуумной дугогасительной камеры предварительно готовят смесь проводящего металлического порошка (медь (ПМС-Н) ГОСТ 4960-2009) с термостойким порошковым материалом (хром (ПХ-1С) ТУ 14-141-01-94) в соотношении 2:1. Способ электронно-лучевой наплавки реализуют на базе сварочной электронно-лучевой установки ЭЛУ-5, дополнительно оборудованной порошковым питателем и блоком развертки луча. В ЭЛУ-5 помещают вышеуказанную порошковую смесь медь-хром и медную заготовку диаметром 80 мм. Наплавку выполняют по спирали Архимеда толщиной до 6 мм путем подачи порошкового материала с помощью порошкового питателя в зону расплава, создаваемую электронным лучом. После наплавки дополнительно проводят электронно-лучевой переплав всего нанесенного слоя. Переплав наплавленного покрытия проводят путем воздействия электронного луча на наплавленную поверхность без подачи наплавочной порошковой смеси.When implementing the proposed method for the manufacture of contacts of a vacuum interrupter chamber, a mixture of a conductive metal powder (copper (PMS-N) GOST 4960-2009) with heat-resistant powder material (chromium (PH-1C) TU 14-141-01-94) is prepared in a ratio of 2 :one. The electron beam welding method is implemented on the basis of an ELU-5 welding electron-beam installation, additionally equipped with a powder feeder and a beam scanner. The above copper-chromium powder mixture and a copper billet with a diameter of 80 mm are placed in ELU-5. Surfacing is carried out in a spiral of Archimedes up to 6 mm thick by feeding powder material using a powder feeder into the melt zone created by the electron beam. After surfacing, an electron beam remelting of the entire deposited layer is additionally carried out. Remelting of the deposited coating is carried out by applying an electron beam to the deposited surface without feeding the surfacing powder mixture.

Claims

A method of manufacturing contacts of vacuum interrupter chambers, including preliminary preparation of a powder mixture of a conductive metal powder with heat-resistant powder material, placing a powder mixture and a workpiece from a material with high electrical conductivity in a vacuum chamber, applying a powder mixture in the form of a coating to the workpiece by electron beam welding, characterized in that in a single technological cycle carry out electron-beam surfacing in a vacuum and additionally electron-beam rewinding the total volume of the deposited coating.