RU2769344C1 - Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production - Google Patents

Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2769344C1
RU2769344C1 RU2021123582A RU2021123582A RU2769344C1 RU 2769344 C1 RU2769344 C1 RU 2769344C1 RU 2021123582 A RU2021123582 A RU 2021123582A RU 2021123582 A RU2021123582 A RU 2021123582A RU 2769344 C1 RU2769344 C1 RU 2769344C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
particle size
rolling
stage
sintering
Prior art date
Application number
RU2021123582A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Васильевич Концевой
Анна Григорьевна Мейлах
Алексей Борисович Шубин
Эдуард Юрьевич Гойда
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН)
Priority to RU2021123582A priority Critical patent/RU2769344C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769344C1 publication Critical patent/RU2769344C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • H01H1/025Composite material having copper as the basic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of graphite-copper electrocontact materials which can be used for production of working layer of high-precision bilayer electric contacts. To produce material for arc-quenching and breaking electric contacts, initial mixture is prepared, obtained charge is subjected to pressure, sintered and cooled. Initial charge contains, wt.%: 1.0–2.0 of activated carbon with particle size less than 1.0 mcm and specific surface area of 1,000 m2/g, 1.5–2.0 of Fe-Cu nanopowder of pseudoalloy with particle size of not more than 0.1 mcm, the rest is copper powder PMS-1, is subjected to two-stage pressure treatment by rolling and sintering in hydrogen atmosphere with isothermal holding and subsequent cooling in the same atmosphere together with the furnace at each stage.
EFFECT: invention enables to obtain material with low electrical resistance, high hardness and plasticity, high electrical erosion resistance.
2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению графито-медных электроконтактных материалов, которые могут быть использованы для изготовления рабочего слоя сильноточных бислойных электроконтактов.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of graphite-copper electrical contact materials that can be used to manufacture the working layer of high-current bilayer electrical contacts.

Создание электротехнических материалов связано с трудностями сочетания в них таких свойств, как высокие электропроводность и прочность, тугоплавкость, коррозионная стойкость. При этом материалы разрывных контактов должны быть тепло- и электропроводными, эрозионностойкими при воздействии электрической дуги, не свариваться в процессе работы. Получение материалов с такими, практически взаимоисключающими свойствами без использования драгметаллов, является весьма сложной задачей. В этой связи разработка новых материалов для сильноточных контакторов является актуальной проблемой современного материаловедения.The creation of electrical materials is associated with the difficulties of combining such properties in them as high electrical conductivity and strength, refractoriness, and corrosion resistance. At the same time, the materials of discontinuous contacts must be heat- and electrically conductive, erosion-resistant when exposed to an electric arc, and not be welded during operation. Obtaining materials with such almost mutually exclusive properties without the use of precious metals is a very difficult task. In this regard, the development of new materials for high-current contactors is an urgent problem of modern materials science.

Известен порошковый материал на основе меди для серийных разрывных электроконтактов МГ-3 (Либенсон Г.А. Производство спеченных изделий. М. Металлургия, 1982. 256 с), имеющий состав, мас. %: графит - 3, медь - 97.Known powder material based on copper for serial discontinuous electrical contacts MG-3 (Libenson G.A. Production of sintered products. M. Metallurgy, 1982. 256 s), having a composition, wt. %: graphite - 3, copper - 97.

Недостатками данного материала являются: низкая твердость 20-25 НВ, большой электроэрозионный износ (потеря массы свыше 55 г/млн. циклов).The disadvantages of this material are: low hardness 20-25 HB, high electroerosive wear (mass loss over 55 g/million cycles).

Также известен способ изготовления материала для дугогасительных и разрывных электрических контактов и материал (патент РФ №2522584, МПК H01H 1/025, H01H 1/027, H01H 1/04, С22С 30/02, оп. 20.07.2014). Способ включает смешение частиц графита, плакированных карбидом ниобия или карбидом хрома, с порошками меди или ее сплавов при следующем соотношении компонентов, мас. %: частицы графита 5-20, карбид хрома или карбид ниобия 5-20, медь или сплав на основе меди - остальное, причем отношение содержания графита к содержанию упомянутого карбида составляет 0,9-1,1, формование из полученной смеси заготовки путем прессования под давлением до плотности не менее 70% от теоретической плотности и последующее спекание заготовки пропусканием импульсов электрического тока плотностью 100-300 А/мм2 с одновременным одноосным обжатием материала. При этом способ характеризуется тем, что формование заготовки проводят под давлением от 100 до 200 МПа при комнатной температуре, одноосное обжатие при спекании осуществляют под давлением 50-200 МПа электродами, подводящими импульсы тока. Полученный по этому способу материал имеет пористость, не превышающую 5%.Also known is a method of manufacturing a material for arcing and discontinuous electrical contacts and material (RF patent No. 2522584, IPC H01H 1/025, H01H 1/027, H01H 1/04, C22C 30/02, op. 20.07.2014). The method includes mixing graphite particles clad with niobium carbide or chromium carbide with powders of copper or its alloys in the following ratio, wt. %: graphite particles 5-20, chromium carbide or niobium carbide 5-20, copper or copper-based alloy - the rest, and the ratio of the graphite content to the content of the said carbide is 0.9-1.1, molding from the resulting mixture of the workpiece by pressing under pressure to a density of at least 70% of the theoretical density and subsequent sintering of the workpiece by passing electric current pulses with a density of 100-300 A/mm 2 with simultaneous uniaxial compression of the material. At the same time, the method is characterized in that the molding of the workpiece is carried out under a pressure of 100 to 200 MPa at room temperature, uniaxial compression during sintering is carried out under a pressure of 50-200 MPa by electrodes supplying current pulses. The material obtained by this method has a porosity not exceeding 5%.

Недостатками известного материала являются: низкая эрозионная стойкость материала; высокая сложность и многостадийность изготовления; высокое электрическое сопротивление материала контакта.The disadvantages of the known material are: low erosion resistance of the material; high complexity and multi-stage manufacturing; high electrical resistance of the contact material.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов и способ изготовления материала (патент РФ №2523156, МПК С22С 1/05 (2006.01), B22F 3/14 (2006.01), H01H 1/027 (2006.01), С22С 9/00 (2006.01, оп. 20.07.2014).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed solution is a mixture for the manufacture of material for high-current electrical contacts and a method for manufacturing the material (RF patent No. 2523156, IPC C22C 1/05 (2006.01), B22F 3/14 (2006.01), H01H 1/ 027 (2006.01), C22C 9/00 (2006.01, op. 20.07.2014).

Шихта для изготовления материала для сильноточных электрических контактов, характеризующаяся тем, что она содержит частицы меди, графита и гидрида титана при следующем соотношении компонентов, мас. %: медь - 20-85, гидрид титана - 1-10, графит - остальное. При этом размер частиц графита составляет 40-80 мкм, а размер частиц меди и гидрида титана не превышает 100 мкм.The mixture for the manufacture of material for high-current electrical contacts, characterized in that it contains particles of copper, graphite and titanium hydride in the following ratio, wt. %: copper - 20-85, titanium hydride - 1-10, graphite - the rest. In this case, the particle size of graphite is 40-80 μm, and the particle size of copper and titanium hydride does not exceed 100 μm.

Способ изготовления материала для сильноточных электрических контактов, включающий смешивание частиц графита, гидрида титана и меди в заданном соотношении с получением шихты по п. 1 и получение из шихты заготовки материала путем спекания пропусканием импульсов электрического тока плотностью 200-500А/мм2 с одновременным одноосным обжатием. При этом одноосное обжатие при спекании осуществляют под давлением 150-400 МПа электродами, подводящими импульсы тока.A method for manufacturing a material for high-current electrical contacts, including mixing particles of graphite, titanium hydride and copper in a given ratio to obtain a charge according to claim 1 and obtaining a material blank from the charge by sintering by passing electric current pulses with a density of 200-500A/mm2 with simultaneous uniaxial compression. At the same time, uniaxial compression during sintering is carried out under a pressure of 150-400 MPa by electrodes supplying current pulses.

Недостатками данного способа изготовления и состава материала являются: низкая эрозионная стойкость материала; высокая сложность его изготовления; травмоопасность необходимого оборудования; высокое электрическое сопротивление материала контакта.The disadvantages of this method of manufacture and composition of the material are: low erosion resistance of the material; high complexity of its manufacture; injury risk of the necessary equipment; high electrical resistance of the contact material.

Предлагаемый способ предназначен для получения порошкового композитного материала для рабочего слоя бислойных разрывных сильноточных контактов.The proposed method is designed to obtain a powder composite material for the working layer of bilayer discontinuous high-current contacts.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение электроконтактного порошкового материала на основе меди, обладающего низким электосопротивлением, повышенной твердостью и пластичностью, высокой электроэрозионной стойкостью.The technical result of the invention is to obtain an electrocontact copper-based powder material with low electrical resistance, increased hardness and ductility, and high electrical erosion resistance.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый материал для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди, содержит мас. %: 1,0- 2,0 порошка активированного угля с размером частиц менее 1,0 мкм (удельная поверхность - 1000 м2/г), 1,5-2,0 нанопорошка Fe-Cu псевдосплава размер частиц не более 0,1 мкм, остальное - медный порошок ПМС - 1.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed material for arcing and discontinuous electrical contacts based on copper contains wt. %: 1.0-2.0 activated carbon powder with a particle size of less than 1.0 μm (specific surface area - 1000 m 2 /g), 1.5-2.0 Fe-Cu pseudoalloy nanopowder particle size not more than 0.1 microns, the rest - copper powder PMS - 1.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления материала для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди, включающем подготовку исходной шихты, обработку полученной смеси давлением, спекание и охлаждение, согласно изобретению исходную шихту, содержащую мас. %: 1,0-2,0 активированного угля с размером частиц менее 1 мкм (удельная поверхность - 1000 м2/г), 1,5-2,0 нанопорошка Fe-Cu псевдосплава размер частиц не более 0,1 мкм, остальное - медный порошок ПМС-1, подвергают двухстадийной обработке давлением путем прокатки и спекания в атмосфере водорода с изотермической выдержкой и последующим охлаждением в той же атмосфере вместе с печью на каждой стадии, при этом на начальной стадии прокатку ведут при давлении 300-350 МПа до относительной плотности 0,35-0,40, затем нагревают до температуры 720-750°С и выдерживают в течение 30-40 мин, а на заключительной стадии прокатку осуществляют в валках с калибрами ящичного типа до относительной плотности 0,95-0,97, нагревают до температуры 900-950°С и выдерживают в течение 55-65 мин.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for manufacturing a material for arcing and breaking electrical contacts based on copper, including preparation of the initial charge, processing of the resulting mixture by pressure, sintering and cooling, according to the invention, the initial charge containing wt. %: 1.0-2.0 activated carbon with a particle size of less than 1 μm (specific surface - 1000 m 2 /g), 1.5-2.0 Fe-Cu pseudoalloy nanopowder, particle size not more than 0.1 μm, the rest - copper powder PMS-1, is subjected to two-stage pressure treatment by rolling and sintering in a hydrogen atmosphere with isothermal holding and subsequent cooling in the same atmosphere together with the furnace at each stage, while at the initial stage rolling is carried out at a pressure of 300-350 MPa to a relative density 0.35-0.40, then heated to a temperature of 720-750°C and held for 30-40 minutes, and at the final stage rolling is carried out in rolls with box-type calibers to a relative density of 0.95-0.97, heated to a temperature of 900-950°C and maintained for 55-65 minutes.

Указанные признаки, характеризующие состав электроконтактного порошкового материала: состав исходной шихты, дисперсность и массовые соотношения входящих компонентов, являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для получения электроконтактного порошкового материала, обладающего низким электосопротивлением, повышенной твердостью и высокой электроэрозионной стойкостью.The indicated signs characterizing the composition of the electrocontact powder material: the composition of the initial charge, dispersion and mass ratios of the incoming components are necessary to achieve the specified technical result, i.e. to obtain electrocontact powder material with low electrical resistance, increased hardness and high electrical erosion resistance.

Сущность данных признаков заключается в следующем: - порошок активированного угля с удельной поверхностью - 1000 м2/г, размером частиц менее 1,0 мкм, в количестве 1,0-2,0 мас. % обеспечивает двойной эффект: выполняет роль дугогасящего элемента и упрочняет матрицу. Количество порошка активированного угля менее 1,0% снижает эрозионную стойкость композиции, а использование этого порошка более 2,0%, при отсутствии положительных эффектов, значительно снижает плотность электроконтактного материала, увеличивает удельное электросопротивление, уменьшает его пластичность и твердость. Размер частиц порошка активированного угля менее 1,0 мкм позволяет при концентрации его 1,0-2,0 мас. % обеспечить его распределение в любом микрообъеме материала и, следовательно, гарантировать попадание стрелы дуги в активированный уголь гася ее;The essence of these characteristics is as follows: - activated carbon powder with a specific surface area of 1000 m 2 /g, particle size less than 1.0 μm, in the amount of 1.0-2.0 wt. % provides a double effect: it acts as an arc-extinguishing element and strengthens the matrix. The amount of activated carbon powder less than 1.0% reduces the erosion resistance of the composition, and the use of this powder more than 2.0%, in the absence of positive effects, significantly reduces the density of the electrical contact material, increases the electrical resistivity, reduces its plasticity and hardness. The particle size of activated carbon powder less than 1.0 μm allows at a concentration of 1.0-2.0 wt. % to ensure its distribution in any microvolume of the material and, therefore, to ensure that the arc arrow hits the activated carbon, extinguishing it;

- нанопорошок Fe-Cu псевдосплава в количестве 1,5-2,0% использовали в виде прекурсора - последовательно осажденного Fe-Cu гидроксида, который смешивали с медным порошком и восстанавливали в процессе спекания электроконтактного материала. В результате нанопорошок Fe-Cu псевдосплава представляет собой наноразмерный (не более 0,1 мкм) упрочняющий элемент матрицы повышающий твердость электроконтактного материала. Концентрация псевдосплава имеют важное значение: при концентрации нанопорошка Fe-Cu псевдосплава менее 1,5% твердость электроконтактного материала падает более чем на 30%, а наличие псевдосплава более 2,0% приводит к существенному повышению электросопротивления электроконтактного материала.- Fe-Cu pseudoalloy nanopowder in the amount of 1.5-2.0% was used as a precursor - sequentially precipitated Fe-Cu hydroxide, which was mixed with copper powder and reduced during sintering of the electrocontact material. As a result, Fe-Cu pseudo-alloy nanopowder is a nano-sized (no more than 0.1 μm) reinforcing matrix element that increases the hardness of the electrocontact material. The concentration of the pseudoalloy is important: when the Fe-Cu nanopowder concentration of the pseudoalloy is less than 1.5%, the hardness of the electrocontact material drops by more than 30%, and the presence of a pseudoalloy of more than 2.0% leads to a significant increase in the electrical resistance of the electrocontact material.

Указанные признаки, характеризующие способ изготовления материала для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди, характеризующие вид, усилие начальной обработки давлением путем прокатки исходной шихты, а также условия первичного спекания компактированного материала, заключительную обработку давлением для уплотнения материала путем прокатки в валках с калибрами ящичного типа и повторное спекание являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для получения электроконтактного материала с повышенной электропроводимостью и высокой эрозионной стойкостью, повышенными механическими характеристиками.These features characterizing the method of manufacturing a material for arcing and discontinuous electrical contacts based on copper, characterizing the type, the force of the initial pressure treatment by rolling the initial charge, as well as the conditions for the primary sintering of the compacted material, the final pressure treatment for compacting the material by rolling in rolls with box calibers type and re-sintering are necessary to achieve the specified technical result, ie. to obtain an electrical contact material with increased electrical conductivity and high erosion resistance, improved mechanical characteristics.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем:The essence of the proposed method is as follows:

- обработка исходной порошковой смеси прокаткой при давлении 300-350 МПа обеспечивает формование электроконтактного порошкового материала с относительной плотностью 0,35-0,40, что позволяет в процессе первичного спекания восстановить оксиды на поверхности частиц медного порошка и добавку Fe-Cu гидроксида до металлического псевдосплава;- processing of the initial powder mixture by rolling at a pressure of 300-350 MPa ensures the formation of an electrocontact powder material with a relative density of 0.35-0.40, which allows the reduction of oxides on the surface of copper powder particles and the addition of Fe-Cu hydroxide to a metal pseudo-alloy during the primary sintering process ;

- прокатка при давлении менее 300 МПа не гарантирует достаточную механическую прочность формовки при манипуляциях с ней до спекания, а прокатка с усилием более 350 МПа не обеспечивает заданных параметров по относительной плотности формовки;- rolling at a pressure of less than 300 MPa does not guarantee sufficient mechanical strength of the molding when handling it before sintering, and rolling with a force of more than 350 MPa does not provide the specified parameters for the relative molding density;

- нагрев на начальной стадии до температуры 720-750°С в атмосфере водорода и выдержка в течение 30-40 мин обеспечивает восстановление оксидов меди и Fe-Cu гидроксида до псевдосплава, механическую прочность компакта для дальнейшей обработки. Нагрев ниже 720°С не гарантирует достаточные механические свойства электроконтактного материала, а нагрев выше 750°С существенно затрудняет процесс уплотнения при вторичной прокатке;- heating at the initial stage to a temperature of 720-750°C in a hydrogen atmosphere and holding for 30-40 min ensures the reduction of copper oxides and Fe-Cu hydroxide to a pseudo-alloy, the mechanical strength of the compact for further processing. Heating below 720°C does not guarantee sufficient mechanical properties of the electrocontact material, and heating above 750°C significantly complicates the compaction process during secondary rolling;

- прокатка в валках с калибрами ящичного типа обеспечивает неразрушающую обработку компакта и приводит к получению электроконтактного материала с относительной плотностью 0,95-0,97. Уплотнение компакта в валках с гладкой бочкой приводит к его хрупкому разрушению, а обработка в закрытом очаге деформации созданном четырьмя приводными валками очень усложняет и удорожает процесс (патент РФ №2529605).- rolling in rolls with box-type calibers provides non-destructive processing of the compact and leads to the production of electrocontact material with a relative density of 0.95-0.97. Compaction of the compact in rolls with a smooth barrel leads to its brittle fracture, and processing in a closed deformation zone created by four drive rolls greatly complicates and increases the cost of the process (RF patent No. 2529605).

- нагрев на заключительной стадии до температуры 900-950°С и выдержка заготовки в течение 55-65 мин в атмосфере водорода с последующим охлаждением в той же атмосфере вместе с печью приводит получению материала с заданными механическими свойствами высокой электропроводностью и эрозийной стойкостью. Нагрев ниже 900°С и времени выдержки менее 55 мин не обеспечивает уплотнения заготовки, а нагрев выше 950°С и при - heating at the final stage to a temperature of 900-950°C and keeping the workpiece for 55-65 minutes in a hydrogen atmosphere, followed by cooling in the same atmosphere together with the furnace, results in a material with desired mechanical properties, high electrical conductivity and erosion resistance. Heating below 900°C and holding time less than 55 min does not provide compaction of the workpiece, and heating above 950°C and at

выдержке более 65 мин нецелесообразен поскольку характеристики материала не отличаются от полученных при 900°С. Пример конкретного осуществления.holding for more than 65 min is impractical because the characteristics of the material do not differ from those obtained at 900°C. An example of a specific implementation.

Экспериментальную проверку предлагаемых электроконтактного порошкового материала на основе меди и способа его получения проводили в лабораторных условиях в Институте металлургии УрО РАН по следующей технологии:Experimental verification of the proposed electrocontact powder material based on copper and the method of its production was carried out in laboratory conditions at the Institute of Metallurgy of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences using the following technology:

Порошок активированного угля марки ВНИИТУ СО РАН с размером частиц < 1 мкм и удельной поверхностью - 1000 м2/г в количестве 1,0-2,0 мас. %, нанопорошок (≤0,1 мкм) Fe-Cu псевдосплава в количестве 1,5-2,0 мас. %, остальное медный порошок МПС -1 крупностью <70 мкм смешивали в вибро- аэрационном смесителе в течение 3 мин, затем полученную шихту помещали в бункер подачи лабораторного прокатного стана МЛС - 82 ИМЕТ УрО РАН и прокатывали с давлением 300-350 МПа до относительной плотности 0,35 -0,40. Полученную таким образом полосу помещали в камерную электропечь с атмосферой водорода и нагревали со скоростью 5 град/мин до температуры 720-750°С, затем проводили изотермическую выдержку при этой температуре в течение 15-20 мин и охлаждали в той же атмосфере вместе с печью. Полученную заготовку электроконтактного порошкового материала прокатывали в валках с ящичными калибрами до относительной плотности 0,95-0,97 и повторно нагревали в той же печи с водородной атмосферой, но при температуре 900-950°С с изотермической 55-65 мин с последующим охлаждением вместе с печью. Результаты эксперимента выдержкой приведены в таблице.Activated carbon powder grade VNIITU SB RAS with particle size < 1 μm and specific surface area - 1000 m2/g in the amount of 1.0-2.0 wt. %, nanopowder (≤0.1 μm) Fe-Cu pseudo-alloy in the amount of 1.5-2.0 wt. %, the rest copper powder MPS-1 with a size of <70 μm was mixed in a vibro-aeration mixer for 3 min, then the resulting mixture was placed in the feed hopper of the laboratory rolling mill MLS-82 IMET Ural Branch of the Russian Academy of Sciences and rolled at a pressure of 300-350 MPa to a relative density 0.35 -0.40. The strip thus obtained was placed in a chamber electric furnace with a hydrogen atmosphere and heated at a rate of 5 deg/min to a temperature of 720–750°C, then it was isothermally held at this temperature for 15–20 min and cooled in the same atmosphere together with the furnace. The resulting billet of electrocontact powder material was rolled in rolls with box calibers to a relative density of 0.95-0.97 and re-heated in the same furnace with a hydrogen atmosphere, but at a temperature of 900-950°C with an isothermal 55-65 min, followed by cooling together with oven. The results of the exposure experiment are shown in the table.

Как видно из таблицы образцы №1, 2, 3 выполнены в пределах заявляемых режимов обработки и, как следствие, соответствуют всем требованиям к предлагаемому материалу (электрическим, механическим и эрозионным).As can be seen from the table, samples No. 1, 2, 3 are made within the claimed processing modes and, as a result, meet all the requirements for the proposed material (electrical, mechanical and erosion).

При выполнении 4 образца в процессе первой прокатки давление было ниже нижнего предела и как следствие механическая прочность образца столь мала, что он на выходе из стана разрушился.When performing 4 samples during the first rolling, the pressure was below the lower limit and, as a result, the mechanical strength of the sample is so low that it collapsed at the outlet of the mill.

Образцы 5 и 6 также не соответствуют заданным требованиям к материалу в связи с тем, что количество активированного угля не отвечает заданным параметрам. В образце 5 угля меньше требуемого в следствие чего дуга, попадая в медь, горит дольше из-за чего увеличивается эрозийный износ. В образце 6 угля больше требуемого, что приводит к ухудшению уплотнения при компактировании, снижается плотность материала и его механические и электрические свойства.Samples 5 and 6 also do not meet the specified requirements for the material due to the fact that the amount of activated carbon does not meet the specified parameters. In sample 5, the coal is less than required, as a result of which the arc, falling into copper, burns longer, which increases erosive wear. Sample 6 contains more coal than required, which leads to a deterioration in compaction during compaction, a decrease in the density of the material and its mechanical and electrical properties.

Образцы 7 и 8 имеют отклонения по концентрации нанопорошка Fe-Cu псевдосплава, что привело к несоответствию качества электроконтактного материала. Содержание Fe-Cu псевдосплава ниже нормы (образец 7), несмотря на хорошую плотность материала, резко понизило его механические свойства из-за недостаточного нанодисперсного упрочнения. Содержание Fe-Cu псевдосплава выше нормы (образец 8), не позволило достаточно уплотнить материал и на треть увеличило его удельное сопротивление.Samples 7 and 8 have deviations in the concentration of the Fe-Cu pseudo-alloy nanopowder, which led to a discrepancy in the quality of the electrical contact material. The content of Fe-Cu pseudo-alloy below the norm (sample 7), despite the good density of the material, sharply lowered its mechanical properties due to insufficient nanodispersed hardening. The Fe-Cu content of the pseudo-alloy is higher than the norm (sample 8), did not allow sufficient compaction of the material and increased its resistivity by a third.

Образцы 9-12 имеют отклонения от параметров термообработки. Недостаточная и превышающая температуры первичного спекания привели к тому, что в первом случае образец при повторной прокатке разрушился, а во втором случае, не позволил достаточно уплотнить материал из-за высокого сопротивления деформации.Samples 9-12 have deviations from the heat treatment parameters. Insufficient and exceeding primary sintering temperatures led to the fact that in the first case, the sample was destroyed during re-rolling, and in the second case, it did not allow the material to be sufficiently compacted due to high deformation resistance.

Пониженная температура при вторичной термообработке резко снизило пластические свойства материала и ограничило формовку контактов из него. Повышенная температура термообработки привела к термическому размягчению материала и его деформации в печи под собственным весом.The lower temperature during the secondary heat treatment sharply reduced the plastic properties of the material and limited the formation of contacts from it. The increased heat treatment temperature led to thermal softening of the material and its deformation in the furnace under its own weight.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (3)

1. Материал для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди содержит, мас. %:1. The material for arcing and discontinuous electrical contacts based on copper contains, wt. %: порошок активированного угля с размером частицactivated carbon powder with particle size менее 1,0 мкм и удельной поверхностью 1000 м2less than 1.0 µm and a specific surface area of 1000 m 2 /g 1,0-2,01.0-2.0 нанопорошок псевдосплава Fe-CuFe-Cu pseudoalloy nanopowder с размером частиц не более 0,1 мкмwith a particle size of not more than 0.1 microns 1,5-2,01.5-2.0 медный порошок ПМС-1copper powder PMS-1 остальноеrest
2. Способ изготовления материала для дугогасительных и разрывных электрических контактов на основе меди, включающий подготовку исходной смеси, обработку полученной шихты давлением, спекание и охлаждение, согласно изобретению исходную шихту, содержащую, мас. %: 1,0-2,0 активированного угля с размером частиц менее 1,0 мкм и удельной поверхностью 1000 м2/г, 1,5-2,0 нанопорошка Fe-Cu псевдосплава с размером частиц не более 0,1 мкм, остальное - медный порошок ПМС-1, подвергают двухстадийной обработке давлением путем прокатки и спекания в атмосфере водорода с изотермической выдержкой и последующим охлаждением в той же атмосфере вместе с печью на каждой стадии, при этом на начальной стадии прокатку ведут при давлении 300-350 МПа до относительной плотности 0,35-0,40, затем нагревают до температуры 720-750°С и выдерживают в течение 30-40 мин, а на заключительной стадии прокатку осуществляют в валках с калибрами ящичного типа до относительной плотности 0,95-0,97, нагревают до температуры 900-950°С и выдерживают в течение 55-65 мин.2. A method of manufacturing a material for arcing and discontinuous electrical contacts based on copper, including preparing the initial mixture, processing the resulting charge by pressure, sintering and cooling, according to the invention, the initial charge containing, wt. %: 1.0-2.0 activated carbon with a particle size of less than 1.0 μm and a specific surface of 1000 m 2 /g, 1.5-2.0 Fe-Cu pseudoalloy nanopowder with a particle size of not more than 0.1 μm, the rest - copper powder PMS-1, is subjected to two-stage pressure treatment by rolling and sintering in a hydrogen atmosphere with isothermal holding and subsequent cooling in the same atmosphere together with the furnace at each stage, while at the initial stage rolling is carried out at a pressure of 300-350 MPa up to relative density of 0.35-0.40, then heated to a temperature of 720-750°C and held for 30-40 minutes, and at the final stage, rolling is carried out in rolls with box-type calibers to a relative density of 0.95-0.97 , heated to a temperature of 900-950°C and maintained for 55-65 minutes.
RU2021123582A 2021-08-04 2021-08-04 Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production RU2769344C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123582A RU2769344C1 (en) 2021-08-04 2021-08-04 Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021123582A RU2769344C1 (en) 2021-08-04 2021-08-04 Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769344C1 true RU2769344C1 (en) 2022-03-30

Family

ID=81076231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021123582A RU2769344C1 (en) 2021-08-04 2021-08-04 Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769344C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698008A (en) * 1994-02-21 1997-12-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Contact material for vacuum valve and method of manufacturing the same
JP2004071436A (en) * 2002-08-08 2004-03-04 Shibafu Engineering Corp Vacuum circuit breaker
RU2523156C1 (en) * 2013-03-29 2014-07-20 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") Charge for production of material for high-current contacts and method of its production
RU2522584C1 (en) * 2013-03-29 2014-07-20 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") Method of material manufacturing for arc-quenching and electric break contacts and material
RU2597204C1 (en) * 2015-07-23 2016-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Nanocomposite electro-contact material and method for production thereof
CN106756199B (en) * 2016-12-14 2018-06-26 东北大学 Hollow tubular oxide enhancing silver-based composited contact material and preparation method thereof
RU2718523C1 (en) * 2019-11-15 2020-04-08 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method for production of powdered copper-based composite with improved strength characteristics

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698008A (en) * 1994-02-21 1997-12-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Contact material for vacuum valve and method of manufacturing the same
JP2004071436A (en) * 2002-08-08 2004-03-04 Shibafu Engineering Corp Vacuum circuit breaker
RU2523156C1 (en) * 2013-03-29 2014-07-20 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") Charge for production of material for high-current contacts and method of its production
RU2522584C1 (en) * 2013-03-29 2014-07-20 Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") Method of material manufacturing for arc-quenching and electric break contacts and material
RU2597204C1 (en) * 2015-07-23 2016-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Nanocomposite electro-contact material and method for production thereof
CN106756199B (en) * 2016-12-14 2018-06-26 东北大学 Hollow tubular oxide enhancing silver-based composited contact material and preparation method thereof
RU2718523C1 (en) * 2019-11-15 2020-04-08 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method for production of powdered copper-based composite with improved strength characteristics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3859087A (en) Manufacture of electrical contact materials
US2467675A (en) Alloy of high density
CN112126838A (en) Copper-tungsten alloy material and preparation method and application thereof
JP3825275B2 (en) Electrical contact member and its manufacturing method
CN113355550A (en) Doped Y2O3Preparation method of reinforced CuCrZr alloy
AT9340U1 (en) METHOD FOR PRODUCING A HIGH-SEALED SEMI-FINISHED OR COMPONENT
RU2398656C1 (en) Method of producing composite material for copper-based electric contacts
RU2769344C1 (en) Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production
Chang et al. Sintered behaviors and electrical properties of Cr50Cu50 alloy targets via vacuum sintering and HIP treatments
US5590388A (en) Molded ceramic articles and production method thereof
RU2523156C1 (en) Charge for production of material for high-current contacts and method of its production
CN109593981A (en) A kind of preparation method for the sliver oxidized tin contactor materials improving ingot blank agglutinating property
CN112430763B (en) Al (aluminum)2O3Preparation method of dispersion-strengthened copper-based composite material
RU2525882C2 (en) Copper-based nanostructured electric contact composite and method of its production
JP6015725B2 (en) Method for producing electrode material
JP4295491B2 (en) Copper-tungsten alloy and method for producing the same
Chang et al. Effects of vacuum sintering, HIP and HP treatments on the microstructure, mechanical and electrical properties of Cr70Cu30 alloys
JP2014095136A (en) Superfine powder, high strength steel sintered compact and method for producing them
RU2522584C1 (en) Method of material manufacturing for arc-quenching and electric break contacts and material
US5443615A (en) Molded ceramic articles
WO2009112192A2 (en) Composite material based on transition metal borides, method for the production thereof, and use thereof
JPH05217473A (en) Manufacture of electrode material
RU2103103C1 (en) Dispersion-hardened material based on copper for resistance welding electrodes
RU2567418C1 (en) Production of copper-based composite for electric contacts
RU2401314C1 (en) METHOD OF PRODUCING POWDER CERAMET Cu-Cd/CdO FOR ELECTRIC CONTACTS