真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法
2023-07-11 06:41:56 3
專利名稱：：真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種真空開關觸頭材料的製造方法，特別是涉及一種真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法。
背景技術：
：中，現有真空開關的觸頭材料主要採用銅鉻系觸頭材料，因其具有分斷能力大，耐電壓強度高，抗熔焊性能好，截流值低等優點而被廣泛應用。銅鉻系觸頭因其組分固有的特點使其製造困難，目前大都採用粉末冶金生產工藝進行生產，粉末冶金生產工藝分為混粉燒結法和熔滲法兩類，美國專利(專利號4032301)和中國專利(CN1050223A)均涉及混粉燒結法，即將銅粉與鉻粉及其它組分的粉末按比例配料、充分混合，然後壓製成形、燒結、後續加工緻密化處理。另一類為熔滲法，如美國專利(專利號3818164)和中國專利(CN87100389)所述，將鉻粉松裝燒結成骨架，再將銅滲入到鉻骨架之中。以上兩種粉末冶金工藝生產的銅鉻觸頭主要存在以下缺陷1、緻密度不高，殘餘孔隙多，一般在2％～5％之間，這種殘餘孔隙和孔隙中所含有的氣體及固體雜質易導致觸頭整體性能的降低，尤其是弧後重燃會造成開斷失敗；2、富集均勻性不好，混粉燒結法是機械混合成形過程，雖然能排除宏觀富集現象，但微觀富集難以避免，熔滲法的富集問題更是難以根除，這種富集現象會造成開關性能的惡化；3、雜質含量高，除了氣體雜質氧和氮外，固態雜質鋁和矽含量均較高，這些雜質直接降低了觸頭的開斷和耐壓性能並且容易引起弧後重燃；4、結合強度低，用粉末冶金工藝所制觸頭的兩相之間是純粹機械結合，結合強度低，導致了傳導性能和抗衝擊性能下降。用粉末冶金工藝生產的銅鉻觸頭這些固有缺陷，直接影響了銅鉻觸頭的性能，降低了真空開關的可靠性。本發明的目的在於克服了上述
背景技術：
的不足之處，提供一種真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，用該方法製作的銅鉻系觸頭緻密度高，均勻性好，結合強度高，雜質含量低，能有效地提高真空開關的可靠性。為達到上述目的，本發明採用的技術解決方案如下一種真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特殊之處在於先將銅和鉻在高溫下熔鍊形成合金化液相，然後將液態金屬鑄入鑄模中快速冷卻結晶固化成鑄錠，再將鑄錠進行後續加工形成觸頭合金。上述銅和鉻可以是塊狀或粉狀，銅的含量為45％～90％，鉻的含量為10％～55％。上述熔煉過程的精煉期可加入脫氧劑和細化劑。上述脫氧劑和細化劑可以採用鋯、鈦、鎢、鉬、鉭、鈮、銻、碲、鉍、鋅、錫或稀土金屬中至少一種，加入量為0.01％～0.5％。上述熔煉過程中熔體溫度可以高於1400℃。上述熔煉和澆鑄過程可以在高真空狀態或在低壓保護性氣氛下進行。上述熔煉工藝可以採用真空凝殼電弧熔煉或電子束熔煉、等離子熔煉、真空感應熔煉以及電渣爐熔煉。上述後續加工工藝可以採用擠壓加工或鍛造加工。上述擠壓加工或鍛造加工可以採用熱加工或冷加工，熱加工溫度可以是500℃～1000℃。下面對本發明作進一步詳細的描述製作時先將塊狀或粉狀的含量為45％～90％的銅和含量為10％～55％的鉻放入真空熔煉爐的坩堝或裝料器中，用高能真空熔煉工藝將其熔煉成液態合金，熔煉時熔體溫度高於1400℃，在熔煉過程的精煉期可加入0.01％～0.5％的脫氧劑和細化劑如鋯、鈦、鎢、鉬、鉭、鈮、銻、碲、鉍、鋅、錫或稀土金屬中的一種或幾種進行脫氣及細化處理，加入量為0.01％～0.5％，銅和鉻以及添加物第三、四組分在高溫下形成均一的液相，經過熔化期與精煉期的熔煉過程使雜質充分脫除獲得低雜質含量均一的合金化液相，將此液態金屬快速鑄入快速冷卻的鑄模之中結晶固化成鑄錠。澆鑄溫度根據鉻的含量及添加物成份與含量的不同而不同，例如含鉻40％的銅鉻合金澆鑄溫度為1790℃，含鉻30％的銅鉻合金澆鑄溫度為1700℃，含鉻25％的銅鉻合金澆鑄溫度為1560℃，熔煉和澆鑄過程可在大於1×10-2帕的高真空下進行，也可在低壓保護性氣氛如300毫米汞柱的低壓氬氣氣氛下進行。經過快速凝固的結晶固化過程，通過控制比重偏析和結晶過程中彌散分布的組織，再將快速凝固的鑄錠進行後續擠壓或鍛造加工製成所需的觸頭合金，擠壓或鍛造過程可以冷加工，也可以熱加工，熱加工的溫度控制在500℃～1000℃之間進行。另外，熔煉過程可採用真空凝殼電弧熔煉即殼式電弧熔煉，也可採用電子束溶煉、等離子熔煉、真空感應熔煉及電渣爐熔煉。以下通過具體的實施例來進一步說明本發明實施例一將重量百分比為60∶40的無氧銅棒和鉻塊放入凝殼電弧熔煉爐的坩堝中，將爐內真空度抽至2.5×10-3帕，然後通電燃弧熔化材料，待材料全部熔化後經過30分鐘精煉獲得均一熔體，當熔體溫度為1790℃時快速澆鑄到帶水冷的鑄模中獲得鑄錠，隨爐冷卻，取出鑄錠經500℃，4小時的真空處理，真空度設為1.0×10-3帕，所得材料性能見表1。實施例2將實施例1獲得的鑄錠加熱到850℃，從Φ72毫米擠壓到Φ40毫米的棒材，再經過500℃、4小時的真空退火處理所得材料性能見表1。實施例3將重量百分比為76∶24的銅棒和絡塊放入真空感應爐坩堝中，將爐內真空抽至1.0×10-3帕，通電升溫加熱至全部熔化，通入經過乾燥的氬氣至300毫米汞柱精煉20分鐘，鑄入水冷鑄模中獲得鑄錠，再經800℃的熱擠壓獲得所需棒材，經過500℃、真空度為1.0×10-3帕的4小時真空處理，製得銅鉻觸頭，其性能見表1。實施例4將重量百分比為76∶14∶10的銅塊、鉻塊和鉭塊放入真空凝殼電弧爐中，抽真空至2.5×10-3帕，通電燃弧熔化材料，待材料全部熔化後，充低壓氬氣至300毫米汞柱精煉30分鐘，然後鑄入水冷鑄模中，製成的鑄錠經過980℃熱鍛得到所需尺寸棒材，再經過950℃、2小時的真空退火處理製成銅鉻觸頭，其性能見表1。實施例5將重量百分比為69∶31的銅塊和鉻塊放入真空感應爐中，抽真空至5.0×10-3帕，通電加熱到完全熔化，精煉10分鐘後，加入重量百分比為0.4％的鋯精煉20分鐘，在水冷鑄模中鑄造成鑄錠，經過熱擠壓製得棒材，再經過850℃、1小時的真空退火處理製成銅鉻觸頭，其性能見表1。表1本發明實施例材料性能與現有技術所制材料性能對比與現有技術相比，本發明所具有的優點和效果如下1、本發明所制材料緻密度高，無孔隙、材料相對密度大於99.5％，接近全緻密，使觸頭的導電性能有了很大提高並且觸頭在燃弧過程中不會發生由於突發性放氣造成的弧後重燃。2、本發明所制材料組織均勻、細小、無富集，鉻相及其它添加物形成的硬化相均勻細小的分布在銅相中，高熔點相的最大顆粒尺寸小於15微米，平均顆粒尺寸均在40微米～150微米之間。3、本發明所制材料雜質含量低，本發明採用塊狀金屬作原料，在高真空下高溫溶煉並加入適量的脫氧劑和細化劑，使氣體及其它固體雜質含量明顯降低，提純效果顯著，明顯優於現有技術所制材料。4、本發明所制材料兩相結合狀況好，其高熔點相是由低熔點銅相的溶液中析出而來的，兩相之間為金屬型結合，而現有技術所制材料兩相之間為單純的機械結合。5、本發明所制材料導電率高，通導電流能力強，開斷容量也明顯提高，尤其是加入鎢、鉬、鉭、銻、鋯、鈦及稀土金屬後，開斷容量大幅提高，耐壓強度也明顯增強。6、本發明所制材料由於無氣孔，低雜質，使得所制開關管弧後重燃率大幅降低，顯著提高了真空開關的性能。權利要求1.一種真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於先將銅和鉻在高溫下熔鍊形成合金化液相，然後將液態金屬鑄入鑄模中快速冷卻結晶固化成鑄錠，再將鑄錠進行後續加工形成觸頭合金。2.根據權利要求1所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述銅和鉻為塊狀或粉狀，銅的含量為45％～90％，鉻的含量為10％～55％。3.根據權利要求1或2所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於在所述熔煉過程的精煉期加入脫氧劑和細化劑。4.根據權利要求3所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述脫氧劑和細化劑為鋯、鈦、鎢、鉬、鉭、鈮、銻、碲、鉍、鋅、錫及稀土金屬中至少一種，加入量為0.01％～0.5％。5.根據權利要求4所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述熔煉過程中熔體溫度高於1400℃。6.根據權利要求5所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述熔煉和澆鑄過程在高真空狀態或在低壓保護性氣氛下進行。7.根據權利要求6所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述熔煉工藝採用真空凝殼電弧熔煉或電子束熔煉、等離子熔煉、真空感應熔煉以及電渣爐熔煉。8.根據權利要求7所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述後續加工工藝採用擠壓加工或鍛造加工。9.根據權利要求8所述的真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法，其特徵在於所述擠壓加工或鍛造加工採用熱加工或冷加工，熱加工溫度為500℃～1000℃。全文摘要本發明涉及一種真空開關銅鉻系觸頭材料的製造方法,用該方法製作的銅鉻系觸頭緻密度高,均勻性好,結合強度高,雜質含量低,能有效地提高真空開關的可靠性,該方法即先將銅和鉻在高溫下熔鍊形成合金化液相,然後將液態金屬鑄入鑄模中快速冷卻結晶固化成鑄錠,再將鑄錠進行後續加工形成觸頭合金。文檔編號H01H33/664GK1264143SQ0011374公開日2000年8月23日申請日期2000年2月24日優先權日2000年2月24日發明者周武平,陳興友申請人:周武平,陳興友