銅包鉻合金粉及其銅鉻觸頭製備方法與流程
2023-05-20 12:32:31 1
本發明涉及材料技術領域，具體涉及一種銅包鉻合金粉及其銅鉻觸頭製備方法。
背景技術：
銅鉻觸頭材料由於具有良好的開斷、耐壓、抗熔焊及低的截流值等優良特性，而廣泛應用於中壓真空斷路器中。
專利公開號為CN104889401A的發明專利申請公開了一種製備CuCr25電觸頭的方法，其特徵在於包括以下步驟：
1)按照CuCr25電觸頭材料成分配比選取合格的Cu粉和Cr粉進行混合
分別利用銅塊和鉻塊製備合格的Cu粉和Cr粉，按照CuCr25電觸頭材料成分配比選取Cu粉和Cr粉，重量比為74—77∶23—26，然後將兩者在混料機中均勻混合3—5h；
2)將混合均勻的粉末進行冷等靜壓壓制
將在步驟1)中混合好的材料成分放入冷等靜壓機中，在150—200Mpa的壓力下進行壓制，得到合金棒料；該冷等靜壓機的缸體為上邊開口的坩堝狀圓筒筒體，其外面裝有加固鋼箍，形成雙層缸體結構，缸體內的上、下塞是活動的，缸體的軸向力靠框架來承受；
3)對壓制完成的自耗電極進行燒結
將步驟2)中獲得的合金棒料置於真空燒結爐中，在800—1000℃的溫度下燒結80—100min，得到合金電極；該真空燒結爐是在抽真空後充入氫氣保護，利用中頻感應加熱，感應加熱線圈內的坩堝為石墨坩堝；在燒結過程中利用光導纖維紅外輻射溫度計和鎧裝熱電偶連續測溫，並通過智能控溫儀與設定程序相比較後，選擇執行狀態反饋給中頻電源，自動控制溫度的高低及保溫程序；
4)對燒結完成的電極進行自耗熔煉
將燒結後的合金電極置於真空自耗爐的水冷銅坩堝中，在真空度不小於0.5Pa的真空環境下進行熔煉，熔煉電流不小於1000A，合金電極逐漸熔化為合金熔液，熔化的合金熔液通過熔融的渣池過程中，合金熔液得到淨化，之後合金熔液滴入水冷結晶器中實現快速冷卻、結晶，結晶後的鑄錠逐漸漲高進行定向凝固，徹底冷卻後得到CuCr25鑄錠，最後對CuCr25鑄錠進行機加工。
對於上述製備CuCr25電觸頭的方法來說，在上述的混粉生產工藝中，由於銅、鉻粉形貌及比重差異導致銅鉻粉往往混合不均勻，造成銅鉻觸頭材料富集而影響斷路器安全性能。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種銅包鉻合金粉的製備方法，本發明解決了銅、鉻粉由於形貌、比重差異而造成的混粉不均勻的問題。
實現上述目的的技術方案如下：
一種銅包鉻合金粉的製備方法，包括以下步驟：
步驟1、選擇合格的高純鉻塊製備出高純低氣且粒徑為30—200微米的鉻粉；
步驟2、將鉻粉均布在用於電解銅的電解槽的陰極板上，通過電解還原法在鉻粉表面均勻鍍覆一層銅形成銅包鉻合金粉；
步驟3、從陰極板上收集鍍覆得到的銅包鉻合金粉，進行處理後得到均勻的銅包鉻合金粉。
步驟1中，鉻塊的純度≥99.5％。
步驟2中，電解還原的過程為：將電解銅板作為陽極，置於電解槽內，鈦板作為陰極，水平地置於電解槽下部，在陰極板上均勻的平鋪一層鉻粉，鉻粉層厚度在50—1000微米，電解液為CuS04熔液，Cu離子濃度為5-15g/L。
所述電解過程中通電電流密度為600-1700A/m2，電解溫度為40-65℃。
所述電解銅板純度≥99.95％，鈦板純度≥99.9％。
銅包鉻合金粉中，銅的質量百分比在10-75％之間，其餘為鉻。
步驟3中，將製備好的銅鉻粉使用刷粉機從陰極板上刷取收集，進行酸洗、還原、烘乾、篩分處理，獲得粒徑為50-500微米的合格銅包鉻合金粉。
本發明的另一目的是提供了一種使組織更均勻一致的製備方法的銅鉻觸頭製備方法。實現該方法的技術方案如下：
一種製備方法的銅鉻觸頭製備方法，將所述銅包鉻合金粉製備方法得到的的銅包鉻合金粉通過燒結或等靜壓工藝製備出組織均勻一致的銅鉻合金觸頭材料。
本發明的有益效果為：1、減少了銅粉和鉻粉的混粉工序，提高生產效率(以前工藝需要先生產了銅粉，再把銅、鉻粉混合，此工藝直接把銅粉包在鉻粉表面，不用再混粉)；2、使用本發明生產銅包鉻合金粉，由於每個鉻顆粒表面均勻包裹著一層銅粉，解決了銅、鉻粉由於形貌、比重差異而造成的混粉不均均問題；3、通過本發明生產銅鉻粉、可以不進行銅鉻粉預混合，優化了生產工序，降低了生產成本，提高生產效率；4、本發明的技術屬於全新技術，以前沒有人做過，所以之前可能沒有這方面的技術障礙和問題，我們製備過程中主要遇到的問題是粉末表面氧化及成份控制問題，我們主要是通過控制表面銅粉形貌、電流密度及時間，後序還原作用達到最終效果，解決了電解生產銅包鉻過程中遇到的技術問題；5、採用本發明的銅包鉻合金粉生產的銅鉻觸頭材料、組織更均勻一致，更有利於真空斷路器的開斷性能，提高了斷路器的安全性能。
具體實施方式
實施例1
一種銅包鉻合金粉的製備方法，包括以下步驟：
步驟1、選擇純度≥99.5％的鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜後，將鉻塊置入到帶水冷裝置的液壓粗碎機進行粗碎，粗碎後的最大顆粒直徑小於3mm。將粗碎後的鉻顆粒放入由自動加料器、渦輪式粉碎機、集粉器、真空泵、氬氣進口和冷卻器組成的封閉系統中進行細碎得到鉻粉，渦輪式粉碎機中的磨塊用鋼結硬質合金製造，真空泵用來在粉碎前排除系統中的空氣，氬氣作為粉碎時的保護氣體，冷卻器用來帶走粉碎時產生的熱量。將研磨後的鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為500ml，然後使用帶有濾紙的真空系統進行過濾，接著在真空烘箱中，在80℃、真空度為94.5KPa下進行低溫乾燥5小時，篩分出鉻粉粉末。將鉻粉裝入真空球磨機中球磨，球料比＝3∶1，控制球磨機轉速，使料球處於滾動狀態，球磨時間在96小時，最終經過篩分後得到高純低氣且粒徑為80微米的鉻粉。
步驟2、將鉻粉均布在用於電解銅的電解槽的陰極板上，通過電解還原法在鉻粉表面均勻鍍覆一層銅形成銅包鉻合金粉。電解還原的過程為：將電解銅板作為陽極，置於電解槽內，鈦板作為陰極，所述電解銅板純度≥99.95％，鈦板純度≥99.9％。水平地置於電解槽下部，在陰極板上均勻的平鋪一層鉻粉，鉻粉層厚度在100微米，電解液為CuS04熔液，Cu離子濃度為8g/L。所述電解過程中通電電流密度為700A/m2，電解溫度為45℃。銅包鉻合金粉中，銅的質量百分比在25％，其餘為鉻。
步驟3、從陰極板上收集鍍覆得到的銅包鉻合金粉，進行處理後得到均勻的銅包鉻合金粉。將製備好的銅鉻粉使用刷粉機從陰極板上刷取收集，進行酸洗、還原、烘乾、篩分處理，獲得粒徑為200微米的合格銅包鉻合金粉。
實施例2
一種銅包鉻合金粉的製備方法，包括以下步驟：
步驟1、選擇純度≥99.5％的鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜後，將鉻塊置入到帶水冷裝置的液壓粗碎機進行粗碎，粗碎後的最大顆粒直徑為2.5mm。將粗碎後的鉻顆粒放入由自動加料器、渦輪式粉碎機、集粉器、真空泵、氬氣進口和冷卻器組成的封閉系統中進行細碎得到鉻粉，渦輪式粉碎機中的磨塊用鋼結硬質合金製造，真空泵用來在粉碎前排除系統中的空氣，氬氣作為粉碎時的保護氣體，冷卻器用來帶走粉碎時產生的熱量。將研磨後的鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為550ml，然後使用帶有濾紙的真空系統進行過濾，接著在真空烘箱中，在80℃、真空度為95KPa下進行低溫乾燥4小時，篩分出鉻粉粉末。將鉻粉裝入真空球磨機中球磨，球料比＝3∶1，控制球磨機轉速，使料球處於滾動狀態，球磨時間在96小時，最終經過篩分後得到高純低氣且粒徑為70微米的鉻粉。
步驟2、將鉻粉均布在用於電解銅的電解槽的陰極板上，通過電解還原法在鉻粉表面均勻鍍覆一層銅形成銅包鉻合金粉。電解還原的過程為：將電解銅板作為陽極，置於電解槽內，鈦板作為陰極，所述電解銅板純度≥99.95％，鈦板純度≥99.9％。水平地置於電解槽下部，在陰極板上均勻的平鋪一層鉻粉，鉻粉層厚度在150微米，電解液為CuS04熔液，Cu離子濃度為10g/L。所述電解過程中通電電流密度為1000A/m2，電解溫度為50℃。銅包鉻合金粉中，銅的質量百分比在35％，其餘為鉻。
步驟3、從陰極板上收集鍍覆得到的銅包鉻合金粉，進行處理後得到均勻的銅包鉻合金粉。將製備好的銅鉻粉使用刷粉機從陰極板上刷取收集，進行酸洗、還原、烘乾、篩分處理，獲得粒徑為223微米的合格銅包鉻合金粉。
實施例3
一種銅包鉻合金粉的製備方法，包括以下步驟：
步驟1、選擇純度≥99.5％的鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜後，將鉻塊置入到帶水冷裝置的液壓粗碎機進行粗碎，粗碎後的最大顆粒直徑為2.8mm。將粗碎後的鉻顆粒放入由自動加料器、渦輪式粉碎機、集粉器、真空泵、氬氣進口和冷卻器組成的封閉系統中進行細碎得到鉻粉，渦輪式粉碎機中的磨塊用鋼結硬質合金製造，真空泵用來在粉碎前排除系統中的空氣，氬氣作為粉碎時的保護氣體，冷卻器用來帶走粉碎時產生的熱量。將研磨後的鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為560ml，然後使用帶有濾紙的真空系統進行過濾，接著在真空烘箱中，在80℃、真空度為96KPa下進行低溫乾燥4小時，篩分出鉻粉粉末。將鉻粉裝入真空球磨機中球磨，球料比＝3∶1，控制球磨機轉速，使料球處於滾動狀態，球磨時間在96小時，最終經過篩分後得到高純低氣且粒徑為90微米的鉻粉。
步驟2、將鉻粉均布在用於電解銅的電解槽的陰極板上，通過電解還原法在鉻粉表面均勻鍍覆一層銅形成銅包鉻合金粉。電解還原的過程為：將電解銅板作為陽極，置於電解槽內，鈦板作為陰極，所述電解銅板純度≥99.95％，鈦板純度≥99.9％。水平地置於電解槽下部，在陰極板上均勻的平鋪一層鉻粉，鉻粉層厚度在200微米，電解液為CuS04熔液，Cu離子濃度為12g/L。所述電解過程中通電電流密度為1300A/m2，電解溫度為52℃。銅包鉻合金粉中，銅的質量百分比在45％，其餘為鉻。
步驟3、從陰極板上收集鍍覆得到的銅包鉻合金粉，進行處理後得到均勻的銅包鉻合金粉。將製備好的銅鉻粉使用刷粉機從陰極板上刷取收集，進行酸洗、還原、烘乾、篩分處理，獲得粒徑為230微米的合格銅包鉻合金粉。
對於本發明製備方法的銅鉻觸頭製備方法，將上述實施例1至實施例3中的任意一種銅包鉻合金粉製備方法，通過燒結或等靜壓工藝製備出組織均勻一致的銅鉻合金觸頭材料。其中燒結是將得到的銅包鉻合金粉倒入石墨模具，放置於SPS燒結爐(放電等離子燒結)內抽真空並加壓，當壓強達到25－35MPa後，通入脈衝直流電流並升溫至800－1000℃，保溫1.5－3.5min後，隨爐冷卻得到銅鉻觸頭材料。
優選的燒結過程為：將銅包鉻合金粉倒入石墨模具放置於SPS燒結爐內抽真空並加壓，當壓強達到25MPa後，通入脈衝直流電流並升溫至800℃，保溫1.5min後，隨爐冷卻得到銅鉻觸頭材料。所述升溫的具體過程是以80℃/min的升溫速率升溫至800℃。所述石墨模具的表面塗有塗層，該塗層的化學成分為：高鋁粉25重量份、鈍化劑為1重量份、雲母粉4重量份、石墨5重量份、水1重量份、粘結劑20重量份。其中鈍化劑為CrO3，粘結劑為鈉玻璃。
所述等靜壓工藝為熱等靜壓工藝，其工藝過程為：1)將製備好的銅包鉻粉按重量稱量50-500kg，裝入橡膠套中；2)將橡膠套密封后裝入冷等靜壓機中，在150-300Mpa壓力下保壓5-10min；3)將冷等靜壓後棒料從膠套中取出，裝入鋼套中，將鋼套放入真空封裝爐中；4)抽真空至1pa以下，然後加熱至800℃，保溫1-3h,將鋼套在真空下密封；5)將密封的鋼套裝入熱等靜壓爐中，加熱至800-1000℃，加壓至50-200Mpa，保壓5-30min後，降溫冷卻後出爐，即可得到合格的銅鉻毛坯。
最後應該說明的是，通過上述如此詳細描述了本說明書的實施例，應當理解，由所附權利要求定義的本說明書並非將由在上述描述中所闡述的具體細節來限制，在不脫離其精神和範圍的情況下，其許多明顯的變型方式是可能的。