一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法
2023-06-06 11:59:56 1
專利名稱：一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法
技術領域：
本發明涉及梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭的製造方法，該方法尤其適用製造高壓電器開關和斷路器的整體觸頭。
背景技術：
電觸頭是電器開關的接觸元件，主要擔負著接觸、斷開負載電流的任務。觸頭和滅弧系統是開關的心臟，開關的安全性，可靠性及開斷和關合特性很大程度上取決於觸頭材料的物理性質及其電特性。因此，它的性能直接影響著開關電器的可靠性運行。銅鎢系觸頭材料因其具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性及高強度而廣泛應用於各種斷路器、真空負荷開關和變壓器轉換開關上。但隨著高壓輸變電網絡負荷日益增加、控制系統不斷發展，對銅鎢系觸頭材料的要求也更高，尤其是^OKv以上等級的高壓電器對觸頭材料要求更高。由於傳統的銅鎢觸頭材料的成分是均一的，不能顯著提高銅鎢頭的導熱、結合強度以及電性能。在開斷過程中不能及時的散熱而導致材料內部產生較大的熱應力，引起銅鎢材料表面裂紋產生，最終導致材料的部分脫落而使開關失效。此外隨著高壓電器發展，對導電桿材料的要求也在提高，目前國外已經採用力學性能與導電性能更加優異的銅鉻鋯青銅代替銅鉻青銅，因而本發明提供一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造技術。
發明內容
本發明的目的在於提供一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法。本發明的技術方案是這樣實現的(1)按下述成分比例配料，將粒徑為6 μ m的鎢粉料、制孔劑和8 μ m的誘導Cu粉分別按80% 90% wt、5% 18% wt和2% 5% wt成分比例進行混料，製成高鎢含量顆粒；粒徑為4μ m的鎢粉、制孔劑中鎢和8 μ m誘導Cu粉分別按65% 80% wt, 15% 33% wt和2% 5% wt成分比例進行混料，再製成中鎢含量顆粒；粒徑為2μπι的鎢粉、制孔劑和8 μ m誘導Cu粉分別按50 % 65 % wt，30 % 48 % wt和2 % 5 % wt成分比例進行混料，製成低鎢含量顆粒，上述製成的顆粒為20 60目；(2)將步驟(1)中製取高鎢、中鎢、低鎢的顆粒分3-5段連續地堆積，再壓製成生坯預製塊；(3)將預製塊放入燒結爐中，在氫氣中進行900°C 1000°C進行1 3小時預燒結，然後加入銅鉻鋯青銅在高溫1300°C 1400°C氮氣氣氛中進行熔滲1 3小時；(4)通過固溶、時效處理及機械加工獲得將梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。整體觸頭中銅鎢合金的鎢成分含量範圍為50% wt到90% wt，其鎢粉粒度大小變化範圍為2 6μπι，銅粉粒度大小為8μπι。根據鎢含量變化範圍，梯度層可分3 5段變化。
銅鉻鋯青銅材料成分Cr為0. 3% 1. 0%，Zr為0. 1 % 0. 4%。通過連續地改變銅、鎢兩種材料的成分比例，使其內部組成和結構呈現梯度變化， 得到組成和結構漸變的梯度材料，實現銅、鎢兩種不同性能材料的最優搭配。高W含量的頭部具有高的抗電弧燒蝕性和抗熔焊性，高Cu含量的尾部具有良好的導電導熱性並具有與銅鉻鋯導電桿部分高的結合強度，克服了成分單一的觸頭材料由於熱量產生熱應力集中致使表面產生裂紋，最終導致材料的部分脫落的危害。
具體實施例方式以下結合實施例對發明內容進行說明實施例1 將粒度為2-6 μ m的鎢粉及粒度為8 μ m的銅粉進行配料，分別選擇鎢含量為90%、 80%、70 %、60%、50%的配料比稱取鎢粉，再加入適量造孔劑及誘導銅，分別置於混料機中充分混合製成顆粒尺寸為40目以增加粉末的流動性；將不同成分的粉末顆粒物依次堆積到模具中，然後用壓力機壓製成預製塊；將預製塊放入立體燒結爐中，在氫氣和氮氣的氣氛保護下與一定溫度下保溫燒結，從而得到具有一定強度的鎢骨架結構；升高溫度在保護氣氛下進行熔滲，一段時間後可獲得較為緻密的CuW整體觸頭；導電桿材料為Cu-CrO. 4% ZrO. 1%，對其進行固溶、時效處理後硬度高於130HB，導電性高於80% IACS ；銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭結合強度為302MPa，高於目前高壓開關企業196MPa的技術要求，可以滿足高壓開關的要求。實施例2:其配料、壓制、預燒結、熔滲和機械加工步驟與實施例1相同，導電桿材料為 Cu-CrO. 6% ZrO. 2%，對其進行固溶、時效處理後硬度高於140HB，導電性高於75% IACS ；銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭結合強度為312MPa，高於目前高壓開關企業196MPa的技術要求， 可以滿足高壓開關的要求。本發明採用了粉末冶金和熔滲法相結合的方法製造銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。 銅鎢梯度觸頭材料不同部位成分變化，觸頭尾部具有良好的導電導熱性並與銅鉻鋯青銅有高的結合強度。減少了銅鎢觸頭尾部不必要的W粉使用量，降低了成本。採用銅鉻鋯青銅提高了整體觸頭的力學性能，改善了導電桿材料的導電性能。
權利要求
1.一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法，其特徵在於(1)按下述成分比例配料，將粒徑為6μ m的鎢粉料、制孔劑和8 μ m的誘導Cu粉分別按 80% 90% wt、5% 18% wt和2% 5% wt成分比例進行混料，製成高鎢含量顆粒；粒徑為4 μ m的鎢粉、制孔劑中鎢和8 μ m誘導Cu粉分別按65% 80% wt，15% 33% wt和 2% 5% wt成分比例進行混料，再製成中鎢含量顆粒；粒徑為2 μ m的鎢粉、制孔劑和8 μ m 誘導Cu粉分別按50 % 65 % wt，30 % 48 % wt和2 % 5 % wt成分比例進行混料，製成低鎢含量顆粒，上述製成的顆粒為20 60目；(2)將步驟⑴中製取高鎢、中鎢、低鎢的顆粒分3-5段連續地堆積，再壓製成生坯預製塊；(3)將預製塊放入燒結爐中，在氫氣中進行900°C 1000°C進行1 3小時預燒結，然後加入銅鉻鋯青銅在高溫1300°C 1400°C氮氣氣氛中進行熔滲1 3小時；(4)通過固溶、時效處理及機械加工獲得將梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。
2.根據權利要求1所述的一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法，其特徵在於 整體觸頭中銅鎢合金的鎢成分含量範圍為50% wt到90% wt，其鎢粉粒度大小變化範圍為 2 6 μ m，銅粉粒度大小為8 μ m。根據鎢含量變化範圍，梯度層可分3 5段變化。
3.根據權利要求1所述的一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭製造方法，其特徵在於 銅鉻鋯青銅材料成分Cr為0. 3% 1.0%，Zr為0. 0. 4%。
全文摘要
本發明公開了一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭的製造方法，將不同配比的銅鎢粉末依次進行壓製成型，燒結熔滲製得梯度銅鎢合金，隨後採用燒結法連接銅鉻鋯青銅導電桿，所得材料即為本發明的梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。本發明所製得梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭具有更好的導熱率、導電性以及結合強度，能夠很好的滿足高壓超高壓開關對整體觸頭的要求，市場應用前景非常廣闊。
文檔編號H01H1/02GK102166650SQ201110077669
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者何國華, 孫夢龍, 宋忠孝, 張漫漫, 徐巍, 徐穎峰, 戴維菁, 李寒羽, 汪駿, 覃磊, 謝麗芬 申請人:西安交通大學