一種低氧低夾雜物銅鉻合金觸頭的生產方法
2023-05-20 21:09:31 3
專利名稱：一種低氧低夾雜物銅鉻合金觸頭的生產方法
技術領域：
本發明屬於電工材料領域，是一種真空感應熔煉與真空電渣重熔雙聯技術生產銅鉻觸頭合金的方法。
背景技術：
銅鉻(CuCr)合金是廣泛用於中高壓真空斷路器的觸頭材料，具有較好的耐電壓和開斷電流能力。其中，氣體和雜質含量指標是決定其性能的關鍵。當材料中含有較高的氧含量或較多的夾雜物時，將極大地損害觸頭性能甚至不能使用。因此，不斷降低材料中的氣體含量以及減少夾雜物的汙染是發展高性能CuCr觸頭材料的關鍵。
目前，國內外生產CuCr合金主要有四利工藝路線。
1.混粉法將一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷壓成型，再經真空燒結或熱等靜壓而成。這是一條歷史較長、使用較多的工藝路線，它的優點是工藝簡單，成熟度高，上要缺點是對原材料氣體含量有極為嚴格的要求，很難獲得低氣體含量的產品，緻密度較低也是一個重要缺陷。
2.熔滲法先將Cr粉和其他組分充分混合壓制，在真空或保護性氣氛中燒結成一定孔隙度的Cr骨架，而後在真空中浸Cu，由於毛細作用，液態Cu被吸入骨架的孔隙中，形成密度在98％理論密度以上的緻密的CuCr觸頭合金。這種產品氧含量較混粉法有明顯降低，緻密度也有較大提高，主要缺點是仍然需要以鉻粉為原料，生產效率較低。
3.自耗法將Cu粉和Cr粉裝入薄壁Cu管中或者將混粉法製成的CuCr合金棒在真空電弧爐中作為陰極進行自耗熔煉，所得錠坯再經熱擠壓進一步提高緻密度。這是德國西門子公司開發成功的一種工藝路線，這種方法可以將Cr粒子尺寸降低到20～30μm。但這利方法對氧含量降低不明顯，成本較高，工藝穩定性較低。
4.真空熔煉法將一定比例的銅塊和鉻塊在真空中頻感應熔煉爐中熔化去氣，然後澆入特製的模具中。這利方法採用銅塊和鉻塊為原料，避免了製造鉻粉工序中引入雜質和氧化的問題，氣體含量指標能夠大幅度降低。
這四種工藝方法中前三種對原材料特別是Cr粉性能有嚴格要求，如果Cr粉的氧含量較高，在真空或氫氣環境中燒結都不能有效脫除Cr粉的氧，最終將使CuCr觸頭中具有極高的氧含量。過高的氧含量會使觸頭在開斷電流時放出大量氣體，損害真空滅弧室的真空和絕緣能力，使真空斷路器開斷失敗，造成嚴重事故。而在真空熔煉方法中雖然能夠獲得低的氣體含量，但由於真空熔煉是在極高溫度下的氧化物坩堝中進行，材料中往往存在較多的夾雜物，降低了觸頭的可靠性。
發明的技術內容本發明的目的在於提出一種真空感應熔煉和真空電渣重熔的雙聯製備方法，通過該方法可以獲得一種低氧含量、低夾雜物含量的銅鉻觸頭材料。
本發明提供了一種真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法，其特徵在於首先將銅金屬和鉻金屬材料按照鉻含量為15wt％～75wt％的比例通過真空感應熔煉和澆鑄製成電極棒；再將電極棒進一步經過真空電渣爐重新熔化和結晶，製備出低氧含量和低夾雜物的銅鉻觸頭材料。為了保證最終產品的低氧含量，本發明真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法中，所述中間過程真空感應熔煉和澆鑄製成的銅鉻合金電極棒，氧含量低於在350ppm重量。
本發明真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法中，真空感應熔煉過程可以加入金屬總重量0.3～2％碳來脫氧。
本發明真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法中，真空電渣冶煉過程採用的熔渣可以為CaF2、NaF、Al2O3、CaO、MgO任意兩種或多種的混合物。
本發明真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法中，首先利用真空感應熔煉製備出低氧含量的銅鉻合金電極棒，然後將電極棒在真空電渣爐中重熔，因而大幅度地降低了材料中從原材料及感應熔煉時引入的夾雜物，從而最終獲得了低氧含量、低夾雜物含量的銅鉻觸頭材料。由於真空感應熔煉和真空電渣重熔技術已經是非常成熟的技術，因此本發明真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法非常適合大規模的工業化生產。
具體實施例方式首先真空感應熔煉採用Cu塊和Cr塊為原材料並添加少量碳塊做為脫氧劑，採用快速熔化工藝，使Cu塊熔化完全後，進一步升高功率熔化Cr塊，利用電磁攪拌作用使熔液脫氧，最後將熔液澆鑄成直徑40～200mm的電極棒。電極棒中氧含量在350ppm以下。
將澆鑄成的電極棒進行真空電渣重熔。真空電渣重熔採用無機化合物作為造渣材料，在真空電渣爐中將電極棒放入通電重熔，熔化時銅鉻熔液中通過渣池，其中的夾雜物被爐渣捕獲，使銅鉻合金液淨化，獲得低夾雜物純淨的銅鉻合金。
實施例1取銅塊與鉻塊各佔總重量的50％，然後在真空感應熔煉中澆鑄成電極棒，將所得到的電極棒放入真空電渣爐中，熔渣採用CaF2和NaF的混合物，比例為CaF2∶NaF＝8∶2，電壓30V，電流2000A，在真空條件下進行操作，控制爐渣溫度在1400℃～1900℃範圍內，銅鉻合金混合液通過渣池進入結晶器的凝固區，冷卻後的合金即為所需要的銅鉻合金觸頭材料。
實施例2取鉻塊佔總重量的25％，然後在真空感應熔煉中澆鑄成電極棒，將所得到的電極棒放入真空電渣爐中，熔渣採用CaF2和NaF的混合物，比例為CaF2∶NaF＝6∶4，電壓30V，電流2000A，在真空條件下進行操作，控制爐渣溫度在1400℃～1900℃範圍內，銅鉻合金混合液通過渣池進入結晶器的凝固區，冷卻後的合金即為所需要的銅鉻合金觸頭材料。
實施例3取銅塊與鉻塊各佔總重量的50％，然後在真空感應熔煉中澆鑄成電極棒，將所得到的電極棒放入真空電渣爐中，熔渣採用CaF2、NaF和Al2O3的混合物，比例為CaF2∶NaF∶Al2O3＝6∶2∶2，電壓30V，電流2000A，在真空條件下進行操作，控制爐渣溫度在1400℃～1900℃範圍內，銅鉻合金混合液通過渣池進入結晶器的凝固區，冷卻後的合金即為所需要的銅鉻合金觸頭材料。
實施例4取鉻塊佔總重量的65％，然後在真空感應熔煉中澆鑄成電極棒，將所得到的電極棒放入真空電渣爐中，熔渣採用CaO和MgO的混合物，比例為CaO∶MgO＝8∶2，電壓30V，電流2000A，在真空條件下進行操作，控制爐渣溫度在1400℃～1900℃範圍內，銅鉻合金混合液通過渣池進入結晶器的凝固區，冷卻後的合金即為所需要的銅鉻合金觸頭材料。
權利要求
1.一種真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法，其特徵在於首先將銅金屬和鉻金屬材料按照鉻含量為15wt％～75wt％的比例通過真空感應熔煉和澆鑄製成電極棒；再將電極棒進一步經過真空電渣爐重新熔化和結晶，製備出低氧含量和低夾雜物的銅鉻觸頭材料。
2.按照權利要求1所述真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法，其特徵在於所述真空感應熔煉和澆鑄製成的銅鉻合金電極棒，氧含量低於在350ppm重量。
3.按照權利要求1所述真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法，其特徵在於在真空感應熔煉過程中，加入金屬總重量0.3～2％碳來脫氧。
4.按照權利要求1所述真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術製備低氧、低夾雜銅鉻觸頭材料的方法，其特徵在於在真空電渣冶煉過程中，採用的熔渣為CaF2、NaF、Al2O3、CaO、MgO任意兩種或多種的混合物。
全文摘要
本發明公開了一種真空感應熔煉和真空電渣重熔雙聯技術生產具有低的氧含量和低的夾雜物含量的銅鉻觸頭材料的方法。其特點是首先通過真空感應熔煉技術製成低氧含量的銅鉻合金電極棒，然後利用真空電渣重熔進一步降低銅鉻合金中的夾雜物。本方法製備的銅鉻合金氣體含量低、組織緻密、成分均勻、純淨度高，是一種高質量、高性能的真空開關觸頭材料。
文檔編號C22C9/00GK1619000SQ200310105130
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月19日 優先權日2003年11月19日
發明者王亞平, 周志明, 蔣鵬 申請人:中國科學院金屬研究所