[发明专利]喷射沉积制造纯铜/铜铬合金复合触头材料的方法

说明书

技术领域:

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种喷射沉积制造纯铜/铜铬合金复合触头材料的方法。

背景技术:

对于真空断路器电触头，其理想的材料应具有以下性能：①高的电流分断能力；②高的承受电压能力；③高的导电率和导热率；④抗熔焊性能好；⑤低的电弧烧损率；⑥低的触头磨损；⑦低的截流值；⑧良好的加工性能。由于这些性能之间是相互矛盾的，在实际应用过程中，往往受到各种因素的影响，而不能同时满足以上各项指标。

按照真空触头材料的性能要求，纯铜虽然具备高的导电率和导热率和良好的加工性能，但力学强度低，抗磨损、抗电蚀和抗熔焊性差，用于制作真空触头材料，其明显表现出自身的不足。

高Cr含量(15%~50%,质量分数)的Cu-Cr合金，一直被认为是理想的触头材料。其优势在于，Cu和Cr之间具有很小的互溶度，从Cu-Cr合金相图可知，Cr在Cu中的固溶度1080℃时仅有0.7%，在600℃时几乎不溶，从而使Cu和Cr都充分保留各自良好的性能，即：具有较低熔点、高导电率和热导率的Cu组元，有利于提高真空开关的分断能力；Cr组元具有较高的熔点，能促使合金基体晶粒细化，有利于形成均匀、弥散分布的稳定的强化相，从而既能保持材料的高导电性，又能提高其开断能力以及力学性能，且不易产生热电子发射。这种材料具备良好的耐电压、抗烧损、抗熔焊和低截流等特性。但其劣势在于，铜中Cr元素的加入，必然削弱纯铜的导电性和导热性，即以降低纯铜的导电率和导热率为代价的。另外，由于Cu-Cr合金属于偏晶系合金，采用普通熔炼方法制备的Cu-Cr合金宏观偏析严重。为了解决这一问题，目前世界各国制备Cu-Cr合金主要有三种方法：1) 粉末冶金法，将主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均匀混合，经冷压和热压烧结成形，制备成块体触头材料；2）熔渗法，将适量的Cu粉和全部Cr粉制成预制骨架，然后利用重力在真空下向骨架中熔渗Cu；3）真空电弧熔炼法，将一定比例的Cu粉和Cr粉压制成自耗电极棒坯，然后制备具有快速凝固组织的触头材料。前两种方法由于受原材料中尺寸较大的Cr颗粒的限制，难以获得高质量的触头材料，同时成品率较低；而真空电弧熔炼法制备工艺复杂，成本高，而且很多工艺参数需要进一步摸索和完善。

利用喷射成形技术制备Cu-Cr合金触头材料，沉积坯件致密度高（95%以上），具有典型的快速凝固组织，第二相Cr颗粒细小，尺寸均匀，弥散地分布在Cu基体上，能够大幅度提高材料的电流分断能力、耐电压性能、抗电击穿性能等电学性能，目前已能成功制备整体Cu-Cr合金触头材料。但是由于真空开关触头的磨损和电蚀主要发生在表面，即真空触头有0.8-1.2mm厚的Cu-Cr层即可满足使用要求，如果能在纯铜表面利用喷射成形技术制备一定厚度的Cu-Cr合金层形成Cu/Cu-Cr复合触头材料，可以充分利用纯铜与Cu-Cr合金各自的优势性能。经检索，有关在纯铜表面喷射沉积制备纯铜/铜铬合金复合触头材料的方法还未见报道。

发明内容:

本发明的目的是针对整体纯铜和Cu-Cr合金的优点和不足，而提供一种喷射沉积制造纯铜/铜铬合金复合触头材料的方法，具体地说，是以纯铜为基体材料，采用喷射沉积方法，在高压高纯氩气作用下，将Cu-Cr合金溶液雾化后，沉积在纯铜基材表面上，形成纯铜/Cu-Cr合金复合材料。用本发明获得的纯铜/Cu-Cr合金复合材料用于触头，其心部保持纯铜优良的导电导热性能，而表面Cu-Cr合金层则充分展现其高的电流分断能力、高的承受电压能力、良好的抗熔焊性能、低的电弧烧损率和低的触头磨损等性能特点。

本发明的技术方案是这样实现的：

喷射沉积制造纯铜/铜铬合金复合触头材料的方法，该方法包括以下步骤：

第一步、将纯铜板表面除油净化，喷砂糙化，使之露出新鲜基体后，置于喷射雾化沉积室内，同时将Cu，Cr两种金属材料按重量百分比计Cu70-80%，Cr20-30%放入喷射沉积中频感应炉内；

第二步、封炉后将沉积室抽真空至10^-2-10^-1Pa；

第三步、将放在喷射沉积中频感应炉内的Cu，Cr金属材料在高纯氩气保护下熔化，熔炼温度为1750℃-1850℃；

第四步、将熔化的Cu-Cr合金溶液注入导液管内，采用惰性气体将从导液管流出的合金溶液进行粉碎、雾化，沉积到经预处理的纯铜板基体上，厚度为2-4mm；

第五步、在800℃进行挤压致密化处理，根据触头尺寸要求进行机加工。