[发明专利]一种铜表面电解铬烧结制备CuCr电触头材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铜表面电解铬烧结制备CuCr电触头材料的方法。

背景技术

电触头是电力开关的核心元件，负担接通或断开电路及负载电流的任务，决定了开关的断开能力和接触可靠性。CuCr合金做为触头材料的发明是电力开关发展史上的重要突破，它极大地提高了真空开关的性能，经过数十年的持续研究和发展，CuCr合金已经基本取代了其它材料，成为中高压大电流真空开关的首选材料。

CuCr合金的制备工艺主要分成下列三种，即粉末烧结法、熔渗法和自耗电极法。其中熔渗法用于制备含铬量高的CuCr合金，对于低含量如CuCr25合金很难制备，其使用范围相对较窄；自耗电极法的生产成本高，生产工艺相对复杂。故目前现阶段工业生产仍以粉末烧结法为主。此方法的主要优点是产品工艺相对比较简单，成本低，生产周期短，合金成分易于调节和控制，适合制备各种铬含量的CuCr合金。

粉末烧结法是将一定比例的铜粉和铬粉经充分混合均匀后压坯，然后烧结成形。根据压坯和烧结条件的不同，又可细分为液相烧结和固相烧结。该方法对粉体质量，尤其是对铬粉的质量要求严格，一般选择纯度较高，杂质较少的电解铬粉，但是铬粉在运输及其使用过程中又由于其与O、N、C的亲和力大，易吸气和产生不易还原的化合物，使得CuCr合金中含气量增大引入杂质，从而影响材料的性质，故需要对原材料的存储做专门处理。

现阶段国内工业生产的CuCr合金以固相烧结为主，烧结温度在铜熔点以下，此工艺产品质量相对较低，含氧量波动大，有时高达0.2％，致密度一般在95％左右很难达到行业标准的要求，制得的合金韧性不高，需要后续处理。

采用液相烧结，能提高产品的致密度与韧性，但从相图上看，当铬含量在1.5～40％时，合金由高温单相区冷却进入液-固两相区，液相中析出过饱和的铬，密度较轻的固态铬粒子上浮，导致Cu、Cr两相分离；当铬含量为40～94.5％时，合金由高温单相区进入液-液两相区时，单一的液相还要经历一液相分解过程，分离的铬相在重力场下将迅速上浮而导致合金内成分偏析，所以液相烧结产品偏析严重，生产上一般难以实现大规模生产。

发明内容

针对现有电触头材料在制备上的问题，本发明提供一种铜表面电解铬烧结制备CuCr电触头材料的方法。该方法可得到铬质量含量范围在10～50％的CuCr合金，解决了做为电触头材料的CuCr合金的偏析问题，减少合金中气体与杂质的含量，改善触头材料的综合性能；此方法适用范围广，比传统烧结大幅度缩短生产时间，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种铜表面电解铬烧结制备CuCr电触头材料的方法，包括以下步骤：

(1)铜表面活化处理

将铜丝或铜网经去除表面的锈渍与氧化膜处理后，做为电解铬的阴极；

(2)铜表面电解铬

电解铬的阳极材料为铅板、铅锑或者铅锡板，阳极与阴极面积比1：3～3：1，电解槽中加入电解液，保持槽中电解液温度30～60℃；通入电流，保持阴极电流密度30～60A/dm²，电解0.5～2h后，得到吸附铬的铜丝或铜网；

(3)压坯成型

压坯成型的方法采用以下两种方法中的一种：

(3a)将电解吸附铬后的铜丝或铜网剪成小段或小块，装入模具压块制成压坯，压机压力为3～150t；

(3b)将电解吸附铬后的铜丝或铜网剪成小段或小块，与表面未电解铬的铜丝或铜网剪成小段或小块，交替叠加装入模具压块制成压坯，压机压力为3～150t；

(4)烧结

将压坯装入坩埚放入真空烧结炉，真空炉内真空度为1×10^-4～9×10^-3Pa，在温度1100～1400℃下进行液体烧结并保温0.5～3h后随炉冷却，得到CuCr电触头材料。

上述的制备CuCr电触头材料的方法，所述步骤(1)为：将铜丝去除表面的锈渍与氧化膜处理后，缠在铝板上做为电解铬的阴极。

上述的制备CuCr电触头材料的方法，步骤(1)中所述的铜丝或步骤(3b)中所述的表面未电解铬的铜丝，规格为：纯度≥99.9％，直径范围0.1～1mm。

上述的制备CuCr电触头材料的方法，步骤(1)中所述的铜网或步骤(3b)中所述的表面未电解铬的铜网，规格为：目数20～200目，纯度≥99.9％，由直径为Ф0.1～1mm的铜丝编织。