[发明专利]一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法

说明书

本发明公开了一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法,具体为：首先制备CuCrZr合金坯体，并在CuW合金预结合端部的中心部位加工凹槽，将CuCrZr合金坯体置于CuW凹槽中，然后自下而上依次按照CuW合金、CuCrZr合金坯体和CuCr合金棒材的顺序叠放在石墨坩埚中，置于气氛烧结炉内进行熔渗烧结为整体材料，最后对整体材料进行热处理，即得。本发明通过在CuW合金和CuCr合金之间加入CuCrZr合金坯体，形成冶金扩散层同时强化了Cu/W相界面和合金化Cu相，在不影响材料导电率的情况下，大大提高了CuW/CuCr整体材料连接界面的强度。

技术领域

本发明属于异质材料连接技术领域，涉及一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法。

背景技术

CuW/CuCr整体触头材料同时具有CuW端良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高的强度以及CuCr端优良的导电导热性而被广泛应用于各种高压断路器、负荷开关和变压器转换开关的元件等场合。随着超特高压、大容量远距离输电成为节能输电的发展趋势，要求新型高压断路器的容量增大，体积缩小。在有限的空间中，其核心部件CuW/CuCr整体电触头承担的热载荷和机械载荷更大，在触头的反复开断过程中更容易发生CuW触头的脱落，因而对CuW/CuCr整体材料界面的结合强度提出了更高的要求。

目前异质材料连接已得到广泛的研究，主要是在结合面引入合金元素，通过合金元素在互不相溶也不反应的材料间发生相互溶解和扩散，形成冶金结合，来提高异质材料界面的结合强度。在CuW/CuCr材料中，由于Cu、W两相之间不发生任何的溶解和反应，Cu/W相界面为机械结合，界面结合强度很低；同时在高温服役过程中，触头的反复插拔以及本身Cu、W两相热膨胀系数大的差异，都容易在界面产生机械应力和热应力。上述两方面都易在结合面处发生应力集中并产生裂纹沿相界面扩展，导致CuW触头脱落失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法，用以提高材料的界面结合强度。

本发明所采用的技术方案是，一种高界面结合强度的CuW/CuCr的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备CuCrZr合金坯体：

称取Cr、Zr、Cu三种元素粉末，加入过程控制剂混合均匀，然后将混合粉末压制成CuCrZr合金坯体，清洗CuCrZr合金坯体，烘干备用；

步骤2，结合面准备：

根据CuW/CuCr整体电触头的产品尺寸，选取合适长度的CuW合金，采用机加工车平预结合的端部，并在端部中心部位加工凹槽，清洗CuW合金，烘干备用；

根据CuW/CuCr整体电触头的产品尺寸，截取合适长度的CuCr合金棒材，选择截取的机加工面做为预结合面，打磨平整，清洗后晾干备用；

步骤3，烧结熔渗整体材料：

将步骤1、2得到的材料自下而上依次按照CuW合金、CuCrZr合金坯体和CuCr合金棒材的顺序叠放在石墨坩埚中，CuCrZr合金坯体置于CuW凹槽中，随后置于气氛烧结炉内进行熔渗烧结为整体材料；

步骤4，整体材料的热处理

将步骤3中得到的整体材料置于热处理炉中依次进行固溶处理和时效处理，最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。

本发明的特点还在于，

步骤1中CuCrZr合金坯体中Cr含量为15wt％，Zr含量为0.1～2wt％。

步骤1中过程控制剂为无水乙醇、丙三醇、丁二醇或硬脂酸中的任意一种。

步骤2中凹槽的尺寸与步骤1中CuCrZr合金坯体的尺寸相适应。