[发明专利]一种高性能弥散强化铜铬触头材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能弥散强化铜铬触头材料的制备方法，包括以下步骤：(1)选用电解铜粉和电解铬粉作为原料，并按要求配比为铜铬粉；(2)将铜铬粉进行氢气保护球磨混合；(3)根据铜铬触头模型进行激光增材打印；(4)对铜铬打印毛坯样品进行热处理；(5)最后进行表面加工处理。本发明对原始粉末要求低，可采用现有的粉末直接进行打印，同时制备出的铜铬触头材料平均铬颗粒大小可达到1‑2μm，具备气体含量低、硬度高等优点，能大大的提高了铜铬触头材料的开断性能和抗电弧烧蚀性能，还具有生产流程简单，可实现工业化生产，以及效果高、成本低等优点。

技术领域

本发明属于金属材料增材制造技术领域，具体涉及一种高性能弥散强化铜铬触头材料的制备方法。

背景技术

真空断路器由于运行安全、可靠、受外界环境影响小，免维护等特点，从19世界70年代开始真空断路器被广泛应用于输配电领域替代油断路器和F6S断路器，而铜铬触头材料由于具有良好的开断性能、抗熔焊性和高的抗熔焊性能，所以成为真空断路器电极材料的首选。但随着真空断路器从最初的12kV等级提高到现在的126kV等级，并且随着技术的不断发展，还在向小型化、智能化发展，因此对核心的铜铬触头材料性能要求越来越高。

在铜铬触头材料中，当铬颗粒越细小均匀分布，触头材料的开断性能、抗电弧烧蚀性能越好，并且截流值越低。目前铜铬触头材料工业化生产制备工艺主要有真空熔铸、真空熔渗、电弧熔炼以及混粉冶金四种工艺。在四种制备工艺中，电弧熔炼工艺制备出的铜铬触头材料组织最细小、最性最优，但是受制制于电弧温度、冷却速率等问题，组织中平均铬颗粒在30μm左右，且存在局部富集，很难再做到更细小弥散分布。同时，目前的金属增材制造中，为了保证增材制造过程中材料均匀性和稳定性，对金属粉末都具有较高要求，如球形粉末改善流动性，添加胶进行粘接等，不利于批量化低成本生产和应用。

例如，专利CN107931607公布了一种利用激光增材技术制造铜铬合金的方法，该专利采用激光进行3D打印铜铬触头材料。要求Cr粉的平均粒度在2μm，铜粉的粒度在5-50μm。众所周知，粉末的粒度越小，活性能更高，更容易氧化。而铬粉、铜粉均其他金属粉末更易氧化，因此该专利制备出的铜铬合金氧含量过高不能应用于真空断路器对高真空要求中。而且平均粒度小于2μm的铬粉，生产难度大，成本非常高，无法实现工业化生产。专利CN105839037A公布了一种铜铬合金触头激光表面改性方法，首先制采用常规工艺制备出铜铬触头合金，再使用激光进行表面重熔处理，特点是可以达到触头表面铬颗粒细化的效果，但是必须采用其他工艺先制备出铜铬触头片，再进行表面重熔，生产成本高。同时，在铜铬合金表面进行二次重熔，由于铜铬触头厚度小，重熔过程中热量不均匀，易造成触头变形造成尺寸超差，因此无法应用于批量化生产中。专利CN102943189与上述专利相似，也无法实现批量化生产应用。

因此如何使铜铬触头材料中铬颗粒更细化、弥散分布更均匀以及实现低成本批量生产，成为铜铬触头材料性能提高的技术难点。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明提供一种对原始铬粉要求低、制备的铜铬触头材料中铬颗粒更细化、弥散分布更均匀且可低成本批量生产的高性能弥散强化铜铬触头材料的制备方法。

本发明的技术方案为：一种高性能弥散强化铜铬触头材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取电解铬粉和电解铜粉为原材料，并按照所需要设计的铜铬触头材料对电解铬粉和电解铜粉分别进行称量，配比为铜铬粉；

(2)将所述铜铬粉与钢球按照一定的球料比一起装入气氛保护球磨机中，在混合过程中先抽真空再充入氢气保护，然后开始球磨，球磨时间为1-5h，得到球磨混合粉；

(3)将所述球磨混合粉装入铺粉式激光打印设备中，抽真空至500Pa以下，按照设计的产品尺寸在打印设备中建模打印；

(4)将步骤(3)打印好的毛坯样品进行热处理；