[发明专利]一种铜钨合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电工材料技术领域，具体涉及一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。本发明提供的铜钨合金材料，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0‑20.0％；纳米三氧化二铝：0.005‑0.1％，且总C含量：≤0.15％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。本发明提供的铜钨合金材料，通过在铜钨合金材料中加入纳米三氧化二铝，可显著提高铜钨合金材料的力学性能和导电性。

技术领域

本发明涉及电工材料技术领域，具体涉及一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

高压大电流断路器装备的国产化研发与应用，对保障我国特高压交流环网工程建设、缓解超特高压混合电网短路超标问题、确保大电网安全稳定运行具有重要意义。

现在110kV及以上高压及超、特高压输变电系统以SF₆断路器占主导地位。SF₆断路器在多次操作过程中，高于额定电流数倍的涌流烧蚀以及动、静弧触头间的机械磨损会造成触头变形并产生金属蒸汽，容易损害灭弧室的绝缘性能。高压SF₆断路器灭弧室电触头材料仍采用传统CuW合金，导电性及抗烧蚀性能越来越无法满足大功率、长寿命的服役要求，少部分电触头满遮断容量开断5～6次后烧损严重导致失效，迫切需要高压电触头技术迭代升级。理想的高压电触头材料要求大的电流开断能力、耐压、接触电阻小、抗熔焊性好、耐磨、截断电流小、机械强度高及良好加工性能。

然而现有CuW合金材料的力学性能和导电性较差难以较好满足特高压大电流工况条件下耐电弧烧蚀及机械磨损的性能要求。因此开发一种同时具备优良的力学和电学性能的电触头是当前电接触材料研究的主要发展方向。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电触头材料存在电学和力学性能较差，不能兼顾的缺陷，从而提供一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种铜钨合金材料，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-20.0％；纳米三氧化二铝：0.005-0.1％，且总C含量：≤0.15％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。

本发明还提供一种铜钨合金材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按选定的配比称取各原料，然后将钨粉、纳米三氧化二铝和铜粉球磨混合，得混合粉体；

2)将混合粉末进行压制成型，得到生坯；

3)对生坯进行热等静压处理，得到所述铜钨合金材料。

优选的，步骤1)中将铜包钨粉和纳米三氧化二铝球磨混合，得混合粉体。

本发明中所述铜包钨粉可通过市购获得，也可以通过现有方法制备得到，

可选的，所述铜包钨粉以金属钨为核，金属钨表面包覆有金属铜，铜和钨的质量比为1：(3.8-4.2)。

可选的，所述金属钨表面包覆有厚度为0.8-1.2μm金属铜，金属钨的粒径为6.2-6.8μm。

优选的，所述铜包钨粉通过在钨粉表面镀覆铜的方法获得。在钨粉表面镀覆铜的方法为本领域常规手段，在此不做赘述。可选的，所述铜包钨粉的制备方法包括如下步骤：

1)W粉的前处理

对钨粉依次采用碱洗、水洗、酸洗、水洗、醇洗，清洗后干燥备用；

优选的，首先采用浓度8-12wt.％的NaOH溶液超声清洗钨粉8-15min，然后用去离子水清洗3-5次，再用浓度8-12％的HCl溶液超声清洗8-15min，用去离子水清洗3-5次，最后用无水乙醇清洗1-3次，清洗后干燥备用。

2)配制镀液