[发明专利]电渣熔铸生产铜铬合金真空开关触头材料的方法

说明书

本发明属于合金材料的生产方法，涉及一种用电渣熔铸生产铜铬合金开关触头材料的方法。

电渣熔铸铜铬合金真空开关触头是一种用作分断10KA以上电流的真空电器元件，它要求能在通过较大电流时仍具有正常的开断能力，并且具有耐压、抗熔焊、接触电阻小的性能。在使用中要具有足够的机械强度，良好的导热、导电性能。在正常的开合过程中，没有微粒形成，开断后要表面光滑，没有气体释放。另外还要具有良好的加工性和耐磨损性。现有技术生产真空开关触头材质是采用粉末烧结法，热浸渗法、电弧熔铸法。粉末烧结法和热浸渗法对于原材料的纯度有极高的要求，并且必须在真空或保护气氛下进行。由于原材料中不可避免的要含有部分杂质，特别是氧化物，如金属铬中常含有Al₂O₃及Al₂O₃与Cr₂O₃的混合物等，在采用粉末烧结法和热浸渗法生产铜铬合金时，不能得到去除，这样会影响真空开关触头分断电流与电压的能力。另外浸渗法采用的金属铬粉颗粒较大，影响真空开关的性能。而电弧法虽在一定程度上克服了上述二种方法的缺点，但由于其熔化铜铬合金的温度在2000℃以上，已超过了金属铬的熔点，使得金属铬的颗粒全部熔化，并在高温液态下与铜形成固溶体，而这种铜—铬固溶体在凝固过程中，铬又从铜—铬固溶体合金液中析出，形成粗大的枝晶，从而会直接影响触头材料的性能。因此，电弧熔铸法常需进一步锻造来消除枝晶的危害作用。

本发明的目的是克服上述几种方法的缺点，提供一种能有效的避免金属铬以枝晶的形式析出，并能去除夹杂物，从而提高铬—铜合金触头材料性能的电渣熔铸法。

为达到上述目的，本发明采用熔渣作为发热元件，先把铜、铬粉末按一定的比例混合。这里所说的比例是指在混合材料中，铬含量在25％～70％(重量比)。混合材料按这个比例制成电极棒放入电渣炉内，电极温度控制在1300℃-2000℃，电极棒在这个温度下熔化；在铜铬合金液通过渣池的过程中，其间的氧化物被作为发热元件的熔渣所捕获而得到净化，成为炉渣的一部分；而在这样的熔铸温度下，铜铬合金中的金属铬并不完全熔化，而主要以颗粒的形态存在。熔化后的铜包覆着金属铬颗粒形成混合液，经过渣池后进入结晶器的凝固区，冷却后成为铜铬合金触头材料。

本发明的优点是：可以清除原料中的氧化夹杂物，避免金属铬以枝晶的形式析出，所得到组织均匀一致，无分层，无缩孔，无孔隙。

用本法生产铜铬合金触头材料，首先要在电渣炉中放入电极棒，所说的电极棒即是要制取的铜铬合金触头原料。电极棒的制作，可采取下列方法之一：

1、先烧结金属铬粉使其成为骨架，然后向其中浸渗铜液。

2，烧结铜铬合金粉末，制成电极棒；

3、在铜管内填充金属铬粉与铜粉的混合物；

4、在铜棒上钻孔或开槽填入金属铬粉制成电极棒。

在生产过程中，为了防止金属的氧化，可以在真空条件下进行，也可以在惰性气体保护下进行。熔渣采用无机化合物，其组成可以是单一化合物，也可以是多元化合物，也可以是二者的混合物，如：GaF₂、NaF等。炉内温度控制在1300℃-2000℃。

操作时，首先将用上述方法之一制成的电极棒放入电渣炉中通电，炉温达到1300℃-2000℃之间，在这样的温度下电极棒中的铜金属熔化，而铬金属虽然表面有熔化，但仍以颗粒的形态存在于铜液的包覆之中，与铜液一起通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后成为均匀分布的铜铬合金触头材料。

由于在渣炉中主要采用熔渣作为发热材料，这样熔渣的温度可超过铜的熔点200℃-900℃，但没有达到金属铬全部熔化的温度，在这样的条件下，金属铬即使开始熔化也没有时间达到完全熔化，这样，金属铬在渣池中主要以颗粒的形态存在于基体中。

在铜铬合金混合液通过渣池的过程中，混合液中的氧化夹杂物等会被渣池中的熔渣捕获而得到净化。成为熔渣的一部分。从而避免了烧结法、浸渗法中夹杂物难以去除而影响合金触头材料性能的弊病。