大功率真空断路开关触头材料用CuCr25合金块体材料制备方法技术

一种大功率真空断路开关触头材料用快速凝固ＣｕＣｒ２５合金块体材料，其特征在于：按重量百分比计，该合金成分为Ｃｕ７２～７７ｗｔ％，Ｃｒ２３～２８ｗｔ％。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能CuCr25合金块体触头材料，更具体地说是大功率真空断路开关触头材料用CuCr合金块体材料及其制备方法。
技术介绍
Cu-Cr合金触头(Cr含量25～50wt％)具有分断电流能力大、耐电压强度高、电弧烧损率低等优点，是目前国内外制造大功率真空断路开关时普遍采用、同时对开关性能起决定性作用的关键部件。高质量的Cu-Cr合金触头(材料)必需同时满足以下三个基本要求(1)第二相Cr颗粒尺寸尽可能细小且在触头表面均匀分布；(2)具有尽可能低的气体含量；(3)具有尽可能高的致密度。由于CuCr合金属于偏晶系合金，采用传统铸锭工艺基本无法制备。目前，国际上CuCr合金主要有三种制备方法(1)混粉法，将主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均匀混合，经冷压和热压烧结成形，制备成块体触头材料；(2)熔渗法，将适量的的Cu粉和全部Cr粉制成预制骨架，然后利用重力在真空下向骨架中熔渗Cu；(3)自耗电极法，将一定比例的Cu粉和Cr粉压制成自耗电极棒坯，然后制备具有快速凝固组织的触头材料。前两种方法由于受原材料中尺寸较大的Cr颗粒的限制，难以获得高质量的触头材料，同时成品率较低，而自耗电极法制备工艺复杂，成本高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于制备大功率真空断路开关触头材料的CuCr合金低成本快速凝固块体材料。由于传统触头制备技术存在上述问题，因此本专利技术制备的CuCr合金块体材料，有利于解决上述问题，同时大幅度提高触头材料的综合使用性能。本专利技术的另一目的是提供一种适用于制备大功率真空断路开关触头材料的CuCr合金块体材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种大功率真空断路开关触头材料用CuCr25合金块体材料，按重量百分比计，该合金成分为Cu72～77wt％，Cr23～28wt％。一种制备所述的大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法，该方法包括下述步骤(1)按合金成分，按重量百分比计，该合金成分为Cu72～77wt％，Cr23～28wt％，进行配料；(2)在惰性气体保护下，升温至2000～2200℃将原料熔化，浇铸成预制锭；(3)在惰性气体保护下，升温至2000～2200℃将合金预制锭熔化后，进行雾化，雾化气体为惰性气体，雾化压力为0.5～1.0Mpa；(4)在气雾化的同时，高速旋转接收盘，并使接收盘朝斜下方下拉，使雾化液滴直接沉积到接收盘上，得到圆锭形状的CuCr25合金块体材料。制备出具有快速凝固组织的CuCr25块体触头材料，该块体材料经后续热挤压变形加工成具有一定尺寸的棒坯，然后切片制成各规格的触头片。在上述的制备大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法中，在所述步骤(2)、(3)中，惰性气体为高纯氩气或高纯氮气。在上述的制备大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法中，在上述步骤(3)中，所述将合金预制锭熔化过程是将合金预制锭在感应加热熔炼炉中熔化，感应加热熔炼炉的温度控制为2200～2400℃，再经感应加热中间包加热，感应加热中间包的温度控制为2000～2200℃；所述雾化的过程是将熔化后的熔体通过与非限制式气流雾化喷嘴分离式配合的导流管，导流管为感应加热，导流管的温度控制为2000～2200℃。在上述的制备大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法中，在上述步骤(3)中，所述合金预制锭在感应加热熔炼炉中熔化后，保温8-15min，使合金熔体均匀化。在上述的所述的制备大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法中，所述的步骤(2)和(3)中，所述的惰性气体保护是采用先抽真空，后充入惰性气体，在抽真空的过程中，真空度为10-2～10-3pa。在上述的所述的制备大功率真空断路开关用触头材料用CuCr25合金块体材料的方法中，在所述步骤(4)中，接收盘下拉的角度是与水平面的垂线成30～35角度，下拉的速度V1，0＜V1≤30mm/min，接收盘的转速V2，0＜V2≤120rpm。接收盘下拉的速度及接收盘的转速的具体数值要根据单位时间喷嘴进行气雾化合金粉末的重量而定。本专利技术所使用的原料Cu为无氧Cu，原料Cr为热解Cr。该专利技术的方法关键在于Cu-Cr合金粉末的高真空高温喷射成形制备工艺。由于Cu-Cr合金在相图上属于偏晶系合金，其熔点高达1800℃以上，而合金熔体雾化时的实际温度更高达2200℃以上，就给这种合金粉末的快速凝固喷射成形制备过程带来了很大的困难。为解决这一问题从工艺上考虑，本专利技术在上述设备上设计了三感应加热系统------在感应加热熔炉上设计了熔炼炉感应加热(2200～2400℃)、在感应加热中间包上设计了中间包感应加热(2000～2200℃)、在导流管上设计了导流管系统感应加热(2000～2200℃)，要求导流管在极短的时间内可以加热至2000～2200℃。为了保证制备过程的连续进行，本专利技术研究了一种高纯度的ZrO陶瓷导流材料，该材料可耐2200℃以上的高温，并具有良好的抗冲刷能力和抗热振性能。由于制备过程是在2200℃的高温下进行，因此接收装置采用全密封集成外加水冷的冷却方式，按一定角度将冷却水夹套安装在接收盘的侧壁上。利用本专利技术方法和设备制备出φ200mm以上的CuCr25合金圆锭，机加工扒皮，在860～960℃热挤压成一定尺寸的圆锭(例如φ60mm)，然后切片成一定厚度的触头片。本专利技术的优点在于(1)CuCr25合金块体材料气体含量低；(2)材料中第二相Cr呈球形，尺寸细小且均匀分布；(3)块体材料经挤压后致密度高，可达理论密度的99％以上；(4)具有快速凝固组织的CuCr25块体材料具有高的耐电压和抗击穿能力，是高性能的触头材料。附图说明图1为本专利技术的制备方法中制备装置示意2为本专利技术的制备方法中接收装置示意3为用本专利技术的方法所制备的CuCr25合金触头材料的合金的微观组织照片图4为用本专利技术的方法所制备的CuCr25合金触头样品照片具体实施方式由于CuCr合金在相图上属于偏晶系合金，其熔点高达1800℃以上，而合金熔体雾化时的实际温度更高达2200℃以上，且还必须快速凝固气雾化。因此，本专利技术可以采取下述的制备装置配合本专利技术的方法进行制备合金粉末。如图1所示，该制备装置是采用上、下两个罐体，上罐体为熔炼罐体1、下罐体为接收罐体2，熔炼罐体1内从上到下依次设有感应加热熔炉3、感应加热中间包4。感应加热中间包4的进口上对感应加热熔炼炉3的出口，而感应加热中间包4的出口接导流管5，导流管5的出口通入接收罐体2内。在导流管5管壁的四周设有感应加热系统6，并在导流管5的出口处设有非限制式气流雾化喷嘴7，导流管5的出口段位于非限制式气流雾化喷嘴的中间，且导流管5与非限制式气流雾化喷嘴7之间采用的是分离配合方式。由于合金雾化温度很高，因此在气雾化过程中选用完全非限制式气雾化喷嘴，在工作过程中导液管与喷嘴之间采用的是分离配合方式。采用这种喷嘴进行气雾化合金粉末的制备，避免了高熔点合金雾化给限制式喷嘴使用时所带来的种种问题。在接收罐体2中安装接收装置，接收装置为公知设备。如图2所示，接收装置包括两部分，即旋转部21和升降部22，旋转部21是在接收座23上设有旋转牵引电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张永安，熊柏青，石力开，刘红伟，朱宝宏，徐骏，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：