一种Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料及其制备方法，该复合材料由Ti3SiC2增强相和铜铬基体组成，其中Ti3SiC2的质量百分数为0.5

【技术实现步骤摘要】
一种Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金属基复合材料，即Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电触头材料是电气设备及相关仪器仪表中的关键元件，其主要承担接通、分断电路及传输能量的作用，被广泛应用于电力系统，自动化系统，航天航空系统等工业领域中。基于电触头材料服役的复杂环境，现代工业要求电触头材料具有杰出的电弧烧蚀性能，优良的耐熔焊和耐磨损性能，能够开断高电压电路，以及较低的成本花费。鉴于铜的卓越导电性，铬的高硬度和熄弧性，铜铬复合材料被应用为高压电触头材料(S.X.Zhu,et al.Vacuum,2017,143:129
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137)。铜铬复合材料在经受过10000次电弧烧蚀实验后，表面形貌主要包括烧蚀坑，裂纹和孔洞，并伴随着电流的加大，烧蚀现象逐渐加剧(S.X.Zhu,et al.Vacuum,2017,143:129
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137)。除了在正对阳极处有明显的烧蚀坑外，铜铬电接触材料表面围绕着阳极正对处分布着细小的浅烧蚀坑(W.X.Duan,et al.Rare Metal Mat Eng,2005,34(6):998
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1001)。在金属基复合材料中，均匀的微结构可以有效地改善增强相与基体的相容性。铜铬复合材料是一种典型的假合金，该材料可以被视作铬骨架中充填金属铜。向铜铬复合材料中添加有效的增强相颗粒可以起到改善界面强度，细化材料晶粒，提高材料的强度，改善耐电弧烧蚀性能的作用。因此，铜铬复合材料作为一种假合金，选取添加增强相颗粒是一种提高其电接触性能的有效方法。
[0003]Ti3SiC2是一种典型的MAX相材料，其结构可以描述为两个边缘共享的Ti6C八面体层通过二维封闭填充的Si层连接。Ti3SiC2兼具着金属和陶瓷的性能特点，其拥有着高导电性、高导热性、良好的耐腐蚀性、优异的抗氧化性、良好的强度(H.B.Zhang,et al.J Mater Sci Technol,2009,25(1):1
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38)。Ti3SiC2颗粒弥散分布在铜铬复合材料，特别是铜铬两相界面中，可以起到提高界面结合强度、调节样品内气孔分布和大小的作用，使得铜在铬基体中均匀分布，提高复合材料的强度和导电导热性。在电弧烧蚀时，Ti3SiC2颗粒能起到分散电弧的作用，有效得抑制烧蚀过程中的液滴飞溅，Ti3SiC2颗粒中Si原子层的脱出可以有效得分散电弧能量，起到缓和烧蚀的作用。因此，本专利技术将Ti3SiC2颗粒增强制备的铜铬电触头将具备广阔的应用前景，同时该电触头兼具实用性，环保性和经济性。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料及其制备方法，以Ti3SiC2颗粒作为增强相，制备出新型的CuCr/Ti3SiC2电触头材料，达到改善传统材料的耐磨损、耐电弧侵蚀、强度等性能的目的。
[0005]本专利技术Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料，由Ti3SiC2增强相和铜铬基体组成，原料配比按质量百分数构成为：Ti3SiC20.5
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5％，Cu粉30％，Cr粉65
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69.5％。
[0006]本专利技术Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：配料
[0008]Cu粉末过200目筛，Cr粉末过400目筛；以质量百分比计，按照Ti3SiC20.5
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5％，Cu粉30％，Cr粉65
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69.5％进行配料并混合，获得混合料；
[0009]步骤2：球磨
[0010]将步骤1获得的混合料湿法球磨180min后，置于真空干燥箱中干燥12h，得到均匀的混合粉末；
[0011]步骤3：烧结
[0012]将步骤2获得的混合粉末倒入模具中，在30MPa下进行冷压，然后置于真空热压烧结炉中，施加30MPa压力，同时以10℃/min的升温速率升温至950
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1350℃，整个烧结过程在保护性气氛中进行；将烧结坯体于烧结温度保温1
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10h，最终得到Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料。
[0013]本专利技术的有益效果体现在：
[0014]1、本专利技术制备工艺简单快捷，周期短，适合大规模生成；
[0015]2、本专利技术烧结温度低，耗能减少，节约生产成本；
[0016]3、Ti3SiC2与金属的润湿性好，可以均匀地分散在电触头材料中，达到增强材料强度，改善材料电弧烧蚀性能的作用。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例2制备的CuCr/2.5wt％Ti3SiC2电触头材料的光学显微照片。
具体实施方式
[0018]实施例1：
[0019]首先，称取Ti3SiC2粉0.5g、Cu粉30g、Cr粉69.5g作为制备CuCr/Ti3SiC2电触头材料的原料，采用酒精作为介质，湿法球磨180min之后真空烘干得混合粉末，在模具中施加30MPa压力冷压制成胚体，然后在热压烧结炉中，烧结温度950℃，升温速率10℃/min，烧结时间2h，于Ar气氛保护下烧结得到CuCr/0.5wt％Ti3SiC2电触头材料。材料的致密度达到95.3％，布氏硬度值达到156。
[0020]实施例2：
[0021]首先，称取Ti3SiC2粉0.5g、Cu粉30g、Cr粉69.5g作为制备CuCr/Ti3SiC2电触头材料的原料，采用酒精作为介质，湿法球磨180min之后真空烘干得混合粉末，于模具中施加30MPa压力冷压制成胚体，然后在热压烧结炉中，烧结温度1150℃，升温速率10℃/min，烧结时间3h，于Ar气氛保护下烧结得到CuCr/0.5wt％Ti3SiC2电触头材料。材料的致密度达到96.2％，布氏硬度值达到172。
[0022]实施例3：
[0023]首先，称取Ti3SiC2粉5g、Cu粉30g、Cr粉65g作为制备CuCr/Ti3SiC2电触头材料的原料，采用酒精作为介质，湿法球磨180min之后真空烘干得混合粉末，于模具中施加30MPa压力冷压制成胚体，然后在热压烧结炉中，烧结温度1150℃，升温速率10℃/min，烧结时间3h，于Ar气氛保护下烧结得到CuCr/5wt％Ti3SiC2电触头材料。材料的致密度达到92.2％，布氏硬度值达到146。
[0024]除上述实施例外，本专利技术还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均属于本专利技术要求的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料，其特征在于：所述Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料由Ti3SiC2增强相和铜铬基体组成，原料配比按质量百分数构成为：Ti3SiC20.5
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5％，Cu粉30％，Cr粉65
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69.5％。2.一种权利要求1所述的Ti3SiC2增强的铜铬电触头材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：配料Cu粉末过200目筛，Cr粉末过400目筛；以质量百分比计，按照Ti3SiC20.5
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5％，Cu粉30％，Cr粉65
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69.5％进行配料并混合，获得混合料；步骤2：球磨将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子珏，田冬，应超，卢肖永，
申请(专利权)人：淮南师范学院，
类型：发明
国别省市：