[發明專利]一種真空斷路開關觸頭材料的制備方法

無效

• 申請號: 201010131084.4
• 申請日: 2010-03-24
• 公開（公告）號: CN101787453A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 劉新寬;劉平
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;B22D27/04;H01B1/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種高性能大尺寸銅鉻合金觸頭材料的制備方法，更具體地說是涉及一種大功率真空斷路開關觸頭材料的制備方法。

背景技術

觸頭是真空熔斷器的核心部件，銅鉻合金是目前真空熔斷器制造中最常用的觸頭材料，目前，國際上CuCr合金主要有三種制備方法：(1)粉末冶金法，將主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均勻混合，經冷壓和熱壓燒結成形，制備成塊體觸頭材料；(2)熔滲法，將適量的的Cu粉和全部Cr粉制成預制骨架，然后利用重力在真空下向骨架中熔滲Cu；(3)自耗電極法，將一定比例的Cu粉和Cr粉壓制成自耗電極棒坯，然后制備具有快速凝固組織的觸頭材料。前兩種方法由于受原材料中尺寸較大的Cr顆粒的限制，難以獲得高質量的觸頭材料，同時成品率較低，而自耗電極法制備工藝復雜，成本高。

真空熔鑄法是近年來研制的一種銅鉻合金觸頭材料制造方法，該方法是先將銅和鉻在高溫下熔煉成合金化液相，然后注入鑄模快速結晶固化成鑄錠，其缺點是工藝難于掌握，尤其是冷卻速度的控制。在實際生產中，如果冷卻速度過快，材料容易形成縮孔，而在冷速較低時，則出現銅和鉻的比重偏析和粗大的鉻枝晶。上述缺點都會對觸頭材料的組織產生影響從而降低真空斷路器使用的可靠性。

盡管開發了很多生產方法，但是銅鉻合金觸頭生產目前還存在一些主要問題：(1)產品難以實現致密化(主要針對粉末冶金法和熔滲法)；(2)材料中的氣體含量過高；(3)合金組織中Cr粒子的細化問題；(4)高效優質的新工藝技術路線；(5)大尺寸錠坯制備技術。

發明內容

本發明的目的是針對銅鉻合金觸頭材料生產中存在的不足提供一種真空開關用銅鉻合金觸頭大尺寸鑄坯的制備方法，實現大尺寸銅鉻合金觸頭材料的制備，達到改善銅鉻合金觸頭組織和性能的目的。用該方法制備的觸頭材料組織致密，晶粒細小，氣體含量低，錠坯尺寸大，成品率高，產品性能優良，同時所用的生產設備較為普遍，生產成本低，更易于實現批量生產。

本發明的技術方案

一種真空斷路開關觸頭材料的制備方法，包括如下的制備步驟：

(1)、真空感應爐熔化

將占銅鉻總量的10～45％鉻及銅在真空感應爐中，控制感應爐內真空度小于1×10^-1Pa，加熱到1600～1900℃，將鉻及銅熔化成鉻及銅合金液，繼續攪拌精煉20min；

(2)、澆鑄

將合金熔液注入一個在四周通水冷卻的水冷模設備的模具腔體中，控制澆鑄溫度保持在1650～1800℃，澆鑄成鑄坯，鑄坯可直接機械加工到真空開關觸頭材料尺寸。

上述一種真空斷路開關觸頭材料的制備方法中所用的水冷模設備的結構，如附圖1所示。

所述的水冷模設備包括模具腔體1、冷卻模外殼2，模具腔體1至于冷卻模外殼2內，冷卻模外殼2有進水口3和出水口4，進水口3的位置位于冷卻模外殼2下部，出水口4的位置位于冷卻模外殼2上部。

使用時澆鑄的合金液注入模具腔體1內，冷卻水從進水口3進入，從出水口4流出，保證在模具腔體1與冷卻模外殼2中間始終充盈冷卻水，控制模具腔體1達到恒溫。

本發明的有益效果

本發明的一種真空斷路開關觸頭材料的制備方法中，采用了高真空熔煉和澆鑄，合金中的氣體含量很低，導電性能提高；由于過程中水冷模加速冷卻，冷卻速度提高，就使得高溫時液態合金均勻混合的狀態保持到固態，Cr顆粒更細小，分布更均勻，而且與單邊水冷模相比，制備的樣品尺寸更大，性能更好。真空感應爐是普遍應用的熔煉設備，工藝控制簡單，生產成本低，適用于大批量的工業生產。由于能一次性生產大尺寸鑄坯，使得生產效率提高。

附圖說明

圖1、水冷模設備的結構圖

圖2、真空熔鑄法制備的銅鉻合金材料典型金相照片(x100)

圖3、粉末冶金法制備的銅鉻合金材料金相照片(x100)

圖4、熔滲法制備的銅鉻合金材料金相照片(x100)

具體實施方式

以下結合具體實施例的試驗結果及附圖對本發明作進一步的詳細說明，但并不限制本發明。

實施例1

按照25％的鉻配料，在真空感應爐中，控制感應爐內真空度小于1×10^-1Pa，加熱到1850℃精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1750℃，制備出CuCr25觸頭材料，材料的物理及機械性能見表1。

表1CuCr25合金材料的物理及機械性能

為便于比較，表2還列出了國產CuCr50和美國西屋公司生產CuCr25材料的性能。