[發明專利]一種W-Cu合金觸頭材料表面納米結構的制備方法

無效

• 申請號: 201010207631.2
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101886236A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 周志明;黃偉九;彭成允;陳元芳;曹敏敏;雷彬彬
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C22F3/00
• 分類號: C22F3/00;H01H1/025
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李曉兵

技術領域

本發明涉及一種W-Cu合金觸頭材料表面納米結構的制備方法，該方法是使用脈沖電子束的方法在W-Cu合金觸頭材料表面制備納米結構層，進而提高觸頭材料的表面的顯微硬度和耐磨性等力學性能，屬于材料表面處理和改性技術領域。

背景技術

W-Cu合金材料是由W和Cu所組成的兩相均勻分布的既不固溶又不形成化合物的一類復合材料，兼有W的高熔點、高比重、抗電蝕性、抗熔焊性、高的高溫強度和Cu的高導電、導熱率、塑性及易加工性，而且Cu在電弧高溫下蒸發時可吸收大量的電弧能量，降低電弧溫度，可有效地改善使用條件和降低電蝕作用，因此被廣泛地用作電觸頭材料、電阻焊、電火花加工和等離子電極材料、電熱和高比重合金、特殊用途的軍工材料(如火箭噴嘴、飛機喉襯)等。隨著電力系統規模的擴大和電力市場的發展，對配電網絡和配電系統的要求更高，不久的將來，配電網絡不僅要保證重要用戶的供電可靠性，而且應該普遍提高整個配電系統的可靠性，要求高壓開關GCB和GIS具有更高的工作可靠性，特別要求GCB和GIS的WCu觸頭應具有更好的耐電弧命。高性能的W-Cu觸頭材料才能保證高可靠性的GCB和GIS。W-Cu合金是高壓SF6斷路器使用性能最好的觸頭材料。

目前國內外制造W-Cu觸頭材料采用的方法主要為混粉燒結法、熔滲法和熱壓法等。混粉燒結法制備的W-Cu合金生產工藝簡單易控，但燒結溫度高，時間長，燒結體的性能較差，特別是燒結致密度較低，不適于W-Cu觸頭的生產。熱壓法可獲得相對密度高達99.5％以上的W-Cu合金，熱壓法的優點是可以制取任意銅含量的W-Cu合金材料，其缺點是設備成本較高。國內制造W-Cu觸頭材料，采用的方法主要有H₂熔滲、真空熔滲、N₂熔滲等，其實質都是熔滲法。熔滲法制備的W-Cu合金觸頭材料致密度高，燒結性能好，電導和熱導性能也很理想，缺點是熔滲后需進行機加工以去除多余的金屬銅。另外，此法難以制取銅含量較高的W-Cu觸頭，一般W含量大于50wt％的W-Cu觸頭都可以用該法生產。此外在大多數熔滲法制造的W-Cu合金觸頭材料中，W骨架的壓坯密度主要由經驗法確定，沒有充分考慮到W骨架在壓制脫模后的彈性后效及熔滲時的收縮率等因素，實際使用時，容易出現W-Cu合金觸頭材料密度偏離、化學成分超出標準范圍等情況，影響W-Cu觸頭材料的性能。

作為觸頭材料的W-Cu合金材料表面的強度、顯微組織的均勻性和晶粒大小等對觸頭材料的性能起十分重要的作用。合金表面的強度與耐電壓強度等成線性關系，因此如何提高合金的表面強度，細化合金表面的顯微組織，提高合金的性能，進而提高真空斷路器的使用壽命是至關重要的。W-Cu合金觸頭材料在使用過程中發生的磨損主要集中在表面，合金的失效往往由于觸頭材料的表面率先失效而引起整個失效，因此需要對W-Cu合金觸頭材料進行表面強化處理。

電子束(Electron?Beam)表面處理技術是將高能量密度的電子束轟擊到金屬表面，并采用高速掃描的方式，使電子束能量均勻地分布于金屬表面。電子束表面處理技術在機械制造業中得到很好的應用，如在燃氣輪機葉片上、模具上以及各種工具進行表面強化，達到提高其耐熱、耐蝕、耐磨等性能。脈沖電子束通過將材料快速加熱使材料的表面達到熔化溫度后再進行急劇冷卻，通過動力學控制來提高形核率抑制晶粒長大可以在材料表面獲得納米組織。近年來許多研究者正開展利用電子束表面強化技術進行高溫合金和功能材料的研究。目前還沒有人通過采用電子束表面強化的方法對W-Cu合金觸頭材料進行處理。

發明內容

本發明正是針對W-Cu合金觸頭材料在使用過程中表面磨損、表面容易失效的情況而設計和提供了一種W-Cu合金觸頭材料表面納米結構的制備方法，其目的是通過采用脈沖電子束設備對W-Cu合金觸頭材料進行表面納米強化處理，進而提高W-Cu合金觸頭材料表面的顯微硬度和耐磨性等力學性能。

為了實現上述目的，本專利采用以下技術方案：

1.選取合格的W、Cu材料，按照重量比例配制，采用熱壓法、機械合金化法、熔滲法或者混粉燒結法等制備W-Cu合金觸頭材料，W-Cu合金觸頭材料中W重量含量范圍為50wt％～90wt％；

2.將W-Cu合金觸頭材料表面機械加工后放入到裝有酒精或丙酮溶液的超聲波清洗機中使用超聲波清洗，清洗時間一般為8～20min，當然因W重量含量不同而選取的清洗時間有差異；然后用清水清洗干凈，清洗后進行吹干、烘干或真空干燥。