[發明專利]一種增材制造銅鎢功能梯度材料電觸頭的方法

有效

• 申請號: 201610049655.7
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105695982B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 李滌塵;張安峰;嚴深平;姚金剛;曹偉產
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;中國西電電氣股份有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;H01H11/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種增材制造銅鎢功能梯度材料電觸頭的方法，該方法通過控制銅粉和鎢粉的送粉速率，將上述兩種粉末經混粉器均勻混合并經過分粉器分流后，以高能束流為熱源，在銅基材上融化沉積鎢的質量分數隨成形層的增加而增加，呈梯度變化的銅鎢功能梯度材料電觸頭；銅鎢功能梯度材料中鎢含量隨著成形高度可以是準連續式或階梯式梯度變化的。本發明提高電觸頭零件的高壓開斷能力和使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種銅鎢功能梯度材料的制備方法，基于增材制造技術原理，通過調節同步輸送的銅粉和鎢粉的送粉量比例，利用高能束流在銅基材上熔化沉積銅粉和鎢粉的混合粉末，實現在惰性氣氛保護下無模直接成形銅鎢功能梯度材料電觸頭的方法。

背景技術

自上世紀30年代鎢基復合材料開始被研究以來，銅鎢電觸頭如今被廣泛應用于高壓、超高壓、特高壓輸變電行業及相關領域的核心部件中，是目前各類電力開關中應用最廣泛的電觸頭材料，并且在高壓SF6、空氣和油介質、大電流斷路器上用量較大。隨著現代化工業和城市生活用電的增長，高壓輸變電網絡的負荷逐漸增加，對銅鎢電觸頭的要求也越來越高。用傳統熔滲法或混粉燒結法生產的銅鎢電觸頭在使用過程中存在的一個主要問題是掉渣現象，即抗電弧侵蝕能力較差。在高壓分斷過程中的高溫電弧的熱沖擊侵蝕作用下，由于熱量不能及時傳導出去，電觸頭的溫度驟升至銅的熔點以上，銅鎢兩相均有不同程度的蒸發和熔化，電觸頭表面在較大的熱應力作用下出現掉渣和龜裂，且龜裂裂紋逐步加深，嚴重影響電觸頭的使用功能和使用壽命。而相關研究顯示，銅鎢功能梯度材料具有較好的導熱導熱性能。因此，制備銅鎢功能梯度材料電觸頭可以提高電觸頭的抗電弧侵蝕能力，提高電觸頭的使用壽命。

以高能束流為熱源，以同步輸送金屬粉末作為成形材料，可實現金屬材料的無模成形。此外，由于該技術具有同步送粉以及逐層堆積的特點，適用于制備功能梯度材料。因此，運用高能束流熔化沉積同步輸送粉末來制備銅鎢功能梯度材料電觸頭，來提升電觸頭的導熱能力、電學性能、力學性能和高溫機械性能，從而提高電觸頭的高壓開斷次數和使用壽命，具有重要的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的銅鎢電觸頭的高壓開斷能力差，使用壽命短的問題，提供一種增材制造銅鎢功能梯度材料電觸頭的方法，提高電觸頭零件的高壓開斷能力和使用壽命。

本發明技術方案的實現包括以下步驟：

在氣氛保護工作室內，以高能束流為熱源，在銅基材上連續熔化沉積由雙筒式送粉器輸送的，先經過混粉器混粉后經過分粉器分流的銅鎢混合粉末，無模成形鎢的質量分數隨成形層的增加而增加，呈梯度變化的銅鎢功能梯度材料電觸頭，包括以下步驟：

1)將粒度為-140～+325目的銅粉放入送粉器左邊的送粉筒中，將粒度為-200～+325目的鎢粉放入送粉器右邊的送粉筒中；

2)將銅基材放入氣氛保護工作室中并固定銅基材在氣氛保護工作室工作臺上，使銅基材在成形過程中相對工作室的位置不發生改變；

3)將純度為99.99％～99.999％的高純氬氣或氮氣沖入氣氛保護工作室中，使氣氛保護工作室中氮氣或氬氣的濃度達到99.9％～99.999％；

4)調節送粉器的兩個送粉筒中銅粉的送粉速率為0.2～15g/min，鎢粉的送粉速率為0～25g/min，開啟高能束流，并同步開啟送粉器開始送粉，開始在銅基材上熔融沉積層厚為1～50mm，鎢的質量分數為0～99％的第一梯度層；

5)成形完第一梯度層后，根據下一梯度層的鎢的質量分數比例，重新調節送粉器的兩個送粉筒中銅的送粉速率為0.2～15g/min，鎢的送粉速率為0～25g/min，再開啟高能束流，并同步開啟送粉器開始送粉，在第一層上熔融沉積層厚為1～50mm，鎢的質量分數為0～99％的第二梯度層；

6)重復第5)步，直到成形完1～50層梯度層，獲得所需銅鎢功能梯度材料電觸頭零件。