[發明專利]一種六硼化鑭彌散強化銅基觸頭材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710735019.4
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107686904A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 張久興;高思遠;胡可;韓翠柳;楊新宇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C32/00;C22C1/05;H01H1/025
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 盧敏

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術，具體涉及一種LaB₆彌散強化銅基觸頭材料及其制備方法。

背景技術

CuCr合金因具有良好的抗電弧腐蝕能力和分斷電流能力，廣泛應用于中壓真空斷路器中。CuCr合金的使用性能主要取決于其組織結構的致密性和均勻性。粉末冶金法是制備CuCr合金最常用的方法。但由于Cu和Cr之間的相互溶解度很低，浸潤性差，因此在CuCr合金研發的相當長一段時間內，皆是先通過燒結制備具有一定形狀的多孔Cr骨架，然后熔滲Cu而得到CuCr合金制品；必要時再對熔滲后的CuCr合金進行冷或熱復壓，使產品達到符合要求的密度和強度。因此，受制備工藝限制，產品總存在一定量的缺陷，影響材料的性能和使用壽命。

放電等離子燒結(SPS)是利用強脈沖直流電流流經粉末或模具產生焦耳熱而對粉末進行快速固結成形的一種新技術。近期，中國專利106086493A公開了一種快速低溫燒結制備CuCr合金材料的方法，該方法便是采用SPS對CuCr混合粉末進行低溫固相燒結。隨后，中國專利CN106498205A公開了一種大尺寸高致密度高均勻性的CuCr合金的制造方法，通過合理設計模具和壓頭結構、改善電流分布同時選擇合適的燒結參數制造出大尺寸高致密度高均勻性的CuCr合金。與傳統粉末冶金方法相比，采用SPS技術制備的CuCr合金的組織細小，硬度增大。CuCr合金的耐電壓能力與合金的硬度成正比。通過添加陶瓷顆粒可進一步提升CuCr合金的硬度，進而大幅度改善其耐電壓能力。LaB₆具有良好的熱穩定性和化學穩定性、高熔點、高溫下蒸發率低、逸出功低、發射電流密度大以及抗離子轟擊濺射能力強等優點。向CuCr合金中添加LaB₆有望在高壓真空擊穿過程中，改善電弧運動特性，使電弧優先于LaB₆相產生，實現主動引弧，避免高溫電弧在銅相上的反復燃燒和熄滅，從而改善CuCr觸頭材料的耐電弧侵蝕性能，延長其使用壽命，提高電氣系統的可靠性和穩定性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有中高壓真空銅基觸頭材料，尤其是高致密度、成分組織均勻且高硬度的CuCr合金材料及其制備方法的不足之處，通過對CuCr合金成分配方和燒結工藝的優化選擇，提供一種LaB₆彌散強化的銅基觸頭材料及其制備方法，提高銅基觸頭材料的硬度，改善其耐電壓強度和耐電弧侵蝕性能，以提升我國真空觸頭材料的品質。

本發明為實現發明目的，采用如下技術方案：

本發明的六硼化鑭彌散強化銅基觸頭材料，含有銅和鉻，其特點在于：還含有LaB₆，是由Cu、Cr和LaB₆粉末按照質量百分比Cu 64.4％～68.6％、Cr 27.6％～29.4％、LaB₆2％～8％混合均勻后，再經放電等離子燒結而成。優選的，當Cu、Cr和LaB₆粉末的質量百分比為Cu 67.2％、Cr 28.8％、LaB₆ 4％時，所得材料綜合性能最優。

本發明六硼化鑭彌散強化銅基觸頭材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1、稱粉

按照質量百分比分別稱取原料Cu粉、Cr粉和LaB₆粉末；

步驟2、混粉

將步驟1所稱取的Cu粉、Cr粉和LaB₆粉末置于V型混料機中，混合不少于10小時，獲得混合粉末；

步驟3、放電等離子燒結

稱取步驟2所獲得的混合粉末，裝入石墨模具中，采用手動液壓機對裝填好的石墨模具進行預壓，壓力為8～12MPa；

然后在石墨模具外圍裹上與石墨模具等高的4～6mm厚的碳氈，再將其置于放電等離子燒結系統的爐腔中，抽真空至5Pa以下，對粉末進行燒結成形，燒結工藝為：

軸向機械壓力：10～50MPa，

升溫速率：20～100℃/min，

燒結溫度：850～950℃，

保溫時間：3～15min；

隨爐冷卻后，即得到高致密度、低含氣量且組織均勻的LaB₆彌散強化CuCr合金圓柱錠。