[發明專利]一種高性能彌散強化銅鉻觸頭材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811237623.5
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109290582B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 劉凱;師曉云;王文斌;王小軍;李剛;張石松;李鵬;楊斌
• 申請（專利權）人: 陜西斯瑞新材料股份有限公司
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/105;B22F3/24;B22F5/00;B22F1/052;C22C9/00;B33Y10/00;B33Y70/00;B08B7/00
• 代理公司: 北京棧橋知識產權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 劉亞娟

本發明公開了一種高性能彌散強化銅鉻觸頭材料的制備方法，包括以下步驟：(1)選用電解銅粉和電解鉻粉作為原料，并按要求配比為銅鉻粉；(2)將銅鉻粉進行氫氣保護球磨混合；(3)根據銅鉻觸頭模型進行激光增材打印；(4)對銅鉻打印毛坯樣品進行熱處理；(5)最后進行表面加工處理。本發明對原始粉末要求低，可采用現有的粉末直接進行打印，同時制備出的銅鉻觸頭材料平均鉻顆粒大小可達到1?2μm，具備氣體含量低、硬度高等優點，能大大的提高了銅鉻觸頭材料的開斷性能和抗電弧燒蝕性能，還具有生產流程簡單，可實現工業化生產，以及效果高、成本低等優點。

技術領域

本發明屬于金屬材料增材制造技術領域，具體涉及一種高性能彌散強化銅鉻觸頭材料的制備方法。

背景技術

真空斷路器由于運行安全、可靠、受外界環境影響小，免維護等特點，從19世界70年代開始真空斷路器被廣泛應用于輸配電領域替代油斷路器和F6S斷路器，而銅鉻觸頭材料由于具有良好的開斷性能、抗熔焊性和高的抗熔焊性能，所以成為真空斷路器電極材料的首選。但隨著真空斷路器從最初的12kV等級提高到現在的126kV等級，并且隨著技術的不斷發展，還在向小型化、智能化發展，因此對核心的銅鉻觸頭材料性能要求越來越高。

在銅鉻觸頭材料中，當鉻顆粒越細小均勻分布，觸頭材料的開斷性能、抗電弧燒蝕性能越好，并且截流值越低。目前銅鉻觸頭材料工業化生產制備工藝主要有真空熔鑄、真空熔滲、電弧熔煉以及混粉冶金四種工藝。在四種制備工藝中，電弧熔煉工藝制備出的銅鉻觸頭材料組織最細小、最性最優，但是受制制于電弧溫度、冷卻速率等問題，組織中平均鉻顆粒在30μm左右，且存在局部富集，很難再做到更細小彌散分布。同時，目前的金屬增材制造中，為了保證增材制造過程中材料均勻性和穩定性，對金屬粉末都具有較高要求，如球形粉末改善流動性，添加膠進行粘接等，不利于批量化低成本生產和應用。

例如，專利CN107931607公布了一種利用激光增材技術制造銅鉻合金的方法，該專利采用激光進行3D打印銅鉻觸頭材料。要求Cr粉的平均粒度在2μm，銅粉的粒度在5-50μm。眾所周知，粉末的粒度越小，活性能更高，更容易氧化。而鉻粉、銅粉均其他金屬粉末更易氧化，因此該專利制備出的銅鉻合金氧含量過高不能應用于真空斷路器對高真空要求中。而且平均粒度小于2μm的鉻粉，生產難度大，成本非常高，無法實現工業化生產。專利CN105839037A公布了一種銅鉻合金觸頭激光表面改性方法，首先制采用常規工藝制備出銅鉻觸頭合金，再使用激光進行表面重熔處理，特點是可以達到觸頭表面鉻顆粒細化的效果，但是必須采用其他工藝先制備出銅鉻觸頭片，再進行表面重熔，生產成本高。同時，在銅鉻合金表面進行二次重熔，由于銅鉻觸頭厚度小，重熔過程中熱量不均勻，易造成觸頭變形造成尺寸超差，因此無法應用于批量化生產中。專利CN102943189與上述專利相似，也無法實現批量化生產應用。

因此如何使銅鉻觸頭材料中鉻顆粒更細化、彌散分布更均勻以及實現低成本批量生產，成為銅鉻觸頭材料性能提高的技術難點。

發明內容

針對以上存在的技術問題，本發明提供一種對原始鉻粉要求低、制備的銅鉻觸頭材料中鉻顆粒更細化、彌散分布更均勻且可低成本批量生產的高性能彌散強化銅鉻觸頭材料的制備方法。

本發明的技術方案為：一種高性能彌散強化銅鉻觸頭材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)選取電解鉻粉和電解銅粉為原材料，并按照所需要設計的銅鉻觸頭材料對電解鉻粉和電解銅粉分別進行稱量，配比為銅鉻粉；

(2)將所述銅鉻粉與鋼球按照一定的球料比一起裝入氣氛保護球磨機中，在混合過程中先抽真空再充入氫氣保護，然后開始球磨，球磨時間為1-5h，得到球磨混合粉；

(3)將所述球磨混合粉裝入鋪粉式激光打印設備中，抽真空至500Pa以下，按照設計的產品尺寸在打印設備中建模打印；

(4)將步驟(3)打印好的毛坯樣品進行熱處理；