[發明專利]一種抗電弧燒蝕材料及其制備方法、應用

在審

• 申請號: 201910688331.1
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110438383A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 丁一;祝志祥;周明瑜;陳新;陳保安;張強;韓鈺;王強
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;全球能源互聯網歐洲研究院;國家電網有限公司;國網山西省電力公司
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/05;H01H11/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 王鑫

本發明提供了一種抗電弧燒蝕材料及其制備方法、應用，以質量百分比計，包括如下組分：石墨烯0.002?0.2％；鑭0.004?0.01％；鋯0.1?0.3％；銅18?20％；余量為鎢。本發明通過添加石墨烯、鑭和鋯并對其含量進行限定，并采用化學共沉積的方式制備石墨烯先驅體，再與Cu、W、鑭和鋯混合得混合粉末，進一步采用粉末成型、燒結和熔滲工藝相結合的方式，使得該材料在特高壓大電流工況條件下具有高的耐電弧燒蝕特性，較低的接觸電阻，機械磨損量較低，同時具有較好的持久強度。

技術領域

本發明涉及電工材料領域，具體涉及一種抗電弧燒蝕材料及其制備方法、應用。

背景技術

隨著現代化工業的高速發展，高壓輸變電網路負荷日益增加，在高電壓、大電流作用下，電弧燒蝕會使傳統的高壓電接觸材料表面產生嚴重蝕坑而引起失效。

目前，我國110kV及以上高壓及超、特高壓輸變電系統以SF6斷路器占主導地位，但其可靠性問題已經成為我國電網行業升級的瓶頸。據國網公司運檢部統計，2013～2015年三年間公司系統330kV及以上超、特高壓變電設備共發生故障跳閘109次，其中斷路器、變壓器和電流互感器是引起故障跳閘的最主要設備，占總體跳閘的71.6％。其中，觸頭、套管等零部件質量問題是導致斷路器故障的主要因素。

針對上述問題以及高壓電器弧觸頭的實際服役條件，并結合超高壓及特高壓線路的特點，人們開展了大量的CuW觸頭材料改性設計及制備研究工作。目前的研究表明，含鎢量直接影響銅鎢觸頭的抗電弧燒損能力，含鎢量在60％～80％時觸頭在SF6介質中燒損量最低，因此SF6高壓斷路器電觸頭材料目前主要以含鎢量在60％～80％銅鎢合金為主，但其仍難以較好地滿足特高壓大電流工況條件下耐電弧燒蝕及機械磨損的性能要求。

目前，在該體系材料的基礎上，有一些通過添加高硬度、耐磨、導熱性好、耐高溫和耐各種介質腐蝕的材料作為增強相對銅鎢觸頭材料進行改性的方法，但是，傳統的增強相物質導電性能都很差，如：La₂O₃、MoS₂、A1₂O₃、CdO等，使得銅鎢觸頭材料的導電性能變差，直接導致其接觸電阻高，不能滿足特高壓大電流工況條件下的使用要求。

中國專利文獻CN106498209B公開了一種摻雜石墨烯銅鎢合金的制備方法，并具體公開了先對石墨烯進行鍍鎳，然后向銅鎢混合粉中添加一定比例的鍍鎳石墨烯，來提高銅鎢合金的綜合性能。但是，石墨烯鍍鎳的工藝復雜，污染大；在1060℃鎢和鎳會反應生成的NiW脆性將會影響合金的綜合性能，而且大量鎳元素的引入會產生鎳-銅、鎳-鎢、鎳-石墨烯的界面，界面的存在對材料的導電、導熱會產生不利影響，同時界面作為一種二維缺陷會降低材料的真空電擊穿性能；再者石墨烯表面復雜，容易團聚，通常在石墨烯表面鍍的金屬都是以顆粒狀粘覆在石墨烯上并沒有完全包裹，達不到石墨烯和鎢的完全隔離，在碳含量比較高的情況下，高溫燒結時鎢粉會與碳質材料發生反應，生成WC，雖然碳化鎢的存在會提高復合材料的硬度，但是顯著降低導電性。也有人利用鍍銅的鎢粉制備銅鎢合金，但是對鎢粉的預處理會用到金屬鈀催化，成本極高，沉積的銅層結構粗糙，存在包裹不均勻、部分鎢粉裸露、大量孔洞的問題。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中在特高壓大電流工況條件下電接觸材料的耐電弧燒蝕性能、接觸電阻及機械磨損性能不能較好的滿足使用要求的缺陷，從而提供一種抗電弧燒蝕材料及其制備方法、應用，通過在銅鎢基材料中添加石墨烯、鑭和鋯，利用石墨烯作為界面相改善兩相之間的潤濕性，鑭和鋯進行微觀改性，使得該材料在特高壓大電流工況條件下具有高的耐電弧燒蝕特性，較低的接觸電阻和較低的機械磨損量。

為此，本發明提供如下技術方案：

一種抗電弧燒蝕材料，以質量百分比計，包括如下組分：石墨烯0.002-0.2％；鑭0.004-0.01％；鋯0.1-0.3％；銅18-20％；余量為鎢。