[發明專利]一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法

有效

• 申請號: 202010806656.8
• 申請日: 2020-08-12
• 公開（公告）號: CN112086307B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 張喬;陳寶江;陳錚;梁淑華;曹偉產;程玉;肖鵬;鄒軍濤
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H01H11/04
• 分類號: H01H11/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法，具體按以下步驟實施：步驟1，制備WCu復合材料；步驟2，對步驟1制備的WCu復合材料機加工成一定規格的WCu基體，并使WCu基體橫截面Z軸方向環形排列若干孔，將石墨棒插入孔中，得到石墨棒/WCu前驅體；步驟3，將步驟2得到的石墨棒/WCu前驅體垂直放置于氧化鋯方舟中，再放入氬氣氣氛保護水平管式爐中進行擴散碳化，冷卻，得到WC增強相呈柱狀結構分布梯度強化的WCu復合材料；步驟4，將步驟3得到的WC增強相呈柱狀結構分布梯度強化的WCu復合材料加工成圓套筒；提高了WCu動弧觸頭表層的耐電弧侵蝕性、高溫強度及耐磨性且不改變其整體的傳導性。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法。

背景技術

鎢銅復合材料(WCu)因其具有優異的耐電弧侵蝕性、高溫強度及抗熔焊性能而被廣泛應用于各種斷路器、高壓開關等材料中，其典型應用為鎢銅/銅合金整體觸頭材料。

隨著電力系統的不斷發展，尤其是電網的不斷擴容，要求傳統高壓開關設備核心部件觸頭材料具備壽命長、容量大、體積小的新特點，這就需要鎢銅/銅合金整體觸頭材料鎢銅端具備更高的耐電弧侵蝕性、耐磨性及高溫強度，以抵抗高溫服役環境下與靜弧觸頭間的機械摩擦變形與電弧燒蝕。已有研究表明，向WCu復合材料中引入碳化物等陶瓷顆粒，可以顯著提高材料的硬度、耐電弧侵蝕等性能，但難以解決性能的提升與導電性相對下降的矛盾。

發明內容

本發明的目的是提供一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法，提高了WCu動弧觸頭表層的耐電弧侵蝕性、高溫強度及耐磨性且不改變其整體的傳導性。

本發明所采用的技術方案是，一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，制備WCu復合材料；

步驟2，制備石墨棒/WCu前驅體

對步驟1制備的WCu復合材料機加工成一定規格的WCu基體，并使WCu基體橫截面Z軸方向環形排列若干孔，將石墨棒插入孔中，得到石墨棒/WCu前驅體；

步驟3，碳化處理

將步驟2得到的石墨棒/WCu前驅體垂直放置于氧化鋯方舟中，再放入氬氣氣氛保護水平管式爐中進行擴散碳化，冷卻，得到WC增強相呈柱狀結構分布梯度強化的WCu復合材料；

步驟4，機加工

將步驟3得到的WC增強相呈柱狀結構分布梯度強化的WCu復合材料加工成圓套筒。

本發明的特點還在于，

步驟1制備WCu復合材料按照常規熔滲燒結法，通過混粉、壓制、熔滲及燒結得到，WCu復合材料中W的質量分數為70％～80％。

步驟2中WCu基體的尺寸為石墨棒的尺寸為

步驟2中孔的直徑為2mm，孔深10mm，每個孔中心距離WCu基體邊緣為3mm，相鄰兩個孔中心與WCu基體橫截面圓心形成的圓心角均為36°。

步驟3中碳化處理的條件為：加熱速率為10～20℃/min，目標溫度為1000～1100℃，保溫40～120min。

步驟4中圓套筒的壁厚為2mm。

本發明的有益效果是，本發明一種原位自生WC強化WCu動弧觸頭表層的制備方法，實現了增強相WC沿Z軸方向呈柱狀結構分布，以抑制熱應力產生橫向裂紋的進一步擴展，從而提高其抵抗變形的能力，同時水平方向增強相WC由里及外呈現梯度結構分布，且環形截面處構成WC-WCu-WC組織間隔網絡狀分布，保證了WCu動弧觸頭整體導電性，借助于WC優異的高溫性能及與基體間良好的界面結合，提高了WCu動弧觸頭表層的耐電弧侵蝕性、高溫強度及耐磨性。