[發明專利]一種真空自耗電弧熔煉銅鉻觸頭材料組織優化方法

在審

• 申請號: 202110382860.6
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113293309A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 李鵬;王小軍;張石松;劉凱;楊斌;屈曉鵬;王文斌
• 申請（專利權）人: 陜西斯瑞新材料股份有限公司
• 主分類號: C22B9/20
• 分類號: C22B9/20;C22B9/04;C22B9/02;C22C1/03;C22C1/04;C22C9/00;C22C27/06;B22D27/04;B22F9/08;H01H1/021;H01H1/025;H01H11/04
• 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: 劉婷

本發明公開了一種真空自耗電弧熔煉銅鉻觸頭材料組織優化方法，包括：S1、配料，分別稱取銅粉和鉻粉；S2、燒結，首先將銅粉和鉻粉充分混勻，進行真空壓實燒結處理，得到中間合金；然后對中間合金進行熔煉、霧化制粉處理，得到合金粉末；最后將合金粉末燒結處理，得到自耗電極棒；S3、真空自耗熔煉，將自耗電極棒在真空自耗電弧熔煉爐內熔煉，冷卻后得到銅鉻觸頭材料；通過本發明制備的銅鉻觸頭材料，金相組織均勻，觸頭材料抗熔焊性能和分段能力得到了進一步的提。

技術領域

本發明涉及合金材料制備技術領域，具體涉及一種真空自耗電弧熔煉銅鉻觸頭材料組織優化方法。

背景技術

在全球的CuCr觸頭材料四種制備技術：真空熔滲、混粉燒結、真空熔鑄、電弧熔煉中，真空熔滲工藝觸頭由于自身的組織粗大、分布不均勻問題已逐步被淘汰；混粉燒結工藝觸頭由于高的抗熔焊性，少量應用于有低觸頭壓力真空開關中；而真空熔鑄觸頭由于高的開斷性能，目前被廣泛應用于國內外真空開關內，使用量占全球大約40％；而真空自耗電弧熔煉工藝，由于德國西門子的專利到期，陜西斯瑞新材料股份有限公司引進國外設備，研發自主生產制備工藝，已生產出性能優于德國西門子的CuCr觸頭材料，應用于國內外部分客戶高性能真空開關，相比其他3種工藝表現出最佳的綜合性能。為實現低成本、高性能CuCr觸頭廣泛應用，提高真空開關的性能，陜西斯瑞新材料股份有限公司自主設計生產工藝、自主開發真空自耗電弧爐國產化，目前已得到了一定的成果，并得到了國內外真空開關的認可。并且通過我公司自主開發的真空自耗電弧熔煉技術生產的CuCr觸頭材料得到德國西門子同行的認證，反銷德國西門子。

在現有的四種CuCr觸頭材料制備工藝中，真空自耗電弧熔煉技術的生產CuCr觸頭材料在開斷、耐壓、絕緣、抗電弧燒蝕、截流等方面都表現出了優異的性能。在電力開關小型化、智能化發展過程中表現了最佳的使用性能，是電力開關行業公認的最佳觸頭材料，可顯著提高真空開關的安全可靠性和保護作用，使真空開關向更高電壓等級應用，并且降低真空開關的體積，提高真空開關的綜合經濟效益。

但真空自耗電弧熔煉工藝制備銅鉻系列觸頭材料時受到鉻粉、以及電極棒成型時幾何尺寸不規范所致，會導致熔煉后金相組織中出現明顯粗大的顯微組織，以及元素富集區域，影響觸頭材料耐壓、開斷以及抗熔焊等電學性能。

發明內容

針對上述存在的技術問題，本發明提供了一種金相組織均勻的真空自耗電弧熔煉銅鉻觸頭材料組織優化方法。

本發明的技術方案為：一種真空自耗電弧熔煉銅鉻觸頭材料組織優化方法，包括以下步驟：

S1、配料

按照工藝要求的合金成分，以重量百分比計分別稱取45-90％的銅粉和10-55％的鉻粉；

S2、燒結

S2-1、將步驟S1銅粉和鉻粉充分混勻，并在真空度為40-90Pa、壓力為300-500KN條件下進行壓實處理，將壓實處理后的合金粉末置于燒結爐中，在700-1100℃條件下燒結處理5-8h，得到中間合金；

S2-2、將步驟S2-1所得中間合金置入熔煉室的石墨坩堝中，并向熔煉室充入N₂作為保護氣體，加熱石墨坩堝至銅粉和鉻粉完全熔化，保溫處理10-30min后，得到中間合金液；將中間合金液以2-7MPa的物化壓力通過通過石墨噴嘴噴入霧化室，霧化破碎后得到粒徑為75-85μm的合金粉末；其中，石墨噴嘴的直徑為2-6mm；

S2-3、將步驟S2-2所得合金粉末隨坩堝一同置入真空燒結爐內，對真空燒結爐進行抽真空至爐內真空度20-50Pa，先以10-15℃/min的加熱速度加熱至爐體內溫度達到980-1100℃，然后以15-25℃/min的加熱速度加熱至爐體內溫度達到1100-1350℃，保溫1-3h后，隨爐自然冷卻至室溫后，得到自耗電極棒；

S3、真空自耗熔煉