[发明专利]一种铜铬合金触头材料的快速凝固制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作电工材料领域用的铜铬合金触头材料的制备方法，尤其是利用真空非自耗电弧熔炼和真空吸铸双联技术生产铜铬合金触头材料的快速凝固制备方法。

背景技术

铜铬(CuCr)合金因具有较好的耐电压强度和良好的开断电流能力，作为触头材料广泛用于中高压真空断路器中。气体、杂质含量和显微组织形貌等是决定其性能的关键。当材料中含有较高的氧含量或较多的夹杂物时，将极大地损害触头性能甚至不能使用。合金显微组织的不均匀将会产生偏析，降低合金的使用性能。合金中的Cr相越细小，则耐电压强度越高。因此，不断降低材料中的气体含量、减少夹杂物的污染和显微组织细小均匀化是发展高性能CuCr触头材料的关键。

目前，国内外生产CuCr合金主要有五种工艺路线：

1、混粉法：将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷压成型，再经真空烧结或热等静压而成。混粉法的优点是工艺简单，成熟度高，缺点是对原材料气体含量有极为严格的要求，很难获得低气体含量的产品，致密度较低也是一个重要缺陷。

2、熔渗法：将适量的Cr粉和其他组分充分混合压制，在真空或惰性保护气氛中烧结成一定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中渗Cu，由于毛细作用，液态Cu被吸入骨架的孔隙中，形成密度在98％理论密度以上的致密的CuCr触头合金。

3、自耗电极法：将Cu粉和Cr粉装入薄壁Cu管中或者将混粉法制成的CuCr合金棒在真空电弧炉中作为阴极进行自耗熔炼，所得锭坯再经热挤压进一步提高致密度。自耗法制备工艺复杂，成本高。

4、真空感应熔炼法：将一定比例的铜块和铬块在真空中频感应熔炼炉中熔化去气，待完全熔化后浇入特制的模具中。

5、雾化制备法：将一定比例的铜块和铬块在真空中频感应熔炼炉中熔化成预制合金锭后，将预制合金锭通过气体雾化法快速凝固制备铜铬合金块体材料。这种方法制备的铜铬合金由于熔化温度高，对坩埚嘴有特殊的要求。

这五种工艺方法中前三种对原材料特别是Cr粉性能有严格要求，如果Cr粉的氧含量较高，在真空或保护气氛环境中烧结都不能有效脱除Cr粉的氧，最终将使CuCr触头中具有极高的氧含量。过高的氧含量会使触头在开断电流时放出大量气体，损害真空灭弧室的真空和绝缘能力，使真空断路器开断失败，造成严重事故。采用真空感应熔炼法和雾化制备法中虽然能够获得低的气体含量，但由于铜铬合金的熔炼是在极高温度下进行的，由于高温下铜铬合金容易与坩埚材料发生反应，造成合金受到污染，并且坩埚材料中往往存在较多的夹杂物，降低了触头的可靠性。

发明内容

本专利针对现有技术中制备CuCr合金方法的上述不足，采用真空非自耗电弧熔炼和真空吸铸的双联制备技术，提供一种用于制备高性能、低气体含量和低夹杂物的快速凝固铜铬合金触头材料。

本发明的技术方案：铜铬合金触头材料的快速凝固制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按照合金成分，将铜金属和铬金属材料按照铬重量含量为5wt％～50wt％的比例配样；对应的铜金属重量含量为50wt％～95wt％；

(2)在惰性气体保护下，将配制好的铜铬材料粉末或者块体通过真空非自耗电弧熔炼；

(3)将真空非自耗电弧熔炼的铜铬合金块体翻转，重复熔炼若干次，待合金样品完全熔化；

(4)将完全熔化的铜铬合金在惰性气氛保护下继续熔化，熔化后迅速熄弧，并打开真空阀门，利用负压的作用力，将熔化的铜铬合金液吸铸到铸模中实现快速冷却凝固得到铜铬合金锭。

进一步的特征是：在真空非自耗电弧熔炼中，采用高纯氩气作为惰性保护气氛，先抽真空后充入保护惰性保护气体，真空度为10^-3～10^-4Pa，充入保护气氛后压力为0.3-0.8MPa。

在真空吸铸冷却过程中，所述的铸模是铜模，采用铜模进行吸铸冷却凝固。

本发明的铜铬合金触头材料的快速凝固制备方法，相对现有技术，具有如下特点：

1、本方法制备的铜铬合金触头材料合金成分均匀，氧、氮等气体含量低，组织致密、Cr相细小，成分均匀、纯净度高，夹杂物少；大幅度提高铜铬合金触头材料的性能

2、采用本发明触头材料制作的高压真空断路器，具有优异的真空和绝缘能力，满足高性能输变电设备的需要。

3、本方法操作简单方便，不需要复杂的设备。

具体实施方式

本发明的铜铬合金触头材料的快速凝固制备方法，其步骤是：

1、按照合金成分，将铜金属和铬金属材料按照铬重量含量为5wt％～50wt％的比例配样；