[发明专利]一种铜铬合金选择性表面纳米化的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种铜铬合金选择性表面纳米化的方法。

背景技术

电触头是电力开关的核心元件，负担接通或断开电路及负载电流的任务，决定了开关的断开能力和接触可靠性。CuCr触头材料的发明是电力开关发展史上的重要突破，它极大地提高了真空开关的性能，经过数十年的持续研究和发展，CuCr合金己基本取代了其它材料，成为中高压大电流真空开关的首选材料。

尽管CuCr触头材料已经获得广泛的应用，但其综合性能仍有待进一步改善。国内外许多研究表明，CuCr触头材料的性能取决于其显微组织，特别是Cr颗粒的大小对性能影响最大；CuCr触头材料的显微组织细化、成分均匀化，能大幅度提高其耐电压强度；CuCr合金中Cr颗粒的细化，可提高其击穿电压，增高绝缘强度，降低最大截流值等。就现有技术而言，要实现CuCr触头材料中Cr颗粒的超级细化还很困难。采用电弧熔炼法生产的CuCr合金Cr颗粒尺寸约为30-80μm；而采用真空熔渗法生产的CuCr合金Cr颗粒尺寸约为70-180μm。最近，虽然有人采用Cu、Cr粉体球磨加混粉烧结的方法制备出纳米尺寸的CuCr合金，但其生产效率很低。另外球磨过程极易引入一些不必要的污染。

事实上，电触头材料的失效大多发生在材料表面，因此将CuCr合金表层的Cr颗粒尺寸进行纳米化，而心部仍然保持原有的粗晶特性，就可以大幅度提高其综合性能。中国公开的申请专利CN1099467C发明了一种金属材料表面纳米化的方法，其特征在于以直径小于15mm的刚性丸粒撞击金属表面，使表面产生严重的塑性变形，通过位错的增值、运动、湮灭、重排等过程细化表面晶粒；但通过该技术对CuCr合金进行表面纳米化时出现如下问题：(1)Cr颗粒不仅发生晶粒细化，也发生严重的破碎；(2)Cu经过纳米化后塑性明显降低，无法有效充填Cr颗粒破碎形成的空隙；(3)Cu、Cr产生严重的机械合金化，使表层Cu的导电性下降。

发明内容

针对现有电触头材料在制备上的问题，本发明提供一种铜铬合金选择性表面纳米化的方法，目的在于通过铜铬合金表面的撞击和退火，实现CuCr合金表层选择性的纳米化，增加电触头材料的综合性能。

本发明的方法按以下步骤进行：

1、选取Cr颗粒尺寸为30～180μm的铜铬合金，将铜铬合金用刚性丸粒撞击进行初级破碎，破碎至铜铬合金中Cr颗粒尺寸为1～10μm，然后将铜铬合金放入真空炉中，在真空度为1×10^-4～9×10^-3Pa和温度280～350℃条件下进行初级退火，退火时间为10～60min。

2、将初级退火后的铜铬合金用刚性丸粒撞击进行中级破碎，破碎至铜铬合金中Cr颗粒尺寸为0.1～1μm，然后将铜铬合金放入真空炉中，在真空度为1×10^-4～9×10^-3Pa和温度280～350℃条件下进行中级退火，退火时间为10～60min。

3、将中级退火后的铜铬合金用刚性丸粒撞击进行最终破碎，破碎至铜铬合金中Cr颗粒尺寸为10～100nm，然后将铜铬合金放入真空炉中，在真空度为1×10^-4～9×10^-3Pa和温度500～600℃条件下进行最终退火，退火时间为30～120min，在铜铬合金表面制备出纳米层。

所述的铜铬合金中铬的重量百分比为25～50％。

所述的用刚性丸粒进行撞击时，刚性丸粒的运动速度为1～50m/s。

所述的刚性丸粒的直径为3～10mm，刚性丸粒的硬度为HRC60～70。

所述的铜铬合金表面的纳米层的厚度为10～60μm。