[发明专利]一种铜铬电触头材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜铬电触头材料及其制备方法，尤其涉及一种镀铜石墨烯增强铜基电触头材料及其制备方法。

背景技术

目前，铜-铬合金具有抗电弧烧蚀性、抗熔焊性能及好的分段电流能力，已成为中压（5-38kV）大电流开关的首选触头材料。铜铬合金中第二相铬粒子的平均尺寸细化，使铜铬合金获得更高的电接触性能，如截断电流减小，绝缘强度增高，抗熔焊性进一步增强。

对于CuCr合金细化，公开号为CN104946915A，采用甩带法或水冷旋转雾化法制备细晶CuCr合金，球磨后再冷压烧结制成合金。公开号为CN104889401A，公布了一种采用真空自耗电弧熔炼工艺制备CuCr25电触头的方法。两项专利探讨了通过制备工艺细化铬晶粒，获得高性能的CuCr合金触头材料。目前，电触头材料性能具有进一步提升的空间。

发明内容

本发明涉及一种铜铬电触头材料，镀铜石墨烯作为第二相添加到铜铬合金组织中，提高CuCr合金耐磨性、绝缘强度和抗熔焊性，同时提高导电、导热性。

此外本发明还提供了上述铜铬电触头材料的制备方法。

本发明为解决上述问题提出的技术方案：

一种铜铬电触头材料，其特征在于，由重量比为0.1-3.0wt.%镀铜石墨烯和97.0-99.9wt.%铜合金组成，铜合金的重量成分为10-30wt.%的铬、0.1-2.0wt.%的X、余量为铜，X选自锑、铋、碲中一种或几种。

优选地，石墨烯为N层，N为1-10。

上述铜铬电触头材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）采用直流磁控溅射法将金属铜沉积在石墨烯表面，制成镀铜石墨烯。直流磁控溅射沉积设备的具体工艺为：真空度达到0.1*10^-3-1.0*10^-3Pa时，通入高纯氩气，真空室气压0.5-1.2Pa，溅射功率100-150W，沉积时间为5-30min，优选10-30min。

（2）铜合金采用雾化法制成200-300目的铜合金粉末。

（3）镀铜石墨烯和铜合金装入球磨机球磨，制成镀铜石墨烯和铜合金均匀混合的粉末。球磨机工作状态为：转速100-250r/min，球磨15-20分钟，停止5分钟，顺时针、逆时针交替运行，混粉时间为2-6小时。

（4）将步骤（3）混合后的粉末放入模具中进行致密化处理。

（5）热压烧结，工艺为：采用氩气保护，烧结温度700-900℃，烧结压力30-60MPa，时间2-4h。塑性加工成型，制成石墨烯增强铜铬的电触头材料。

本发明的有益成果是：

（1）这种铜铬电触头材料，石墨烯作为第二相添加，可细化晶粒，抑制晶粒长大，提高耐磨性，抗熔焊性进一步增强。此外，镀铜石墨烯改善了石墨烯与金属间的界面结合力，获得良好界面结合，解决了石墨烯与基体间界面润湿的问题，使复合材料导电性、导热性能、抗电弧侵蚀性进一步提高。

（2）铜铬电触头的制备方法，采用直流磁控溅射法在石墨烯表面沉积铜，形成的结构，减少石墨烯作为纳米颗粒在混粉过程中的团聚。

具体实施方式

实施例1

（1）采用直流磁控溅射法在石墨烯（层数为1-10层）表面沉积金属铜制备成镀铜石墨烯。纯度为99.99%的铜靶安装前先用细砂纸进行打磨去除表面氧化膜，再用丙酮清洗，烘干。直流磁控溅射沉积前进行5分钟预溅射，去除靶材表面的金属氧化物及其它杂质，保证后续石墨烯表面沉积铜膜的纯度。溅射参数如下：真空度达到0.1*10^-3Pa时，通入高纯氩气，真空室气压0.5Pa，溅射功率100W ，沉积时间为30min。

（2）将含有10%铬、0.2%锑、89.8%铜的合金粉采用气体雾化法制成300目铜合金粉末。

（3）镀铜石墨烯与铜-10%铬-0.2%锑合金粉按0.1:99.9的重量比装入球磨机中，球磨罐先抽真空再通入氩气保护，转速100r/min，球磨混粉过程中，顺时针球磨15分钟，停止5分钟，逆时针球磨15分钟，停止5分钟，依此交替工作，球磨时间6小时，获得镀铜石墨烯和铜合金均匀混合的粉末。

（4）将混合后粉末放入模具中进行致密化处理，压力350MPa。

（5）制成的块坯放入热压烧结炉中进行烧结，采用氩气保护，烧结温度700℃，烧结压力30MPa，时间4h，采用挤压或者轧制等工艺加工成型，制备出石墨烯增强铜铬电触头材料。

实施例2