[发明专利]一种真空灭弧室触头材料表面镀层及其处理方法

说明书

本发明公开了一种真空灭弧室触头材料表面镀层及其处理方法，该方法采用金属铜铬钼靶材在CuCr合金触头材料基底上形成CuCrMo合金膜，其中按质量百分数，CuCrMo合金膜中Cr含量25％～55％，Mo含量5％～9％，其余为Cu，具体的，包括：步骤1：对CuCr合金触头材料基底进行打磨和抛光处理；步骤2：将打磨和抛光处理后的CuCr合金触头材料基底进行清洗、吹干；步骤3：在清洗、吹干后的CuCr合金触头材料基底表面采用磁控溅射的方法镀覆CuCrMo合金膜，最终获得生长有CuCrMo合金膜的CuCr合金触头材料基片。该处理方法制备得到的镀层，其厚度为1μm～20μm。本发明得到的CuCrMo合金膜相比CuCr35具有更高的耐电压强度，更低的截流值和更长的燃弧时间。

技术领域

本发明属于溅射法镀覆技术领域，具体涉及一种真空灭弧室触头材料表面镀层及其处理方法。

背景技术

真空断路器是电力系统中分段电流，保护电力设备的重要组件，其真空灭弧室向小型化、大容量、高电压方向发展的趋势对其关键部件电触头的性能提出了更高的要求。传统的触头材料制备工艺生产的电触头已经不能满足电力系统中日益增长的性能要求，因此，制备出抗电弧烧蚀性能更强，使用寿命更长的电触头材料成为真空断路器发展急需解决的关键技术和核心问题之一。

对于广泛应用于真空断路器中的CuCr合金触头材料来说，Cu相具有良好的导电、导热性能和延展性，而Cr相熔点和机械强度较高，能促使合金基体晶粒细化，有利于形成均匀弥散分布的强化相，使材料具有较高的力学性能、耐电压强度和抗熔焊性等。Cu良好的导电导热性能有利于真空断路器的电流开断能力，Cr的高熔点和机械强度有利于保证其优良的耐电压、抗熔焊及抗电弧烧蚀等性能。Cr在Cu中的溶解度随着温度升高而增大，在高温电弧作用下，触头表面局部区域熔化成液态，部分Cr溶解在液态Cu中，在后续快速冷却时，Cr从Cu中析出形成弥散分布、细小均匀的Cr颗粒，可作为液态Cu形核中心，加快液态Cu的凝固过程。此外，Cr对氧的亲和力较大，在每次开断过程中可以吸气以保证灭弧室较高的真空度，从而延长其工作寿命。CuCr触头材料的微观组织与性能具有密切关系。减少Cu和Cr相尺寸，提高二者的均匀分布，可以提高硬度和耐电压强度，减小电导率和截流值。纳米晶CuCr材料，可以使电弧阴极斑点表面光滑地连续运动，未发生局部的集中烧蚀。

但是传统CuCr合金制备工艺往往存在致密性较低，Cr相尺寸较大且分布不均匀，较为严重的成分偏析等问题，采用合金化或者掺杂的方法可以在一定程度上改善组织成分均匀性，细化相的尺寸。

磁控溅射沉积薄膜是分子、原子级别的沉积过程，通过控制工艺参数可以制备出致密性高、膜基结合良好、成分均匀且精确可控的CuCr合金膜。通过调控工艺参数易得纳米结构薄膜，且保证Cr在Cu相中均匀分布，结合热处理可有效控制薄膜内部微观组织结构，得到纳米多相复合材料。磁控溅射法制备的CuCr合金薄膜有细小的纳米晶，可以降低功函数、提高硬度等性能特点，且其表面毛刺和污染物较少，在稳定真空首次击穿性能和异常烧蚀方向有重要意义。借助触头表面CuCr覆层细化均匀的组织，可对电弧阴极斑点的运动产生引导作用，从而对真空电弧烧蚀的均匀性，为发展新型长寿命、耐烧蚀CuCr触头提供新的思路。

发明内容

本发明针对CuCr触头材料的电流开段能力、耐电压强度和抗熔焊性能，提供了一种真空灭弧室触头材料表面镀层及其处理方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种真空灭弧室触头材料表面镀层处理方法，该方法采用金属铜铬钼靶材在CuCr合金触头材料基底上形成CuCrMo合金膜，其中按质量百分数，CuCrMo合金膜中Cr含量25％～55％，Mo含量5％～9％，其余为Cu，具体包括以下步骤：

步骤1：对CuCr合金触头材料基底进行打磨和抛光处理；

步骤2：将打磨和抛光处理后的CuCr合金触头材料基底进行清洗、吹干；