[发明专利]一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，制备WCu复合材料；步骤2，对步骤1制备的WCu复合材料机加工成一定规格的WCu基体，并使WCu基体横截面Z轴方向环形排列若干孔，将石墨棒插入孔中，得到石墨棒/WCu前驱体；步骤3，将步骤2得到的石墨棒/WCu前驱体垂直放置于氧化锆方舟中，再放入氩气气氛保护水平管式炉中进行扩散碳化，冷却，得到WC增强相呈柱状结构分布梯度强化的WCu复合材料；步骤4，将步骤3得到的WC增强相呈柱状结构分布梯度强化的WCu复合材料加工成圆套筒；提高了WCu动弧触头表层的耐电弧侵蚀性、高温强度及耐磨性且不改变其整体的传导性。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法。

背景技术

钨铜复合材料(WCu)因其具有优异的耐电弧侵蚀性、高温强度及抗熔焊性能而被广泛应用于各种断路器、高压开关等材料中，其典型应用为钨铜/铜合金整体触头材料。

随着电力系统的不断发展，尤其是电网的不断扩容，要求传统高压开关设备核心部件触头材料具备寿命长、容量大、体积小的新特点，这就需要钨铜/铜合金整体触头材料钨铜端具备更高的耐电弧侵蚀性、耐磨性及高温强度，以抵抗高温服役环境下与静弧触头间的机械摩擦变形与电弧烧蚀。已有研究表明，向WCu复合材料中引入碳化物等陶瓷颗粒，可以显著提高材料的硬度、耐电弧侵蚀等性能，但难以解决性能的提升与导电性相对下降的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法，提高了WCu动弧触头表层的耐电弧侵蚀性、高温强度及耐磨性且不改变其整体的传导性。

本发明所采用的技术方案是，一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备WCu复合材料；

步骤2，制备石墨棒/WCu前驱体

对步骤1制备的WCu复合材料机加工成一定规格的WCu基体，并使WCu基体横截面Z轴方向环形排列若干孔，将石墨棒插入孔中，得到石墨棒/WCu前驱体；

步骤3，碳化处理

将步骤2得到的石墨棒/WCu前驱体垂直放置于氧化锆方舟中，再放入氩气气氛保护水平管式炉中进行扩散碳化，冷却，得到WC增强相呈柱状结构分布梯度强化的WCu复合材料；

步骤4，机加工

将步骤3得到的WC增强相呈柱状结构分布梯度强化的WCu复合材料加工成圆套筒。

本发明的特点还在于，

步骤1制备WCu复合材料按照常规熔渗烧结法，通过混粉、压制、熔渗及烧结得到，WCu复合材料中W的质量分数为70％～80％。

步骤2中WCu基体的尺寸为石墨棒的尺寸为

步骤2中孔的直径为2mm，孔深10mm，每个孔中心距离WCu基体边缘为3mm，相邻两个孔中心与WCu基体横截面圆心形成的圆心角均为36°。

步骤3中碳化处理的条件为：加热速率为10～20℃/min，目标温度为1000～1100℃，保温40～120min。

步骤4中圆套筒的壁厚为2mm。

本发明的有益效果是，本发明一种原位自生WC强化WCu动弧触头表层的制备方法，实现了增强相WC沿Z轴方向呈柱状结构分布，以抑制热应力产生横向裂纹的进一步扩展，从而提高其抵抗变形的能力，同时水平方向增强相WC由里及外呈现梯度结构分布，且环形截面处构成WC-WCu-WC组织间隔网络状分布，保证了WCu动弧触头整体导电性，借助于WC优异的高温性能及与基体间良好的界面结合，提高了WCu动弧触头表层的耐电弧侵蚀性、高温强度及耐磨性。