[发明专利]一种真空断路器用触头及其制备方法，真空断路器、真空断路器触头用合金镀层材料

说明书

本发明涉及一种真空断路器用触头及其制备方法，真空断路器、真空断路器触头用合金镀层材料。该真空断路器用触头包括触头基底以及通过磁控溅射镀覆在触头基底上的表面镀层，所述表面镀层由以下质量百分比的组分组成：Cr 18‑25％，Mo 5‑10％，Ta 20‑30％，余量为Cu。本发明提供的真空断路器用触头，经磁控溅射镀覆Cu、Cr、Mo、Ta元素分布均匀的合金膜，Cu、Cr、Mo、Ta元素形成多组分稳定相结构，在高温下未发现明显相分离与扩散。经真空击穿实验表明，其可使电弧在触头表面更广泛的区域运动，减少集中侵蚀，具有优异的抗电弧烧蚀性能及耐电压性能。

技术领域

本发明属于触头材料领域，具体涉及一种真空断路器用触头及其制备方法，真空断路器、真空断路器触头用合金镀层材料。

背景技术

目前在126kV真空断路器中的触头材料，大多采用整体制造的CuCr合金(如CN105761956A等)，其制造技术经过多年的发展、吸收消化、推广应用等，已经形成熟的制造工艺体系。触头材料的寿命决定真空断路器的寿命，在真空灭弧室中作用至关重要。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。

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。申请公布号为CN111074209A的中国发明专利申请公开了一种真空灭弧室触头材料表面镀层及处理方法，其是磁控溅射沉积方式制备CuCrMo合金膜，其中Cr含量为25-55％，Mo含量5-9％，其余为Cu。磁控溅射沉积薄膜是分子、原子级别的沉积过程，通过磁控溅射形成的CuCrMo合金膜，其能够在一定程度上起到分散阴极斑点的目的，有利于消除集中侵蚀；可以降低截流值，提高耐电压强度。以上CuCrMo合金膜的优异性能与磁控溅射形成的微观结构具有重要关系。

当前真空断路器CuCr合金触头在使用前，需通过钎焊工艺，将触头与触头杆在800℃下经4-8h焊接到一起，而CuCrMo薄膜经过800℃退火后，由于CuCr两相不互溶，自发分离，形成两相结构，两相固溶析出过程中，Cu相熔点低，故在表面优先析出，导致薄膜表面形貌改变，且电烧蚀性能由于低熔点的Cu相析出而降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空断路器用触头，其在高温下的微观结构稳定，无相分离和扩散的发生；而且具有优异的抗电弧烧蚀性能及耐电压性能。

本发明还提供了上述真空断路器用触头的制备方法以及使用上述触头的真空断路器、真空断路器触头用合金镀层材料。

为实现上述目的，本发明的真空断路器用触头的技术方案是：

一种真空断路器用触头，包括触头基底以及通过磁控溅射镀覆在触头基底上的表面镀层，所述表面镀层由以下质量百分比的组分组成：Cr 18-25％，Mo 5-10％，Ta 20-30％，余量为Cu。

本发明提供的真空断路器用触头，经磁控溅射镀覆Cu、Cr、Mo、Ta元素分布均匀的合金膜，Cu、Cr、Mo、Ta元素形成多组分稳定相结构，可极大增加Cu元素扩散的阻力，降低800℃-900℃退火时Cu相的析出，维持了薄膜微观结构的稳定，维持了薄膜的耐电烧蚀性能。经真空击穿实验表明，其可使电弧在触头表面更广泛的区域运动，减少集中侵蚀，具有优异的抗电弧烧蚀性能及耐电压性能。

触头基底可选择铜或铜铬合金，铜铬合金中铬的质量分数为10-50％。

优选的，所述表面镀层的厚度为1-20μm。进一步优选为1-10μm，考虑在真空断路器工作过程中，因电烧蚀和磨损，导致触头表面镀层损耗，最优选为3-8μm。

本发明的真空断路器用触头的制备方法的技术方案是：