[发明专利]一种铜钨合金材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铜钨合金材料及其制备方法和应用，按照质量百分比计，所述铜钨合金材料由如下组分组成，Cu：18.0‑22.0％；石墨烯：0.005‑0.1％，且总C含量：≤0.15％；杂质Fe含量≤0.02％；杂质SiO₂含量≤0.02％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。本发明提供的铜钨合金材料，通过添加石墨烯并限定各组分含量，尤其是石墨烯及总C含量，提高了铜钨合金材料的导电和力学性能：密度≥15.35g/cm³，硬度(HB)≥232，导电率≥40.7％IACS(20℃)，抗弯强度≥1055MPa，能够很好地满足其在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。

技术领域

本发明涉及电工材料技术领域，具体涉及一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前我国110kV及以上高压及超、特高压输变电系统以SF6断路器占主导地位，而35kV以下配电系统的断路器则以真空断路器使用居多。目前大功率SF6断路器的应用主要为CuW80合金材料，但是CuW80合金材料在满容量开断5-6次后易出现较严重的电弧烧损现象，必须对触头进行全面维护检修。因此，研究并提升高压大功率SF6断路器用电触头材料导电性等性能指标，对减少SF6断路器的故障率，维护电网的安全稳定运行具有重要意义。

理想的高压电触头材料要求大的电流开断能力、耐压、接触电阻小、抗熔焊性好、耐磨、截断电流小、机械强度高及良好加工性能。但是CuW80合金材料难以较好满足特高压大电流工况条件下耐电弧烧蚀及机械磨损的性能要求。现有技术公开了将高硬度、耐磨、导热性好、耐高温和耐各种介质腐蚀的材料为增强相与金属基体CuW80进行复合的复合电接触材料，例如La₂O₃、MoS₂、A1₂O₃、CdO等，但这些增强相物质导电性都很差，使得电接触材料的导电性变差，这对电接触材料的性能有很大的影响。

为改善CuW80合金材料的导电性能，现有的工艺还有采用添加镀层的石墨烯，但是石墨烯的镀层工艺复杂、污染大、成本高；而且由于石墨烯表面复杂，镀层时被镀金属很容易团聚，导致在石墨烯表面镀的金属都是以颗粒状粘覆在石墨烯上并没有完全包裹，因此，即使添加了镀层的石墨烯，但是其导电性能依然较差，无法满足其在高压SF6断路器用弧触头材料中的应用。因此开发一种同时具备优良的力学和电学性能的电触头是当前电接触材料研究的主要发展方向。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的电触头材料存在电学和力学性能不能兼顾的缺陷，从而提供一种铜钨合金材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种铜钨合金材料，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-22.0％；石墨烯：0.005-0.1％，且总C含量：≤0.15％；杂质Fe含量≤0.02％；杂质SiO₂含量≤0.02％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。

可选地，按照质量百分比计，由如下组分组成，Cu：18.0-20.0％；石墨烯含量：0.01-0.1％，且总C含量≤0.15％；杂质Fe含量≤0.01％；杂质SiO₂含量≤0.01％；余量为W和其它不可避免的微量杂质。

本发明还提供了一种铜钨合金材料的制备方法，包括如下步骤：

混合：按选定的配比称取各原料，然后将钨粉、石墨烯和部分铜粉球磨混合，得混合粉体；

压坯烧结：将混合粉体压制成型，真空烧结，冷却得烧结坯；

熔渗：将烧结坯进行表面清理后，在真空条件进行熔渗铜，冷却，退火，即得抗电弧烧蚀材料。

可选地，混合步骤中的球磨速率为1000-1500rpm，时间为0.5-1.0h。