[发明专利]一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法

说明书

本发明公开了一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括：S1、配料，分别称取铜粉和铬粉；S2、烧结，首先将铜粉和铬粉充分混匀，进行真空压实烧结处理，得到中间合金；然后对中间合金进行熔炼、雾化制粉处理，得到合金粉末；最后将合金粉末烧结处理，得到自耗电极棒；S3、真空自耗熔炼，将自耗电极棒在真空自耗电弧熔炼炉内熔炼，冷却后得到铜铬触头材料；通过本发明制备的铜铬触头材料，金相组织均匀，触头材料抗熔焊性能和分段能力得到了进一步的提。

技术领域

本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法。

背景技术

在全球的CuCr触头材料四种制备技术：真空熔渗、混粉烧结、真空熔铸、电弧熔炼中，真空熔渗工艺触头由于自身的组织粗大、分布不均匀问题已逐步被淘汰；混粉烧结工艺触头由于高的抗熔焊性，少量应用于有低触头压力真空开关中；而真空熔铸触头由于高的开断性能，目前被广泛应用于国内外真空开关内，使用量占全球大约40％；而真空自耗电弧熔炼工艺，由于德国西门子的专利到期，陕西斯瑞新材料股份有限公司引进国外设备，研发自主生产制备工艺，已生产出性能优于德国西门子的CuCr触头材料，应用于国内外部分客户高性能真空开关，相比其他3种工艺表现出最佳的综合性能。为实现低成本、高性能CuCr触头广泛应用，提高真空开关的性能，陕西斯瑞新材料股份有限公司自主设计生产工艺、自主开发真空自耗电弧炉国产化，目前已得到了一定的成果，并得到了国内外真空开关的认可。并且通过我公司自主开发的真空自耗电弧熔炼技术生产的CuCr触头材料得到德国西门子同行的认证，反销德国西门子。

在现有的四种CuCr触头材料制备工艺中，真空自耗电弧熔炼技术的生产CuCr触头材料在开断、耐压、绝缘、抗电弧烧蚀、截流等方面都表现出了优异的性能。在电力开关小型化、智能化发展过程中表现了最佳的使用性能，是电力开关行业公认的最佳触头材料，可显著提高真空开关的安全可靠性和保护作用，使真空开关向更高电压等级应用，并且降低真空开关的体积，提高真空开关的综合经济效益。

但真空自耗电弧熔炼工艺制备铜铬系列触头材料时受到铬粉、以及电极棒成型时几何尺寸不规范所致，会导致熔炼后金相组织中出现明显粗大的显微组织，以及元素富集区域，影响触头材料耐压、开断以及抗熔焊等电学性能。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种金相组织均匀的真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法。

本发明的技术方案为：一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，包括以下步骤：

S1、配料

按照工艺要求的合金成分，以重量百分比计分别称取45-90％的铜粉和10-55％的铬粉；

S2、烧结

S2-1、将步骤S1铜粉和铬粉充分混匀，并在真空度为40-90Pa、压力为300-500KN条件下进行压实处理，将压实处理后的合金粉末置于烧结炉中，在700-1100℃条件下烧结处理5-8h，得到中间合金；

S2-2、将步骤S2-1所得中间合金置入熔炼室的石墨坩埚中，并向熔炼室充入N₂作为保护气体，加热石墨坩埚至铜粉和铬粉完全熔化，保温处理10-30min后，得到中间合金液；将中间合金液以2-7MPa的物化压力通过通过石墨喷嘴喷入雾化室，雾化破碎后得到粒径为75-85μm的合金粉末；其中，石墨喷嘴的直径为2-6mm；

S2-3、将步骤S2-2所得合金粉末随坩埚一同置入真空烧结炉内，对真空烧结炉进行抽真空至炉内真空度20-50Pa，先以10-15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980-1100℃，然后以15-25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100-1350℃，保温1-3h后，随炉自然冷却至室温后，得到自耗电极棒；

S3、真空自耗熔炼