一種制備CuCr25電觸頭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用真空自耗電弧熔煉工藝制備CuCr25電觸頭的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于真空斷路器觸頭對(duì)銅鉻材料的氣體含量和顯微組織有較高的要求。而鉻是親氧性元素，理論上可以使用特種冶金的真空電弧自耗熔煉、真空感應(yīng)熔煉、電子束熔煉、電子轟擊熔煉等方法。實(shí)際操作中由于銅和鉻的蒸氣壓較高，難以解決高真空和電子槍污染問題。規(guī)模生產(chǎn)中不宜使用電子束熔煉，從技術(shù)上說(shuō)，真空熔鑄法雖然解決了部分問題，但相對(duì)真空電弧熔煉銅鉻觸頭材料在電性能中的優(yōu)點(diǎn)，熔鑄法還是達(dá)不到電弧自耗熔煉法在40.5KV等級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，主要是鉻顆粒平均粒度在銅中呈均勻彌散分布枝晶分布少。
[0003]研宄表明:通過真空自耗電弧熔煉工藝制備的CuCr25電觸頭材料，其顯微結(jié)構(gòu)具有Cu、Cr相金相組織細(xì)小、材料含氣量低、夾雜物少的特點(diǎn)。
[0004]目前制備CuCr25觸頭材料的方法包括:真空熔鑄法、混粉燒結(jié)法、等離子體噴涂法。真空熔鑄法是指按照比例將無(wú)氧銅和Cr粉進(jìn)行配比，將配比好的材料在真空感應(yīng)爐內(nèi)熔化并澆注，該方法制備出的CuCr25觸頭材料具有含氣量低，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是制備出的材料因?yàn)檑岬湆?dǎo)致的夾雜問題無(wú)法避免，而且金相顯微組織中有粗大的Cr枝晶存在影響觸頭材料的開斷性能。
[0005]混粉燒結(jié)法是指按照一定比例一定粒度的Cu粉和Cr粉在保護(hù)氣氛下充分混合，壓制成型，然后在保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，但難以保證達(dá)到致密化的要求，并且該方法制備的材料具有氧化物含量偏高，顯微組織中存在較大的氣孔，等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是利用真空自耗電弧熔煉法制備Cr含量在23% -26% (wt)CuCr電觸頭材料，材料無(wú)氣孔、疏松、夾雜、無(wú)Cu、Cr富集等宏觀微觀缺陷，并且Cu、Cr顯微組織結(jié)構(gòu)小于30um。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種制備CuCr25電觸頭的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]I)按照CuCr25電觸頭材料成分配比選取合格的Cu粉和Cr粉進(jìn)行混合
[0009]分別利用銅塊和鉻塊制備合格的Cu粉和Cr粉，按照CuCr25電觸頭材料成分配比選取Cu粉和Cr粉，重量比為74?77: 23?26，然后將兩者在混料機(jī)中均勻混合3?5h ；
[0010]2)將混合均勻的粉末進(jìn)行冷等靜壓壓制
[0011]將在步驟I)中混合好的材料成分放入冷等靜壓機(jī)中，在150?200Mpa的壓力下進(jìn)行壓制，得到合金棒料；該冷等靜壓機(jī)的缸體為上邊開口的坩禍狀圓筒筒體，其外面裝有加固鋼箍，形成雙層缸體結(jié)構(gòu)，缸體內(nèi)的上、下塞是活動(dòng)的，缸體的軸向力靠框架來(lái)承受；
[0012]3)對(duì)壓制完成的自耗電極進(jìn)行燒結(jié)
[0013]將步驟2)中獲得的合金棒料置于真空燒結(jié)爐中，在800?1000°C的溫度下燒結(jié)80?lOOmin，得到合金電極；該真空燒結(jié)爐是在抽真空后充入氫氣保護(hù)，利用中頻感應(yīng)加熱，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)的坩禍為石墨坩禍；在燒結(jié)過程中利用光導(dǎo)纖維紅外輻射溫度計(jì)和鎧裝熱電偶連續(xù)測(cè)溫，并通過智能控溫儀與設(shè)定程序相比較后，選擇執(zhí)行狀態(tài)反饋給中頻電源，自動(dòng)控制溫度的高低及保溫程序；
[0014]4)對(duì)燒結(jié)完成的電極進(jìn)行自耗熔煉
[0015]將燒結(jié)后的合金電極置于真空自耗爐的水冷銅坩禍中，在真空度不小于0.5Pa的真空環(huán)境下進(jìn)行熔煉，熔煉電流不小于1000A，合金電極逐漸熔化為合金熔液，熔化的合金熔液通過熔融的渣池過程中，合金熔液得到凈化，之后合金熔液滴入水冷結(jié)晶器中實(shí)現(xiàn)快速冷卻、結(jié)晶，結(jié)晶后的鑄錠逐漸漲高進(jìn)行定向凝固，徹底冷卻后得到CuCr25鑄錠，最后對(duì)CuCr25鑄錠進(jìn)行機(jī)加工。
[0016]優(yōu)選的，步驟I)中制備合格Cr粉的步驟為
[0017]a)將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時(shí)進(jìn)行低溫振動(dòng)研磨，時(shí)間為6-8小時(shí)；
[0018]b)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉用乙醇洗滌兩次，每次2?5min，接著在真空烘箱中烘干，最后進(jìn)行篩分，選出-300?-500目的鉻粉粉末；
[0019]c)將-300?-500目的鉻粉粉末置入高能球磨機(jī)進(jìn)行球磨，高能球磨機(jī)中的磨球?yàn)橛操|(zhì)合金球，球料比15: 1，在球磨過程中通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，氣體流量為12m3/h，轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨時(shí)間為40小時(shí)，最后得到合格的Cr粉。
[0020]在上述任一方案中優(yōu)選的是，步驟2)中壓制的合金棒料尺寸為長(zhǎng)度L = 800mm，夕卜徑 d = 70mmo
[0021]在上述任一方案中優(yōu)選的是，步驟3)中合金棒料置于真空燒結(jié)爐中，在900°C的溫度下燒結(jié)90min，得到合金電極。
[0022]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟4)中完全熔化后的合金熔液溫度為1820 ?1880?。
[0023]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所用Cu粉的純度不小于99.3 %，Cr粉的純度不小于99.
[0024]本發(fā)明是用選取合格的Cu粉和Cr粉按照比例進(jìn)行混合，冷等靜壓壓制成棒料，經(jīng)燒結(jié)后進(jìn)行自耗熔煉成合金鑄錠。在高溫電弧的作用之下，自耗電極快速均勻的發(fā)生層狀消熔并滴到水冷結(jié)晶器底部，配合結(jié)晶器外圍快速的冷卻速率實(shí)現(xiàn)CuCr25合金鑄錠的凝固，故得到均勻細(xì)小的CuCr合金組織。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]1.通過真空自耗電弧熔煉工藝制備的CuCr25觸頭材料可以避免熔鑄工藝生產(chǎn)CuCr25觸頭材料因?yàn)槿刍瘯r(shí)坩禍所帶入的非金屬夾雜物，同時(shí)有效的細(xì)化了 CuCr25合金的微觀組織，降低材料氣體含量。
[0027]2.真空自耗電弧熔煉工藝因?yàn)檫x取氣體含量低夾雜物少的Cu粉和Cr粉制備出自耗電極，同時(shí)自耗電極熔化后在水冷無(wú)氧銅結(jié)晶器中結(jié)晶凝固，避免與其它非金屬和污染源接觸導(dǎo)致在金相組織中出現(xiàn)夾雜；因?yàn)樽院碾姌O在熔化后滴入水冷銅結(jié)晶器中進(jìn)行快速冷卻，高的冷卻速度抑制了 Cu、Cr相的偏析，實(shí)現(xiàn)快速結(jié)晶從而細(xì)化了銅鉻結(jié)晶組織。
[0028]3.自耗熔煉過程中在電磁力的作用和爐內(nèi)真空的雙重作用有效的減少了材料中的夾雜物和氣體含量，提純了合金鑄錠。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明方法制得的CuCr25鑄錠的邊部金相照片；
[0030]圖2是本發(fā)明方法制得的CuCr25中心的邊部金相照片。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例1
[0033]按照比例Cu(wt%): Cr(wt% ) = 75 (wt) %: 25 (wt) %在混料機(jī)中混合 4h，在冷等靜壓機(jī)中180Mpa的壓力下壓制出長(zhǎng)度L = 800mm，外徑d = 70的合金棒料隨后在真空燒結(jié)爐中900°C的溫度下燒結(jié)90min，隨后將燒結(jié)后的棒料在真空自耗爐中進(jìn)行熔煉，為了獲得細(xì)小的顯微組織熔煉電流大小為1000A，熔化后的合金熔液滴入水冷結(jié)晶器中實(shí)現(xiàn)快速冷卻，隨后結(jié)晶后的鑄錠逐漸漲高，自耗電極從上往下逐漸給進(jìn)變短。
[0034]實(shí)施例2
[0035]I)按照CuCr25電觸頭材