一種制備細(xì)晶CuCr合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種制備細(xì)晶CuCr合金的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電觸頭是電器開關(guān)儀器儀表等的接觸元件，負(fù)擔(dān)著接通、斷開電路及負(fù)載電流的任務(wù)，因此，它的性能直接影響著開關(guān)電器的可靠運(yùn)行。CuCr合金作為觸頭材料的發(fā)明是電力真空開關(guān)發(fā)展史上的重要突破，它極大地提高了真空開關(guān)的性能，經(jīng)過數(shù)十年的持續(xù)研宄和發(fā)展，CuCr合金已經(jīng)基本取代了其它材料，成為中低壓大電流真空開關(guān)的首選材料并逐漸向高電壓、大容量、低截流、小型化方向發(fā)展，因此對(duì)CuCr觸頭材料的性能提出了更高的要求。
[0003]目前，CuCr觸頭材料以CuCr50合金和CuCr25合金為主，生產(chǎn)工藝技術(shù)一直停留在原基礎(chǔ)上，即浸滲法、混粉燒結(jié)法和真空熔煉法，沒有太大更新。浸滲法以生產(chǎn)CuCr50合金觸頭材料為主，生產(chǎn)時(shí)的成品坯料長度僅占原始鉻粉骨架結(jié)構(gòu)長度的1/2左右，由于銅和鉻的熔點(diǎn)相差很大、相互之間界面浸潤性不好，熔滲法材料心部往往有縮孔及熔滲缺陷且晶粒較大；混粉法孔隙度高達(dá)3°/『5%，致密度低，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重降低了材料的性能及產(chǎn)品的使用壽命；真空熔煉法雖然能制備出晶粒較小的CuCr合金材料，但制備出的CuCr25特征組織為鉻枝晶，不利于耐電壓強(qiáng)度的進(jìn)一步提高。CuCr觸頭材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀性能有重要的影響，觸頭材料的電性能，如抗熔焊性、耐電弧燒蝕和耐壓能力不僅和組成觸頭材料的成份有關(guān)，而且和組成材料晶粒的大小有關(guān)，鉻顆粒尺寸盡可能細(xì)小且在觸頭表面均勻分布，以避免當(dāng)大功率真空斷路開關(guān)開斷時(shí)電弧能量過于集中在鉻顆粒尺寸較大或偏聚的部位，導(dǎo)致觸頭表面被燒蝕而影響其導(dǎo)電性能。而熔滲法與混粉燒結(jié)法生產(chǎn)的最終觸頭產(chǎn)品中鉻顆粒尺寸平均在70~180 μ m左右，就現(xiàn)有技術(shù)而言，要實(shí)現(xiàn)CuCr觸頭材料中鉻顆粒的超級(jí)細(xì)化還很困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有CuCr電觸頭材料在制備性能上的問題，本發(fā)明提供一種制備細(xì)晶CuCr合金的方法，先制備出亞微米級(jí)細(xì)小的CuCr復(fù)合粉后再經(jīng)壓力加工制成壓坯，最后經(jīng)過液相燒結(jié)制得成分分布均勻且鉻顆粒細(xì)小的CuCr合金。本發(fā)明方法制得的CuCr合金中鉻顆粒細(xì)小，作為電觸頭材料使用時(shí)可避免當(dāng)大功率真空斷路開關(guān)開斷時(shí)電弧能量過于集中在鉻顆粒尺寸較大或偏聚的部位，從而避免觸頭表面被燒蝕而影響其導(dǎo)電性能。此外，本發(fā)明方法通過控制細(xì)晶復(fù)合粉成分比例來調(diào)節(jié)CuCr合金中鉻的質(zhì)量百分含量在10?50%。本發(fā)明方法采用的真空液相燒結(jié)相比傳統(tǒng)固相燒結(jié)可大幅度的縮短時(shí)間，改善觸頭材料的綜合性能，并且本發(fā)明方法適用范圍廣，制得的電觸頭材料滿足GBT- 26867標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種制備細(xì)晶CuCr合金的方法，按照以下工藝步驟進(jìn)行:
(I)制備細(xì)晶CuCr合金材料:方法一:將無氧銅塊與鉻塊按照質(zhì)量比為1:1?9:1放入底部帶噴嘴的坩禍，感應(yīng)加熱使銅塊與鉻塊熔化互溶，經(jīng)氬氣加壓將熔融液體噴出經(jīng)過銅輥轉(zhuǎn)動(dòng)急冷甩帶，其中銅輥轉(zhuǎn)速為1000?7000r/min，得到薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料；
方法二:將無氧銅塊與鉻塊按照質(zhì)量比為1:1?9:1放入底部帶噴嘴的坩禍，感應(yīng)加熱使銅塊與鉻塊熔化互溶，經(jīng)氬氣加壓將熔融液體噴出經(jīng)過水冷旋轉(zhuǎn)盤離心霧化，其中旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為1000?7000r/min，得到顆粒狀細(xì)晶CuCr合金材料；
(2)細(xì)化細(xì)晶CuCr合金材料:將薄片帶狀或顆粒狀細(xì)晶CuCr合金材料在氬氣保護(hù)下采用高能球磨機(jī)進(jìn)行球磨，其中球磨球和合金材料的質(zhì)量比為10:1?3:1，得到粒徑分布均勻的細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉；
(3)壓坯成型:將細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉裝入模具壓塊制成壓坯，壓力為3?60t;
(4)壓坯燒結(jié):將壓坯裝入石墨干鍋，放入真空燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，其中真空度為1X10_4?9X 10_3Pa，溫度為1100?1500°C，進(jìn)行液相燒結(jié)并保溫0.5?3h后隨爐冷卻，得到本發(fā)明的細(xì)晶CuCr合金。
[0005]所述無氧銅塊的純度為99.9%，絡(luò)塊的純度為99.9%。
[0006]所述氬氣為高純氬氣，純度為99.99%ο
[0007]所述球磨球的直徑為3?10mm。
[0008]所述細(xì)晶CuCr合金中鉻顆粒粒徑大小為0.5~10 μm，鉻的重量百分比為10?50%，表面硬度為 65-162 HV,電導(dǎo)率為 26.0-80.8% IACS。
[0009]本發(fā)明的有益效果如下:
1、銅輥急冷甩帶和水冷旋轉(zhuǎn)盤離心霧化法制備出的細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉中鉻顆粒形狀為球形或近球形，表面粘連少，且粒度分布范圍窄，成分均勻；此外，這兩種方法制備出的細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉收率尚，含氧量低，可提尚廣品性能。
[0010]2、采用細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉制備的細(xì)晶CuCr合金微觀組織細(xì)小均勻，所得合金中絡(luò)顆粒粒徑大小為0.5—10 μ m，析出的絡(luò)相均勾分布在銅基體上，有利于后續(xù)制備尚性能CuCr合金觸頭材料。
[0011]3、采用本發(fā)明制備CuCr合金，可依靠調(diào)整特殊的成型工藝及燒結(jié)制度來調(diào)節(jié)合金中鉻的含量。
[0012]4、本發(fā)明制備的CuCr合金表面硬度為65~162 HV、電導(dǎo)率為26.0~80.8% IACS，較現(xiàn)有同等鉻含量的CuCr合金均有顯著增加，在電觸頭材料的應(yīng)用上具有更優(yōu)異的效果。
[0013]5、本發(fā)明對(duì)設(shè)備投資少，成本低，操作簡單，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的CuCr50薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料掃描電鏡圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2制備的CuCr25薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料掃描電鏡圖；
圖3為圖2的CuCr25薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料的局部放大掃描電鏡圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的細(xì)晶CuCr25合金掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明實(shí)施采用的銅輥急冷甩帶設(shè)備為WK-3高真空金屬制備系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明實(shí)施采用的水冷旋轉(zhuǎn)盤離心設(shè)備為YX-1真空金屬粉末制備系統(tǒng)。
[0017]本發(fā)明實(shí)施采用的高能球磨機(jī)為SPEX SamplePrep 8000M Mixer/Mill型機(jī)械球磨機(jī)。
[0018]本發(fā)明實(shí)施采用的壓機(jī)設(shè)備為769YP-150F粉末壓片機(jī)。
[0019]本發(fā)明實(shí)施采用的真空燒結(jié)爐型號(hào)為VQS-310。
[0020]實(shí)施例1
制備鉻的重量百分比為50%的CuCr合金，工藝步驟如下:
(1)制備細(xì)晶CuCr合金材料:將無氧銅塊與鉻塊按照質(zhì)量比為1:1放入底部帶噴嘴的坩禍，感應(yīng)加熱使銅塊與鉻塊熔化互溶，經(jīng)氬氣加壓將熔融液體噴出經(jīng)過銅輥轉(zhuǎn)動(dòng)急冷甩帶，其中銅輥轉(zhuǎn)速為1000r/min，得到薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料；如圖1所示，其中鉻顆粒粒徑大小為0.1~1 μ m ；
(2)細(xì)化細(xì)晶CuCr合金材料:將薄片帶狀細(xì)晶CuCr合金材料在氬氣保護(hù)下采用高能球磨機(jī)進(jìn)行球磨，其中球磨球和合金材料的質(zhì)量比為10:1，得到粒徑分布均勻的細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉；
(3)壓坯成型:將細(xì)晶復(fù)合CuCr合金粉裝入模具壓塊制成壓坯，壓力為3t;
(4)壓坯燒結(jié):將壓坯裝入石墨干鍋，放入真空燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)，其中真空度為1X10_4?9 X 10_3Pa，溫度為I100C，進(jìn)行液相燒結(jié)并保溫0.5h后隨爐冷卻，得到本實(shí)施例的CuCr
I=IO
[0021]本實(shí)施例的CuCr50合金密度為8.01g/cm3，硬度為140HV，