CN104028888B - 一种电阻触头的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电阻触头的制备方法，实现钢结构+CuW合金结构电阻触头的制备，包括以下步骤：首先，按图纸将CuW合金及钢进行配车；焊缝连接材料为纯铜或者铬铜；真空烧结时将CuW合金、钢和熔焊连接材料按顺序放置在坩埚内；将坩埚放置在烧结炉内按升降温曲线进行烧结；对烧结好的零件进行机加工即可获得满足技术要求的高压断路器用钢+CuW合金结构。本发明将钢与CuW合金通过第三种材料的熔化和扩散固溶等过程实现冶金连接，该方法可控性强，零件质量稳定。

Description

一种电阻触头的制备方法
【技术领域】
本发明涉及电阻触头制备领域，特别涉及一种钢+CuW合金结构电阻触头的制备方法。
【背景技术】
请参阅图1所示，高压开关断路器中触头结构为钢+CuW合金，其中钢为“凹”槽型，CuW合金需要填入凹槽中使两者成为一个整体。由于该触头中有钢存在，因此必须对其进行防锈处理。那么在防锈时的酸洗过程，要求该钢+CuW合金结构焊缝处不能有气孔存在，因为在酸洗的过程中将会进一步扩大气孔体积，对触头的使用埋下安全隐患。
以往这种结构触头的制备采用钎焊法，选用银基钎料。钎焊方法易出现气孔等缺陷，无法满足使用要求，该问题长期存在。钎焊此类零件采用GB/T10046-2008BAg45CuZn，主要成分为Ag/44-46，Cu/29-31，Zn/23-27，其固相线温度665℃，液相线温度745℃。针对该焊条三种元素Ag、Cu及Zn来说，对Cu-Zn而言在419℃以上，两者主要以化合物形式存在，有CuZn3、CuZn5、Cu5Zn8，这些金属间化合物的形成温度均低于850℃。对于Ag-Zn而言，两者在700℃以下即可生成AgZn、Ag5Zn8以AgZn3化合物。对钎焊来说，钎焊需要焊剂与被焊件间与有良好的润湿性和热扩散能力。但是，BAg45CuZn焊条的几种主要元素在Cu的熔点之下即可发生化合反应而生成化合物。这种化合物的形成不仅大大降低了焊剂与被焊材料之间的润湿性，而且，化合物的形成大大降低了焊剂与CuW和Fe之间的冶金特性。
另外，对于钎焊来说，由于待焊工件及钎焊材料难以完全洁净，即使加热及焊接气氛完全可控，得到100％致密的焊缝依然困难；大气条件下，无论感应还是火焰加热，均为局部加热，温度不均会导致焊料流动不均，且焊剂有残留风险，得到完全致密焊缝难度更大。
采用钎焊的方法连接这种钢的“凹”槽型零件和CuW合金时，钎焊完成后实现顺序凝固也较为困难，因此，在焊接完成后容易在焊缝处留下气孔。自上世纪80年代以来，钢+CuW合金结构在我国基本都是以钎焊的方法获得，该方法的合格率极其低下，一般在10％左右。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电阻触头的制备方法，以解决上述技术问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种电阻触头的制备方法，包括以下步骤：
(1)加工CuW合金块，并在上部留加工余量；根据CuW合金块尺寸，配车加工结构钢，在结构钢的顶部加工出凹槽，其中凹槽深度大于CuW合金块的高度；车熔焊材料，熔焊材料的直径小于CuW合金块直径1～3mm，质量为CuW合金块的15～30％；
(2)对CuW合金块、结构钢以及熔焊材料进行清洗，清洗完后，将熔焊材料放置在凹槽的底部，CuW合金块放置在凹槽内且位于熔焊材料上部；CuW合金块和结构钢同轴设置，在CuW合金块和凹槽的内壁之间留有缝隙；在第一石墨舟的底部铺设若干层第一石墨纸；将结构钢放置在第一石墨纸上，然后在结构钢的顶部铺多层第二石墨纸，在第二石墨纸上设置第二石墨舟，第二石墨舟中装有刚玉粉；
(3)将装好的第一石墨舟放置在烧结炉里，烧结后冷却获得烧结毛坯；
(4)加工烧结毛坯，去除烧结毛坯加工余量获得所需的钢+CuW合金结构电阻触头。
优选的，烧结设备为真空炉。
优选的，熔焊材料为纯铜或者铬铜。
优选的，CuW合金块放于凹槽内时，与凹槽的侧壁之间的缝隙小于1mm。
优选的，所述缝隙能够使熔焊材料的熔液通过。
优选的，第二石墨舟中的装粉量高度大于CuW合金块的高度。
优选的，步骤(3)中熔焊材料熔化，从CuW合金块和结构钢之间的缝隙中往上流动，冷却后实现CuW合金块和结构钢之间的冶金结合。
优选的，CuW合金块和结构钢均为棒材。
优选的，步骤中烧结结束后的冷却过程中，CuW合金块和结构钢之间的焊缝自下而上凝固。
优选的，步骤中具体的烧结工艺为：从室温45分钟升温至900～1050℃，在900～1050℃保温20～30分钟；然后10～30分钟升温至1083℃～1500℃进行烧结，保温20～60分钟；然后20～30分钟降温至1083℃，然后随炉冷却获得烧结毛坯。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明的整体烧结法制备钢+CuW合金钢+CuW合金结构，首先省去了钎焊所需的银焊条，其次整体烧结法可批量生产，本发明制定的真空烧结温度曲线，首先在升温阶段考虑在Cu熔化之前的均匀升温，以及Cu和Fe、Fe和W等元素间的固相扩散条件；其次，在保温阶段制定的保温温度一是要考虑Cu的充分熔化，二是要考虑Cu与Fe之间的熔蚀反应；最后，在降温过程中则根据真空炉以热辐射为主的传热方式和液态Cu的定向凝固需要来设计，包括在烧结时在工件上部放置的保温砂来蓄热满足顺序凝固的需要，另外设定合理的降温曲线实现凝固过程中的固相扩散来提高烧结件的界面冶金结合强度。一次合格率可控在90％以上。本发明整体烧结时保温温度在Cu的熔点之上时间较长，而这样的温度对Cu和Fe、Fe和W等元素来说有利于其进行扩散，扩散的发生利于Cu和CuW合金及钢界面之间的冶金结合，因此整体烧结法对提高其界面结合强度有利。
与现有的钎焊法制备钢+CuW合金结构工艺相比，本发明通过整体烧结的工艺制备钢+CuW合金结构时，只需控制CuW与结构钢的配合间隙，按照该发明所制定的升降温曲线进行加热即可制备合格的钢+CuW合金结构。相比钎焊法而言，该方法受人为、环境等因素影响较小。
本发明的烧结工艺，将铜钨合金和钢通过中间材料连接，在高温下通过扩散与固溶在界面形成结合强度较高复合钢+CuW合金结构触头。本发明通过以铬铜(纯铜)为填充金属，使其在一定温度下熔化。通过扩散固溶等形式来连接CuW合金与结构钢，使之成为一个整体部件即钢+CuW合金结构触头。该工艺的特点在于工艺可控性强，零件质量稳定的特点。
【附图说明】
图1为本发明制备钢+CuW合金结构触头示意图。
图2为本发明制备钢+CuW合金结构触头烧结时各个部件位置示意图。
图3为本发明制备触头各部件及相关辅料烧结时放置位置示意图。
图4是本发明的烧结工艺示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
请参阅图2至图4所示，本发明一种电阻触头的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据图纸尺寸加工CuW合金块2，并在上部留加工余量，其表面粗糙度Ra3.2；根据已加工好的CuW合金块2尺寸，配车加工结构钢1，在结构钢1的顶部加工出凹槽11，其中凹槽11深度为CuW合金块2高度二倍，CuW合金块2放于凹槽11内时，与凹槽11的侧壁间隙小于1mm；车熔焊材料3，熔焊材料3的直径小于CuW合金块2直径1～3mm，质量为CuW合金块2的15～30％；熔焊材料3为纯铜或者铬铜；
(2)对加工好的CuW合金块2、结构钢1以及熔焊材料3进行清洗，清洗剂为煤油，清洗完后，将熔焊材料3放置在凹槽11的底部，CuW合金块2放置在凹槽11内且位于熔焊材料3上部；CuW合金块2、结构钢1以及熔焊材料3同轴设置，在CuW合金块2和凹槽11的内壁之间留有缝隙，且该缝隙小于1mm；在第一石墨舟4的底部铺设多层第一石墨纸5；将结构钢1放置在第一石墨纸5上，然后在结构钢1的顶部铺多层第二石墨纸8，在第二石墨纸8上设置第二石墨舟6，第二石墨舟6中放置有刚玉粉7；第二石墨舟6的直径小于装工件的第一石墨舟4直径；第二石墨舟6中的装粉量高度大于CuW合金块2的高度，如图3所示；
(3)将待烧结工件放置在真空烧结炉里，调整烧结炉的压强为3×10-3Pa；然后从从室温45分钟升温至900～1050℃，在900～1050℃保温20～30分钟；然后10～30分钟升温至1083℃～1500℃进行烧结，保温20～60分钟；然后20～30分钟降温至1083℃，然后随炉冷却获得烧结毛坯。熔焊材料3在烧结过程中熔化，从CuW合金块2和结构钢1之间的缝隙中往上流动，冷却后实现CuW合金块2和结构钢1之间的冶金结合。
(4)按图纸加工烧结毛坯，去除烧结毛坯加工余量获得所需的钢+CuW合金结构电阻触头。
本发明通过烧结方法将CuW合金块2与“凹”型结构钢1实现冶金结合；在待烧工件上部放置装有刚玉粉的石墨舟，装粉量高度大于CuW合金块2高度，保证在降温过程中焊缝实现自下而上的凝固顺序。在待烧结结构钢1下面铺有石墨纸，避免结构钢1与石墨间反应而破坏石墨舟。本发明在烧结炉里通过特定的升降温曲线进行整体烧结，满足CuW合金、Fe与Cu间的冶金结合。
本发明中CuW合金块2和结构钢1均为棒材。

Claims (9)

1.一种电阻触头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加工CuW合金块(2)，并在上部留加工余量；根据CuW合金块(2)尺寸，配车加工结构钢(1)，在结构钢(1)的顶部加工出凹槽(11)，其中凹槽(11)深度大于CuW合金块(2)的高度；车熔焊材料(3)，熔焊材料(3)的直径小于CuW合金块(2)直径1～3mm，质量为CuW合金块(2)的15～30％；
(2)对CuW合金块(2)、结构钢(1)以及熔焊材料(3)进行清洗，清洗完后，将熔焊材料(3)放置在凹槽(11)的底部，CuW合金块(2)放置在凹槽(11)内且位于熔焊材料(3)上部；CuW合金块(2)和结构钢(1)同轴设置，在CuW合金块(2)和凹槽(11)的内壁之间留有缝隙；在第一石墨舟(4)的底部铺设若干层第一石墨纸(5)；将结构钢(1)放置在第一石墨纸(5)上，然后在结构钢(1)的顶部铺多层第二石墨纸(8)，在第二石墨纸(8)上设置第二石墨舟(6)，第二石墨舟(6)中装有刚玉粉(7)；
(3)将装好的第一石墨纸(5)放置在烧结炉里，烧结后冷却获得烧结毛坯；
(4)加工烧结毛坯，去除烧结毛坯加工余量获得所需的钢+CuW合金结构电阻触头。
2.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，熔焊材料(3)为纯铜或者铬铜。
3.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，CuW合金块(2)放于凹槽(11)内时，与凹槽(11)的侧壁之间的缝隙小于1mm。
4.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，所述缝隙能够使熔焊材料(3)的熔液通过。
5.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，第二石墨舟(6)中的装粉量高度大于CuW合金块(2)的高度。
6.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，步骤(3)中熔焊材料(3)熔化，从CuW合金块(2)和结构钢(1)之间的缝隙中往上流动，冷却后实现CuW合金块(2)和结构钢(1)之间的冶金结合。
7.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，CuW合金块(2)和结构钢(1)均为棒材。
8.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，步骤(3)中烧结结束后的冷却过程中，CuW合金块(2)和结构钢(1)之间的焊缝自下而上凝固。
9.根据权利要求1所述的一种电阻触头的制备方法，其特征在于，步骤(3)中具体的烧结工艺为：从室温45分钟升温至900～1050℃，在900～1050℃保温20～30分钟；然后10～30分钟升温至1083℃～1500℃进行烧结，保温20～60分钟；然后20～30分钟降温至1083℃，然后随炉冷却获得烧结毛坯。
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