CN104759622A

CN104759622A - 一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法

Info

Publication number: CN104759622A
Application number: CN201510096414.3A
Authority: CN
Inventors: 梁淑华; 张乔; 刘北阳; 郭卫卫; 颜湘莲; 王浩
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: CN104759622B

Abstract

本发明公开了一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法，将WC粉末和铜钴合金粉湿混后喷蜡，预压成型，随后在高温气氛烧结炉中对生坯进行烧结，得到WC骨架；然后在高温气氛烧结炉中进行渗铜即得到CuWC合金；最后将CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中进行熔接，即得。本发明CuWC-CuCr整体触头的制备方法，通过采用WC来代替W以及使用甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层，这样既保证了整体触头的触头端具有良好的导热、导电性、抗电弧烧蚀性以及高温耐磨性，又保证了触头端与铜合金导电杆之间良好的结合性能。

Description

一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法。

背景技术

铜钨触头材料因其具有良好的耐电弧浸蚀性、抗熔焊性以及高导电、高强度等综合性能被广泛应用于各种断路器、真空负荷开关和变压器转换开关上，尤其是可靠性更高的铜钨/铜合金整体触头材料的应用最为广泛。

随着高压开关电压等级的不断升高以及开断容量的增大，对触头材料性能的要求也日益苛刻，要求触头不仅具有高的导热性能以及导电性能，还要求触头材料具有高的抗电弧烧蚀性能和良好的高温耐磨性，从而满足触头材料高寿命的使用要求。目前高压开关触头厂商提供的铜钨/铜铬合金整体触头在特高压电容器组开关的高寿命型式试验中，均发现触头材料烧蚀磨损严重，使得开关无法正常开合。

发明内容

本发明的目的是提供一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法，解决了现有触头材料烧蚀磨损严重，导致开关无法正常开合的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将WC粉末和铜钴合金粉混合均匀，将混好的粉末喷蜡后压制成生坯，然后将生坯放入石墨坩埚中烧结，得到WC骨架；

步骤2，将步骤1得到的WC骨架和纯铜试块一下一上放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中进行渗铜，得到CuWC合金；

步骤3，将步骤2得到CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，即得到CuWC-CuCr整体触头。

本发明的特点还在于，

步骤1中WC粉末和铜钴合金粉混合是将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h。

步骤1中压制成生坯是将喷蜡后的粉末在油压机上以340MPa的压力进行压制。

步骤1中烧结是在氢气气氛烧结炉中以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300～1500℃时，保温30～90min后随炉冷却。

步骤2中渗铜是在微机程控高温烧结炉中，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1080～1180℃时，保温30～90min后随炉冷却。

步骤3中熔接是在微机程控高温烧结炉中通氢气，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1100～1300℃时，保温30～90min后随炉冷却。

本发明的有益效果是，本发明CuWC-CuCr整体触头的制备方法，通过采用WC来代替W以及使用甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层，这样既保证了整体触头的触头端具有良好的导热、导电性、抗电弧烧蚀性以及高温耐磨性，又保证了触头端与铜合金导电杆之间良好的结合性能，解决了常规CuW合金超高压使用环境下，抗电弧烧蚀性能及高温耐磨性较差的问题，同时保证了CuWC合金与CuCr合金的连接强度，获得的CuWC-CuCr整体触头满足超高压下高寿命的使用要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明CuWC-CuCr整体触头的制备方法，将WC粉末和铜钴合金粉于滚筒混料机中进行湿混，将混好的粉末喷蜡后在油压机上预压成型，随后在高温气氛烧结炉中对生坯进行烧结，制备出WC骨架；然后在高温气氛烧结炉中进行渗铜即得到CuWC合金；最后将CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，即得到CuWC-CuCr整体触头。

具体按照以下步骤实施：

步骤1，将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉(其中WC粉末的量为99.2wt％，铜钴合金粉的量为0.8wt％)在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h；将混好的粉末喷蜡后在油压机上以340MPa的压力预压成生坯，随后将压制好的生坯放入石墨坩埚中，在氢气气氛烧结炉中以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300～1500℃时，保温30～90min后随炉冷却，即制备出WC骨架；

步骤2，将步骤1得到的WC骨架和纯铜试块一下一上放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中进行渗铜，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1080～1180℃时，保温30～90min后随炉冷却，即制备出CuWC合金；

步骤3，将步骤2得到CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1100～1300℃时，保温30～90min后随炉冷却，即得到CuWC-CuCr整体触头。

本发明制备方法，用WC来代替W制备CuWC合金，WC是生产硬质合金的主要原料，其硬度与金刚石相近，且为电与热的良好导体，用其制备的CuWC合金较CuW合金硬度有了很大幅度的提高，且电导率变化较小；在保证触头材料良好导热、导电性能的同时，提高了触头材料的抗电弧烧蚀性能及高温耐磨性，相对于传统CuW触头，延长了其使用寿命；同时使用少量引导铜钴合金粉代替钴作为粘结剂，即可活化烧结WC骨架，又可引导后续的铜渗入。

本发明制备方法，使用甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层，CuWC合金与CuCr合金直接连接时，由于两者性能差异较大，其结合强度较低，而采用CuCo合金作为中间过渡层，钴既可与WC形成一种硬质合金，又可与钨和铬形成合金，这样使得CuWC合金与CuCr合金之间的连接强度得到一定程度的提高，保证了整体触头使用的稳定性。

实施例1

步骤1，将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h；将混好的粉末喷蜡后在油压机上以340MPa的压力预压成生坯，随后将压制好的生坯放入石墨坩埚中，在氢气气氛烧结炉中以15℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300℃时，保温90min后随炉冷却，即制备出WC骨架；

步骤2，将步骤1得到的WC骨架和纯铜试块一下一上放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中进行渗铜，以20℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1100℃时，保温60min后随炉冷却，即制备出CuWC合金；

步骤3，将步骤2得到CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，以25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300℃时，保温60min后随炉冷却，即得到CuWC-CuCr整体触头。

实施例2

步骤1，将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h；将混好的粉末喷蜡后在油压机上以340MPa的压力预压成生坯，随后将压制好的生坯放入石墨坩埚中，在氢气气氛烧结炉中以20℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1400℃时，保温60min后随炉冷却，即制备出WC骨架；

步骤2，将步骤1得到的WC骨架和纯铜试块一下一上放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中进行渗铜，以15℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1080℃时，保温90min后随炉冷却，即制备出CuWC合金；

步骤3，将步骤2得到CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，以20℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1100℃时，保温90min后随炉冷却，即得到CuWC-CuCr整体触头。

实施例3

步骤1，将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h；将混好的粉末喷蜡后在油压机上以340MPa的压力预压成生坯，随后将压制好的生坯放入石墨坩埚中，在氢气气氛烧结炉中以25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1500℃时，保温30min后随炉冷却，即制备出WC骨架；

步骤2，将步骤1得到的WC骨架和纯铜试块一下一上放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中进行渗铜，以25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1180℃时，保温30min后随炉冷却，即制备出CuWC合金；

步骤3，将步骤2得到CuWC合金、甩带法获得的CuCo合金作为中间过渡层以及CuCr合金按照自下而上的顺序，一同放置于石墨坩埚中，在微机程控高温烧结炉中通氢气进行熔接，以15℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1200℃时，保温30min后随炉冷却，即得到CuWC-CuCr整体触头。

将实施例1得到的WC骨架在扫描电子显微镜下进行观察，可以看出WC颗粒之间形成了大量的烧结颈；将CuWC合金制备成金相试样，通过扫描电子显微镜可以看到，WC颗粒均匀地分布在铜基体中；硬度和电导率测试结果表明，CuWC合金的硬度达到300HB左右，远高于常规CuW合金的硬度(175HB)，电导率与常规CuW合金相当，大约为45％IACS左右；对所得CuWC-CuCr的使用要求。

Claims

1.一种CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

2.根据权利要求1所述的CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，步骤1中WC粉末和铜钴合金粉混合是将粒度为4～6μm的WC粉末和铜钴合金粉在滚筒混料机中以200r/min的转速湿混4h。

3.根据权利要求1所述的CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，步骤1中压制成生坯是将喷蜡后的粉末在油压机上以340MPa的压力进行压制。

4.根据权利要求1～3任一所述的CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，步骤1中烧结是在氢气气氛烧结炉中以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300～1500℃时，保温30～90min后随炉冷却。

5.根据权利要求1所述的CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，步骤2中渗铜是在微机程控高温烧结炉中，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1080～1180℃时，保温30～90min后随炉冷却。

6.根据权利要求1所述的CuWC-CuCr整体触头的制备方法，其特征在于，步骤3中熔接是在微机程控高温烧结炉中通氢气，以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1100～1300℃时，保温30～90min后随炉冷却。