CN105132726B - 一种适用于接触器的铜铬触头材料及其制备方法 - Google Patents
一种适用于接触器的铜铬触头材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种适用于接触器的铜铬触头材料及其制备方法。该铜铬触头材料是由以下重量百分比：Cr含量40‑50％，Cu余量组成。其制备方法包括原材料选择‑‑‑混粉‑‑‑冷等静压‑‑‑包套‑‑‑挤压‑‑‑时效处理。本发明开发了一种纤维状定向组织铜铬材料，在具有良好的导电性同时，还要有高的抗电烧蚀性能，满足并提高接触器使用寿命。本发明在接触器中替代了现有AgW、CuW触头材料，降低成本，节约贵金属，同时提高了接触器使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于接触器的铜铬触头材料及其制备方法，属于金属基复合材料领域。
背景技术
触头起接通、承载和分断电流的作用，是接触器的心脏部件，其性能在很大程度上决定了接触器的性能及其运行的可靠性。因此接触器对触头有着苛刻的要求，要求具有：①良好的抗电弧烧损能力，②高的抗熔焊能力，③长的机械寿命，④良好的导电导热性能。
目前，常用的接触器触头材料为银钨或铜钨，但现有技术中所制得的触头钨颗粒分布不均匀，易分层，致密度低，不能满足接触器的使用要求。银钨或铜钨触头通常采用熔渗法来制造，但采用熔渗法工艺制造时需要添加微量金属元素，如镍、钴、铁，来改善金属对钨的湿润性，以获得致密的触头。由于添加的金属元素是微量的，它们难于分散均匀且不能有效地覆盖在钨颗粒表面，致使金属对钨的湿润性得不到有效的改善，渗入的金属液体不足以充满压坯，因而导致触头致密度不够理想，金相组织不够均匀，触头抗电弧烧损能力低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种适用于接触器的铜铬触头材料及其制备方法。它是一种纤维状定向组织铜铬材料，在具有良好的导电性同时，还具有高的抗电烧蚀性能，满足并提高接触器使用寿命。本发明在接触器中替代了现有AgW、CuW触头材料，降低成本，节约贵金属，同时提高了接触器使用寿命。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种适用于接触器的铜铬触头材料，它由以下重量百分比的成分组成：Cr为40-50％，余量为Cu；其原材料分别为200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉，该铜铬触头材料是纤维状定向组织的铜铬材料。
此外，适用于接触器的铜铬触头材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料选择
选用200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉；所述Cr粉以及Cu粉通过以下步骤制成：分别将Cr块和Cu棒放入不锈钢球磨罐中，对球磨罐作抽真空处理，真空度小于6Pa，然后充入惰性保护气体，抽真空-充气过程重复三次，以排净球磨罐可能存在的空气，防止发生氧化；将抽真空的密闭球磨罐放入球磨机，进行球磨；球磨结束后取出球磨罐，使用针管往球磨罐中注入80～90ml无水乙醇作为湿磨介质，此过程中，保持惰性气体的流通，以免破坏惰性保护气氛，然后进行湿磨；湿磨结束后，取出粉末，放入干燥箱干燥，最终分别得到Cr粉以及Cu粉；
(2)混粉
按Cu粉∶Cr粉＝6∶4～5∶5的重量配比，并按Cu粉和Cr粉的混合粉∶铜球＝1∶1的重量配比进行球磨混粉3-10小时；
(3)冷等静压
将混好后的混合粉装入橡胶套冷等静压为棒料，压力为150-300Mpa，保压时间为3-20分钟；
(4)包套
将步骤(3)中压好的棒料装入铜套，铜套厚度为1-5mm，抽真空至1pa-10-2pa进行真空密封；
(5)挤压
将包套密封后的棒料加热至50-500℃，保温30分钟-120分钟，使用液压机进行冷挤压或温挤压，挤压变形量为20％-95％，液压机吨位为100-1000T；
(6)时效处理
挤压后的棒料进行时效处理，时效温度为200-500℃，保温1-4小时；时效处理后的棒料即为适用于接触器的触头材料。
优选的，步骤(1)中球磨时间为5h～20h，转速为200～300rpm；湿磨时间为5h～15h，转速为200～400rpm；干燥温度为100～150℃，时间为10～20h。
在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中采用带铝合金夹板的冷等静压机进行冷等静压，温度控制为20℃。
在上述任一方案中优选的是，步骤(6)中的时效处理包括低温区预时效、高温区时效和低温区再时效。
在上述任一方案中优选的是，所述低温区预时效为将挤压后的棒料由室温升温至200℃，在该温度下保温一定时间；所述高温区时效为将挤压后的棒料升温至400℃，在该温度下保温一定时间，随后连续升温至500℃，在该温度下保温一定时间；所述低温区再时效为将挤压后的棒料由500℃冷却至室温，再将由室温升温至300℃，在该温度下保温一定时间。
在上述任一方案中优选的是，每次所述保温一定时间都相同。
本发明的有益效果：
1.减少了贵金属的消耗、节约资源；
2.使用铬代替W\Ag，大大的降低了生产成本；
3.相比电寿命由原来的30W次提高到50W次，接触器使用寿命提高；
4.本发明与现有技术相比，所得触头材料的金相组织更均匀，致密度和硬度更高，抗电弧烧损能力也更高，且电阻率低。
5.本发明方法的整个制造过程不使用有毒化学物质且未产生任何废水及其它废弃物，而且工艺更为简单。
附图简要说明
图1是根据本发明的方法制得的适用于接触器的CuCr40触头材料的金相组织图；
图2是根据本发明的方法制得的适用于接触器的CuCr50触头材料的金相组织图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
一种适用于接触器的CuCr40触头材料，它由以下重量百分比的成分组成：Cr为40％左右，余量为Cu；其原材料分别为200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉，该铜铬触头材料是纤维状定向组织的铜铬材料。
所述的适用于接触器的CuCr40触头材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料选择
选用200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉；所述Cr粉以及Cu粉通过以下步骤制成：分别将Cr块和Cu棒放入不锈钢球磨罐中，对球磨罐作抽真空处理，真空度小于6Pa，然后充入惰性保护气体，抽真空-充气过程重复三次，以排净球磨罐可能存在的空气，防止发生氧化；将抽真空的密闭球磨罐放入球磨机，进行球磨；球磨结束后取出球磨罐，使用针管往球磨罐中注入80～90ml无水乙醇作为湿磨介质，此过程中，保持惰性气体的流通，以免破坏惰性保护气氛，然后进行湿磨；湿磨结束后，取出粉末，放入干燥箱干燥，最终分别得到Cr粉以及Cu粉；
(2)混粉
按Cu粉∶Cr粉约为6∶4的重量配比，并按Cu粉和Cr粉的混合粉∶铜球＝1∶1的重量配比进行球磨混粉3-10小时；
(3)冷等静压
将混好后的混合粉装入橡胶套冷等静压为棒料，压力为150-300Mpa，保压时间为3-20分钟；
(4)包套
将步骤(3)中压好的棒料装入铜套，铜套厚度为1-5mm，抽真空至1pa-10-2pa进行真空密封；
(5)挤压
将包套密封后的棒料加热至50-500℃，保温30分钟-120分钟，使用液压机进行冷挤压或温挤压，挤压变形量为20％-95％，液压机吨位为100-1000T；
(6)时效处理
挤压后的棒料进行时效处理，时效温度为200-500℃，保温1-4小时；时效处理后的棒料即为适用于接触器的触头材料。
步骤(1)中球磨时间为5h～20h，转速为200～300rpm；湿磨时间为5h～15h，转速为200～400rpm；干燥温度为100～150℃，时间为10～20h。
步骤(3)中采用带铝合金夹板的冷等静压机进行冷等静压，温度控制为20℃。
步骤(6)中的时效处理包括低温区预时效、高温区时效和低温区再时效。
所述低温区预时效为将挤压后的棒料由室温升温至200℃，在该温度下保温一定时间；所述高温区时效为将挤压后的棒料升温至400℃，在该温度下保温一定时间，随后连续升温至500℃，在该温度下保温一定时间；所述低温区再时效为将挤压后的棒料由500℃冷却至室温，再将由室温升温至300℃，在该温度下保温一定时间。
每次所述保温一定时间都相同。
实施例2
一种适用于接触器的CuCr50触头材料，它由以下重量百分比的成分组成：Cr为50％左右，余量为Cu；其原材料分别为200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉，该铜铬触头材料是纤维状定向组织的铜铬材料。
所述的适用于接触器的CuCr50触头材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料选择
选用200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉；所述Cr粉以及Cu粉通过以下步骤制成：分别将Cr块和Cu棒放入不锈钢球磨罐中，对球磨罐作抽真空处理，真空度小于6Pa，然后充入惰性保护气体，抽真空-充气过程重复三次，以排净球磨罐可能存在的空气，防止发生氧化；将抽真空的密闭球磨罐放入球磨机，进行球磨；球磨结束后取出球磨罐，使用针管往球磨罐中注入80～90ml无水乙醇作为湿磨介质，此过程中，保持惰性气体的流通，以免破坏惰性保护气氛，然后进行湿磨；湿磨结束后，取出粉末，放入干燥箱干燥，最终分别得到Cr粉以及Cu粉；
(2)混粉
按Cu粉∶Cr粉约为5∶5的重量配比，并按Cu粉和Cr粉的混合粉∶铜球＝1∶1的重量配比进行球磨混粉3-10小时；
(3)冷等静压
将混好后的混合粉装入橡胶套冷等静压为棒料，压力为150-300Mpa，保压时间为3-20分钟；
(4)包套
将步骤(3)中压好的棒料装入铜套，铜套厚度为1-5mm，抽真空至1pa-10-2pa进行真空密封；
(5)挤压
将包套密封后的棒料加热至50-500℃，保温30分钟-120分钟，使用液压机进行冷挤压或温挤压，挤压变形量为20％-95％，液压机吨位为100-1000T；
(6)时效处理
挤压后的棒料进行时效处理，时效温度为200-500℃，保温1-4小时；时效处理后的棒料即为适用于接触器的触头材料。
步骤(1)中球磨时间为5h～20h，转速为200～300rpm；湿磨时间为5h～15h，转速为200～400rpm；干燥温度为100～150℃，时间为10～20h。
步骤(3)中采用带铝合金夹板的冷等静压机进行冷等静压，温度控制为20℃。
步骤(6)中的时效处理包括低温区预时效、高温区时效和低温区再时效。
所述低温区预时效为将挤压后的棒料由室温升温至200℃，在该温度下保温一定时间；所述高温区时效为将挤压后的棒料升温至400℃，在该温度下保温一定时间，随后连续升温至500℃，在该温度下保温一定时间；所述低温区再时效为将挤压后的棒料由500℃冷却至室温，再将由室温升温至300℃，在该温度下保温一定时间。
每次所述保温一定时间都相同。
经试验测试，上述实施例中各自制得的CuCr40和CuCr50触头材料的理化性能如表1所示。
表1
本发明方法的整个制造过程不使用有毒化学物质且未产生任何废水及其它废弃物，而且工艺更为简单，并减少了贵金属的消耗、节约资源。由该方法制得的适用于接触器的铜铬触头材料使用铬代替W\Ag，大大的降低了生产成本；相比电寿命由原来的30W次提高到50W次，接触器使用寿命提高；本发明与现有技术相比，所得触头材料的金相组织更均匀，致密度和硬度更高，抗电弧烧损能力也更高，且电阻率低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于接触器的铜铬触头材料的制备方法，其特征在于：
适用于接触器的铜铬触头材料，它由以下重量百分比的成分组成：Cr为40-50％，余量为Cu；其原材料分别为200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉，该铜铬触头材料是纤维状定向组织的铜铬材料；
制备方法包括以下步骤：
(1)原材料选择
选用200-300微米的Cr粉以及300微米以下的Cu粉；所述Cr粉以及Cu粉通过以下步骤制成：分别将Cr块和Cu棒放入不锈钢球磨罐中，对球磨罐作抽真空处理，真空度小于6Pa，然后充入惰性保护气体，抽真空-充气过程重复三次，以排净球磨罐可能存在的空气，防止发生氧化；将抽真空的密闭球磨罐放入球磨机，进行球磨；球磨结束后取出球磨罐，使用针管往球磨罐中注入80～90ml无水乙醇作为湿磨介质，此过程中，保持惰性气体的流通，以免破坏惰性保护气氛，然后进行湿磨；湿磨结束后，取出粉末，放入干燥箱干燥，最终分别得到Cr粉以及Cu粉；
(2)混粉
按Cu粉∶Cr粉＝6∶4～5∶5的重量配比，并按Cu粉和Cr粉的混合粉∶铜球＝1∶1的重量配比进行球磨混粉3-10小时；
(3)冷等静压
将混好后的混合粉装入橡胶套冷等静压为棒料，压力为150-300MPa，保压时间为3-20分钟；
(4)包套
将步骤(3)中压好的棒料装入铜套，铜套厚度为1-5mm，抽真空至1Pa-10-2Pa进行真空密封；
(5)挤压
将包套密封后的棒料加热至50-500℃，保温30分钟-120分钟；使用液压机进行冷挤压或温挤压，挤压变形量为20％-95％，液压机吨位为100-1000T；
(6)时效处理
挤压后的棒料进行时效处理，时效温度为200-500℃，保温1-4小时；时效处理后的棒料即为适用于接触器的触头材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中球磨时间为5h～20h，转速为200～300rpm；湿磨时间为5h～15h，转速为200～400rpm；干燥温度为100～150℃，时间为10～20h。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中采用带铝合金夹板的冷等静压机进行冷等静压，温度控制为20℃。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中的时效处理包括低温区预时效、高温区时效和低温区再时效。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述低温区预时效为将挤压后的棒料由室温升温至200℃，在该温度下保温一定时间；所述高温区时效为将挤压后的棒料升温至400℃，在该温度下保温一定时间，随后连续升温至500℃，在该温度下保温一定时间；所述低温区再时效为将挤压后的棒料由500℃冷却至室温，再将由室温升温至300℃，在该温度下保温一定时间。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于每次所述保温一定时间都相同。
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