CN106191511A - 铜铬触头材料的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铬触头材料的制作方法，步骤1，向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀；步骤2，将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；步骤3，将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，进行模压，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，通入脉冲直流电流并升温至1000‑1060℃，保温1.5‑3.5min后，冷却；步骤4，将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25‑35MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1100‑1200℃，保温1.5‑3.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；步骤5，将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1200‑1600℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温1‑20小时。本发明的生产方法有缩短生产周期的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电触头材料制备技术领域，具体涉及一种铜铬触头材料的制作方法。
背景技术
触头材料广泛地用于自动开关，大容量断路器、塑壳断路器以及其他一些开关器上。公开号为CN105018768A的发明专利申请公开了一种高性能铜铬触头材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤，(1)原材料选择：选用50-300微米的电解铬粉或铝热还原铬粉以及300微米以下的电解铜粉或雾化铜粉；(2)混粉：按Cu粉∶Cr粉＝9∶1-5∶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)真空包套：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)加热：将包套密封后的棒料加热至500-1050℃之间，保温30分钟-90分钟；(6)热挤压：使用液压机进行热挤压，挤压温度500-1050℃，挤压变形量为20％-99％，液压机吨位为200-2500T，挤压后的棒料即为合格的铜铬触头材料。
上述制备铜铬触头材料的工艺过程可以看出，在混粉完成后，需要进行冷等静压、真空包套、加热、热挤压的步骤，才能得到铜铬触头材料，而且，上述每一步骤又包含了繁杂的工序，这样的生产工艺不但周期长、耗能大而且所需多种设备、成本高。因此，在高压开关发展速度和使用量大的情况下，制备铜铬触头工艺的缩短以及降低能耗和成本变得十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种缩短生产周期的铜铬触头材料的制作方法。
解决上述技术问题的技术方案如下：
铜铬触头材料的制作方法，包括以下步骤：
步骤1，混粉：向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀，使用V-混合器或低速球磨机均匀混合；所述铬粉的粒径为10-30μm，所述铜粉的粒径为0.8-10μm；
步骤2，过筛分散：将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；
步骤3，预烧结：将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，在1-3.8吨/cm2的压力下进行模压，模压时温度设置为650-800℃，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25-35MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1000-1060℃，保温1.5-3.5min后，随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物；预烧结温度低于铜的熔点，通过预烧结可以得到多孔烧结产物；
步骤4，二次烧结：将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25-35MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1100-1200℃，保温1.5-3.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；二次烧结过程中的温度高于铜的熔点，将预烧结的铜铬触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理，使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中；
步骤5，热后处理：将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1200-1600℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温1-20小时，保持温度高则时间相应较短，保持温度低则保持时间相应较长。
优选地，步骤1中铬粉的含量为25-50wt.％，其余为铜。
优选地，粘结剂在加入混合粉之前采用溶剂油进行稀释分散。
优选地，加入溶剂油的比例为铬粉重量的2％-4％。
优选地，步骤1中的粘结剂为SBP胶。
优选地，步骤1中加入粘结剂的比例为铬粉重量的1％-2％。
优选地，所述步骤3中以80-120℃/min的升温速率升温至1000-1060℃。
优选地，所述步骤4中以80-120℃/min的升温速率升温至1100-1200℃。
优选地，在石墨模具的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉25-40重量份，钝化剂为1-3重量份，云母粉4-8重量份，石墨5-10重量份，水1-3重量份，粘结剂20-30重量份。
优选地，其中钝化剂为CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一种；粘结剂为钠玻璃、钾玻璃或钠-钾玻璃三种水玻璃中任一种。
本发明的显著效果是：通过本发明的方法将铬粉和铜粉混合后直接进行烧结，从而得到铜铬触头材料，相比现有技术中在混粉后通过冷等静压、真空包套、加热、热挤压的步骤制作的铜铬触头材料而言，本发明的制备方法有效地对制备工艺进行了简化，避免采用过多的设备和繁杂的工艺来完成制备过程。而且放电等离子烧结具有升温速度快、烧结时间短、晶粒均匀、有利于控制烧结体的细微结构、获得的材料致密度高、性能好等特点，不仅大大提高了生产效率，还能制备出综合性能优异的CuCr触头材料。
另外，本发明在石墨模具的表面设置了涂层后，由于该涂层可以耐受1500℃以上的温度，因此，不但对烧结的产品和石墨模具起到了隔离作用，而且还有助于对石墨模具和烧结的产品起到保护作用。
具体实施方式
实施例1：
铜铬触头材料的制作方法，包括以下步骤：
步骤1，混粉：将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散，向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂，使用V-混合器或低速球磨机均匀混合；其中，铬粉的含量为25wt.％，其余为铜，加入溶剂油的比例为铬粉重量的2％，加入粘结剂的比例为铬粉重量的1％，所述铬粉的粒径为10μm，所述铜粉的粒径为0.8μm；
步骤2，过筛分散：将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；
步骤3，预烧结：将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，在1吨/cm2的压力下进行模压，模压时温度设置为650℃，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25MPa后，通入脉冲直流电流并以80℃/min的升温速率升温至1000℃，保温1.5min后，随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物；预烧结温度低于铜的熔点，通过预烧结可以得到多孔烧结产物；
步骤4，二次烧结：将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25MPa后，通入脉冲直流电流并以80℃/min的升温速率升温至1100℃，保温1.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；二次烧结过程中的温度高于铜的熔点，将预烧结的铜铬触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理，使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中；
步骤5，热后处理：将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1200℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温1小时，保持温度高则时间相应较短，保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉25-40重量份，钝化剂为1重量份，云母粉4重量份，石墨5重量份，水1重量份，粘结剂20重量份。其中钝化剂为CrO3，粘结剂为钠玻璃。
实施例2：
铜铬触头材料的制作方法，包括以下步骤：
步骤1，混粉：将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散，向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂，使用V-混合器或低速球磨机均匀混合；其中，铬粉的含量为37.5wt.％，其余为铜，加入溶剂油的比例为铬粉重量的3％，加入粘结剂的比例为铬粉重量的1.5％，所述铬粉的粒径为20μm，所述铜粉的粒径为5.4μm；
步骤2，过筛分散：将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；
步骤3，预烧结：将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，在2.4吨/cm2的压力下进行模压，模压时温度设置为725℃，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到30MPa后，通入脉冲直流电流并以100℃/min的升温速率升温至1030℃，保温2.5min后，随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物；预烧结温度低于铜的熔点，通过预烧结可以得到多孔烧结产物；
步骤4，二次烧结：将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到30MPa后，通入脉冲直流电流并以100℃/min的升温速率升温至1150℃，保温2.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；二次烧结过程中的温度高于铜的熔点，将预烧结的铜铬触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理，使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中；
步骤5，热后处理：将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1400℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温10.5小时，保持温度高则时间相应较短，保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉32.5重量份，钝化剂为2重量份，云母粉6重量份，石墨7.5重量份，水2重量份，粘结剂25重量份。其中钝化剂为KMnO4，粘结剂为钾玻璃。
实施例3：
铜铬触头材料的制作方法，包括以下步骤：
步骤1，混粉：将粘结剂SBP胶采用溶剂油进行稀释分散，向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂，使用V-混合器或低速球磨机均匀混合；其中，铬粉的含量为50wt.％，其余为铜，加入溶剂油的比例为铬粉重量的4％，加入粘结剂的比例为铬粉重量的2％，所述铬粉的粒径为30μm，所述铜粉的粒径为10μm；
步骤2，过筛分散：将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；
步骤3，预烧结：将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，在3.8吨/cm2的压力下进行模压，模压时温度设置为800℃，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到35MPa后，通入脉冲直流电流并以120℃/min的升温速率升温至1060℃，保温3.5min后，随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物；预烧结温度低于铜的熔点，通过预烧结可以得到多孔烧结产物；
步骤4，二次烧结：将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到35MPa后，通入脉冲直流电流并以120℃/min的升温速率升温至1200℃，保温3.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；二次烧结过程中的温度高于铜的熔点，将预烧结的铜铬触头材料在铜的熔点以上的温度进行热处理，使得液态铜可以渗透到预烧结的多孔烧结产物的孔隙中；
步骤5，热后处理：将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1600℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温20小时，保持温度高则时间相应较短，保持温度低则保持时间相应较长。
在石墨模具的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉40重量份，钝化剂为3重量份，云母粉8重量份，石墨10重量份，水3重量份，粘结剂30重量份。其中钝化剂为K2Cr2O7，粘结剂为钠-钾玻璃。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
Claims (8)
1.铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，混粉：向铬粉、铜粉的混合粉中加入粘结剂混合均匀；所述铬粉的粒径为10-30μm，所述铜粉的粒径为0.8-10μm；
步骤2，过筛分散：将经过步骤1处理的混合粉通过筛网过筛后置于容器中分散晾晒；
步骤3，预烧结：将步骤2得到的混合粉倒入石墨模具，在1-3.8吨/cm2的压力下进行模压，模压时温度设置为650-800℃，得到模塑制品，放置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25-35MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1000-1060℃，保温1.5-3.5min后，随炉冷却得到预烧结的多孔烧结产物；
步骤4，二次烧结：将步骤3得到的多孔烧结产物继续置于SPS烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25-35MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1100-1200℃，保温1.5-3.5min后，得到二次烧结的铜铬触头材料；
步骤5，热后处理：将步骤4得到的二次烧结的铜铬触头材料置于1200-1600℃的温度范围内，在真空或惰性气体保护中进行保温1-20小时。
2.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，步骤1中铬粉的含量为25-50wt.％，其余为铜。
3.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，粘结剂在加入混合粉之前采用溶剂油进行稀释分散。
4.根据权利要求3所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，加入溶剂油的比例为铬粉重量的2％-4％。
5.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，步骤1中的粘结剂为SBP胶。
6.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，步骤1中加入粘结剂的比例为铬粉重量的1％-2％。
7.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，所述步骤3中以80-120℃/min的升温速率升温至1000-1060℃。
8.根据权利要求1所述的铜铬触头材料的制作方法，其特征在于，所述步骤4中以80-120℃/min的升温速率升温至1100-1200℃。
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