CN106676517A - 一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，包括以下步骤：1)基体材料制备；2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按配比混合再添加无水乙醇，用铜球进行球磨混粉得到铺覆粉；3)铺覆：将铺覆粉铺覆在无氧铜块表面；4)压制：使用压力机压制铺覆层，自然风干或烘干；5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10‑2pa级以下；6)电子束扫描：通过电子束扫描熔化铺覆的铜铬粉末并使无氧铜基体表面微熔，二者之间形成冶金结合。采用本发明制备方法，原材料不接触坩埚，避免了因坩埚脱落引起的夹杂和因坩埚放气引起产品气体含量偏高，同时由于冷却迅速，保证了产品边部到心部颗粒尺寸均匀细小。
Description
技术领域
本发明涉及铜铬复合触头材料制造技术领域，具体是涉及一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法。
背景技术
现有技术中，制备铜铬复合触头材料的方法主要是采用真空感应熔炼工艺，但真空感应熔炼工艺具有以下缺点：1)真空感应熔炼工艺制备电触头材料时由于坩埚脱落会引起夹杂；2)真空感应熔炼工艺制备由触头片的边部至中心，金相组织中铬颗粒逐渐增大，组织均匀性不一致；3)真空感应熔炼工艺制备过程坩埚放气，导致气体含量偏高；4)真空感应熔炼工艺无法制备“铜铬-铜”复合触头。
电子束表面处理以其能量利用率高、工艺可靠性好、无污染等优点获得了广泛应用。电子束合金化是采用高能量密度的电子束作用在基体预铺覆的合金化粉料表面，通过控制电子束熔覆工艺参数使得合金化粉料全熔基体微熔，将一种或多种合金物质熔入金属表面薄层熔区，使之发生物理变化或化学变化反应，在金属表面制备具有特定合金成分及特定性能的改性层。电子束在极短的时间内使金属表面或内部材料迅速加热熔化，并借助于冷态基体迅速冷却的工艺，能获得一般冷却速度下无法得到的化合物、过饱和固溶体、微晶。
发明内容
本发明解决的技术问题是，现有的制备铜铬复合触头材料的工艺存在着组织粗大不均匀、组织夹杂，材料纯净度低、气体含量偏高、无法制备“铜铬-铜”复合触头及导电性差的问题，提供一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法。
本发明的技术方案是：一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，所述方法包括以下步骤：
1)基体材料制备：将无氧铜块通过机械加工设备制成所需形状；
2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按重量Cu粉：Cr粉＝(9:1)-(5:5)的配比混合得到铜铬合金混合粉，再添加无水乙醇，用铜球进行球磨混粉3-10小时，得到铺覆粉；
3)铺覆：将混好后的铺覆粉铺覆在无氧铜块表面，厚度在1-4mm；
4)压制：使用压力机压制铺覆层，然后自然风干或烘干；
5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10-2pa级以下；
6)电子束扫描：选取合适的加速电压、加速电流、脉冲频率、聚焦电流、下束时间等工艺参数，对样品表面进行扫描处理，通过电子束扫描熔化铺覆的铜铬粉末并使无氧铜基体表面微熔，二者之间形成冶金结合。
进一步地，在上述方案中，所述无氧铜块纯度≥99.95％，Cr粉纯度≥99.0％，Cu粉纯度≥99.7％。
进一步地，在上述方案中，所述Cr粉粒径为100-400微米，所述Cu粉粒径为400微米以下。
进一步地，在上述方案中，所述的球磨混粉过程中，按重量计，铜铬合金混合粉：铜球：无水乙醇＝100：100：1，制备的产品组织均匀、细小。
进一步地，在上述方案中，所述压力机的压力控制在15-95kN，使铺覆粉初步与基材结合。
进一步地，在上述方案中，所述加速电压控制在30-60kV、加速电流控制在10-120mA、脉冲频率控制在50-400HZ、聚焦电流控制在50-400mA、下束时间控制在10-40S。
优选地，所述加速电压控制在45kV、加速电流控制在65mA、脉冲频率控制在200HZ、聚焦电流控制在220mA、下束时间控制在25S。通过高能量密度的电子束作用在铜铬合金粉表面，使合金粉全熔，无氧铜块表面微熔，熔化态的铜铬合金部分融入无氧铜块表面薄层熔区，使之发生冶金结合，然后依靠无氧铜块导热达到高速冷却，从而得到组织细小均匀的铜铬层。
本发明的有益效果是：本发明采用电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料，由于原材料不接触坩埚，很好的避免了因坩埚脱落引起的夹杂和因坩埚放气引起产品气体含量偏高，同时由于冷却迅速，保证了产品边部到心部颗粒尺寸均匀细小。通过高能量密度的电子束作用在铜铬合金粉表面，使合金粉全熔，无氧铜块表面微熔，熔化态的铜铬合金部分融入无氧铜块表面薄层熔区，使“铜铬层”与“铜层”冶金结合，保证了结合强度，同时在使用中各自发挥其材料优势。
具体实施方式
实施例1
一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，所述方法包括以下步骤：
1)基体材料制备：将无氧铜块通过机械加工设备制成所需形状，无氧铜块纯度≥99.95％；
2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按重量Cu粉：Cr粉＝9:1的配比混合得到铜铬合金混合粉，Cr粉纯度≥99.0％，Cu粉纯度≥99.7％，Cr粉粒径为100微米，Cu粉粒径为380微米，再添加无水乙醇，按重量计，铜铬合金混合粉：铜球：无水乙醇＝100：100：1，用铜球进行球磨混粉3小时，制备的产品组织均匀、细小得到铺覆粉；
3)铺覆：将混好后的铺覆粉铺覆在无氧铜块表面，厚度在1mm；
4)压制：使用压力机压制铺覆层，压力机的压力控制在15kN，使铺覆粉初步与基材结合，然后自然风干或烘干；
5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10-2pa级以下；
6)电子束扫描：加速电压控制在30kV、加速电流控制在10mA、脉冲频率控制在50HZ、聚焦电流控制在50mA、下束时间控制在10S，对样品表面进行扫描处理，通过高能量密度的电子束作用在铜铬合金粉表面，使合金粉全熔，无氧铜块表面微熔，熔化态的铜铬合金部分融入无氧铜块表面薄层熔区，使之发生冶金结合，然后依靠无氧铜块导热达到高速冷却，从而得到组织细小均匀的铜铬层。
实施例2
一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，所述方法包括以下步骤：
1)基体材料制备：将无氧铜块通过机械加工设备制成所需形状，无氧铜块纯度≥99.95％；
2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按重量Cu粉：Cr粉＝7:3的配比混合得到铜铬合金混合粉，Cr粉纯度≥99.0％，Cu粉纯度≥99.7％，Cr粉粒径为250微米，Cu粉粒径为300微米，再添加无水乙醇，按重量计，铜铬合金混合粉：铜球：无水乙醇＝100：100：1，用铜球进行球磨混粉7小时，制备的产品组织均匀、细小得到铺覆粉；
3)铺覆：将混好后的铺覆粉铺覆在无氧铜块表面，厚度在2mm；
4)压制：使用压力机压制铺覆层，压力机的压力控制在55kN，使铺覆粉初步与基材结合，然后自然风干或烘干；
5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10-2pa级以下；
6)电子束扫描：加速电压控制在45kV、加速电流控制在65mA、脉冲频率控制在200HZ、聚焦电流控制在220mA、下束时间控制在25S，对样品表面进行扫描处理，通过高能量密度的电子束作用在铜铬合金粉表面，使合金粉全熔，无氧铜块表面微熔，熔化态的铜铬合金部分融入无氧铜块表面薄层熔区，使之发生冶金结合，然后依靠无氧铜块导热达到高速冷却，从而得到组织细小均匀的铜铬层。
实施例3
一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，所述方法包括以下步骤：
1)基体材料制备：将无氧铜块通过机械加工设备制成所需形状，无氧铜块纯度≥99.95％；
2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按重量Cu粉：Cr粉＝5:5的配比混合得到铜铬合金混合粉，Cr粉纯度≥99.0％，Cu粉纯度≥99.7％，Cr粉粒径为400微米，Cu粉粒径为100微米，再添加无水乙醇，按重量计，铜铬合金混合粉：铜球：无水乙醇＝100：100：1，用铜球进行球磨混粉10小时，制备的产品组织均匀、细小得到铺覆粉；
3)铺覆：将混好后的铺覆粉铺覆在无氧铜块表面，厚度在4mm；
4)压制：使用压力机压制铺覆层，压力机的压力控制在95kN，使铺覆粉初步与基材结合，然后自然风干或烘干；
5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10-2pa级以下；
6)电子束扫描：加速电压控制在60kV、加速电流控制在120mA、脉冲频率控制在400HZ、聚焦电流控制在400mA、下束时间控制在40S，对样品表面进行扫描处理，通过高能量密度的电子束作用在铜铬合金粉表面，使合金粉全熔，无氧铜块表面微熔，熔化态的铜铬合金部分融入无氧铜块表面薄层熔区，使之发生冶金结合，然后依靠无氧铜块导热达到高速冷却，从而得到组织细小均匀的铜铬层。
最后应该说明的是，通过以上实施例所述，可较好地实施本发明，但上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化和修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (6)
1.一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)基体材料制备：将无氧铜块通过机械加工设备制成所需形状；
2)铺覆粉制备：将铜粉和铬粉按重量Cu粉：Cr粉＝(9:1)-(5:5)的配比混合得到铜铬合金混合粉，再添加无水乙醇，用铜球进行球磨混粉3-10小时，得到铺覆粉；
3)铺覆：将混好后的铺覆粉铺覆在无氧铜块表面；
4)压制：使用压力机压制铺覆层，然后自然风干或烘干；
5)抽真空：将压制后样品置于电子束设备内，抽真空至10-2pa级以下；
6)电子束扫描：选取合适的加速电压、加速电流、脉冲频率、聚焦电流、下束时间等工艺参数，对样品表面进行扫描处理，通过电子束扫描熔化铺覆的铜铬粉末并使无氧铜基体表面微熔，二者之间形成冶金结合。
2.如权利要求1所述的一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述无氧铜块纯度≥99.95％，Cr粉纯度≥99.0％，Cu粉纯度≥99.7％。
3.如权利要求1所述的一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述Cr粉粒径为100-400微米，所述Cu粉粒径为400微米以下。
4.如权利要求1所述的一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述的球磨混粉过程中，按重量计，铜铬合金混合粉：铜球：无水乙醇＝100：100：1。
5.如权利要求4所述的一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述压力机的压力控制在15-95kN左右。
6.如权利要求1所述的一种电子束熔覆工艺制备铜铬复合触头材料的方法，其特征在于，所述加速电压控制在30-60kV、加速电流控制在10-120mA、脉冲频率控制在50-400HZ、聚焦电流控制在50-400mA、下束时间控制在10-40S。
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