CN1619000A - 一种低氧低夹杂物铜铬合金触头的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术生产具有低的氧含量和低的夹杂物含量的铜铬触头材料的方法。其特点是首先通过真空感应熔炼技术制成低氧含量的铜铬合金电极棒，然后利用真空电渣重熔进一步降低铜铬合金中的夹杂物。本方法制备的铜铬合金气体含量低、组织致密、成分均匀、纯净度高，是一种高质量、高性能的真空开关触头材料。
Description
技术领域：
本发明属于电工材料领域，是一种真空感应熔炼与真空电渣重熔双联技术生产铜铬触头合金的方法。
背景技术：
铜铬(CuCr)合金是广泛用于中高压真空断路器的触头材料，具有较好的耐电压和开断电流能力。其中，气体和杂质含量指标是决定其性能的关键。当材料中含有较高的氧含量或较多的夹杂物时，将极大地损害触头性能甚至不能使用。因此，不断降低材料中的气体含量以及减少夹杂物的污染是发展高性能CuCr触头材料的关键。
目前，国内外生产CuCr合金主要有四利工艺路线。
1.混粉法：将一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷压成型，再经真空烧结或热等静压而成。这是一条历史较长、使用较多的工艺路线，它的优点是工艺简单，成熟度高，上要缺点是对原材料气体含量有极为严格的要求，很难获得低气体含量的产品，致密度较低也是一个重要缺陷。
2.熔渗法：先将Cr粉和其他组分充分混合压制，在真空或保护性气氛中烧结成一定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中浸Cu，由于毛细作用，液态Cu被吸入骨架的孔隙中，形成密度在98％理论密度以上的致密的CuCr触头合金。这种产品氧含量较混粉法有明显降低，致密度也有较大提高，主要缺点是仍然需要以铬粉为原料，生产效率较低。
3.自耗法：将Cu粉和Cr粉装入薄壁Cu管中或者将混粉法制成的CuCr合金棒在真空电弧炉中作为阴极进行自耗熔炼，所得锭坯再经热挤压进一步提高致密度。这是德国西门子公司开发成功的一种工艺路线，这种方法可以将Cr粒子尺寸降低到20～30μm。但这利方法对氧含量降低不明显，成本较高，工艺稳定性较低。
4.真空熔炼法：将一定比例的铜块和铬块在真空中频感应熔炼炉中熔化去气，然后浇入特制的模具中。这利方法采用铜块和铬块为原料，避免了制造铬粉工序中引入杂质和氧化的问题，气体含量指标能够大幅度降低。
这四种工艺方法中前三种对原材料特别是Cr粉性能有严格要求，如果Cr粉的氧含量较高，在真空或氢气环境中烧结都不能有效脱除Cr粉的氧，最终将使CuCr触头中具有极高的氧含量。过高的氧含量会使触头在开断电流时放出大量气体，损害真空灭弧室的真空和绝缘能力，使真空断路器开断失败，造成严重事故。而在真空熔炼方法中虽然能够获得低的气体含量，但由于真空熔炼是在极高温度下的氧化物坩埚中进行，材料中往往存在较多的夹杂物，降低了触头的可靠性。
发明的技术内容：
本发明的目的在于提出一种真空感应熔炼和真空电渣重熔的双联制备方法，通过该方法可以获得一种低氧含量、低夹杂物含量的铜铬触头材料。
本发明提供了一种真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法，其特征在于：首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为15wt％～75wt％的比例通过真空感应熔炼和浇铸制成电极棒；再将电极棒进一步经过真空电渣炉重新熔化和结晶，制备出低氧含量和低夹杂物的铜铬触头材料。为了保证最终产品的低氧含量，本发明真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法中，所述中间过程真空感应熔炼和浇铸制成的铜铬合金电极棒，氧含量低于在350ppm重量。
本发明真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法中，真空感应熔炼过程可以加入金属总重量0.3～2％碳来脱氧。
本发明真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法中，真空电渣冶炼过程采用的熔渣可以为CaF2、NaF、Al2O3、CaO、MgO任意两种或多种的混合物。
本发明真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法中，首先利用真空感应熔炼制备出低氧含量的铜铬合金电极棒，然后将电极棒在真空电渣炉中重熔，因而大幅度地降低了材料中从原材料及感应熔炼时引入的夹杂物，从而最终获得了低氧含量、低夹杂物含量的铜铬触头材料。由于真空感应熔炼和真空电渣重熔技术已经是非常成熟的技术，因此本发明真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法非常适合大规模的工业化生产。
具体实施方式：
首先真空感应熔炼采用Cu块和Cr块为原材料并添加少量碳块做为脱氧剂，采用快速熔化工艺，使Cu块熔化完全后，进一步升高功率熔化Cr块，利用电磁搅拌作用使熔液脱氧，最后将熔液浇铸成直径40～200mm的电极棒。电极棒中氧含量在350ppm以下。
将浇铸成的电极棒进行真空电渣重熔。真空电渣重熔采用无机化合物作为造渣材料，在真空电渣炉中将电极棒放入通电重熔，熔化时铜铬熔液中通过渣池，其中的夹杂物被炉渣捕获，使铜铬合金液净化，获得低夹杂物纯净的铜铬合金。
实施例1：
取铜块与铬块各占总重量的50％，然后在真空感应熔炼中浇铸成电极棒，将所得到的电极棒放入真空电渣炉中，熔渣采用CaF2和NaF的混合物，比例为CaF2∶NaF＝8∶2，电压30V，电流2000A，在真空条件下进行操作，控制炉渣温度在1400℃～1900℃范围内，铜铬合金混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后的合金即为所需要的铜铬合金触头材料。
实施例2：
取铬块占总重量的25％，然后在真空感应熔炼中浇铸成电极棒，将所得到的电极棒放入真空电渣炉中，熔渣采用CaF2和NaF的混合物，比例为CaF2∶NaF＝6∶4，电压30V，电流2000A，在真空条件下进行操作，控制炉渣温度在1400℃～1900℃范围内，铜铬合金混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后的合金即为所需要的铜铬合金触头材料。
实施例3：
取铜块与铬块各占总重量的50％，然后在真空感应熔炼中浇铸成电极棒，将所得到的电极棒放入真空电渣炉中，熔渣采用CaF2、NaF和Al2O3的混合物，比例为CaF2∶NaF∶Al2O3＝6∶2∶2，电压30V，电流2000A，在真空条件下进行操作，控制炉渣温度在1400℃～1900℃范围内，铜铬合金混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后的合金即为所需要的铜铬合金触头材料。
实施例4：
取铬块占总重量的65％，然后在真空感应熔炼中浇铸成电极棒，将所得到的电极棒放入真空电渣炉中，熔渣采用CaO和MgO的混合物，比例为CaO∶MgO＝8∶2，电压30V，电流2000A，在真空条件下进行操作，控制炉渣温度在1400℃～1900℃范围内，铜铬合金混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后的合金即为所需要的铜铬合金触头材料。
Claims (4)
1.一种真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法，其特征在于：首先将铜金属和铬金属材料按照铬含量为15wt％～75wt％的比例通过真空感应熔炼和浇铸制成电极棒；再将电极棒进一步经过真空电渣炉重新熔化和结晶，制备出低氧含量和低夹杂物的铜铬触头材料。
2.按照权利要求1所述真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法，其特征在于：所述真空感应熔炼和浇铸制成的铜铬合金电极棒，氧含量低于在350ppm重量。
3.按照权利要求1所述真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法，其特征在于：在真空感应熔炼过程中，加入金属总重量0.3～2％碳来脱氧。
4.按照权利要求1所述真空感应熔炼和真空电渣重熔双联技术制备低氧、低夹杂铜铬触头材料的方法，其特征在于：在真空电渣冶炼过程中，采用的熔渣为CaF2、NaF、Al2O3、CaO、MgO任意两种或多种的混合物。
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