專利名稱：噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法。
背景技術(shù)：
對于真空斷路器電觸頭，其理想的材料應(yīng)具有以下性能①高的電流分?jǐn)嗄芰?；②高的承受電壓能力高的?dǎo)電率和導(dǎo)熱率抗熔焊性能好；⑤低的電弧燒損率低的觸頭磨損低的截流值；⑧良好的加工性能。由于這些性能之間是相互矛盾的，在實(shí)際應(yīng)用過程中，往往受到各種因素的影響，而不能同時滿足以上各項(xiàng)指標(biāo)。 按照真空觸頭材料的性能要求，純銅雖然具備高的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率和良好的加工性能，但力學(xué)強(qiáng)度低，抗磨損、抗電蝕和抗熔焊性差，用于制作真空觸頭材料，其明顯表現(xiàn)出自身的不足。高Cr含量(15°/Γ50%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))的Cu-Cr合金，一直被認(rèn)為是理想的觸頭材料。其優(yōu)勢在于，Cu和Cr之間具有很小的互溶度，從Cu-Cr合金相圖可知，Cr在Cu中的固溶度1080°C時僅有O. 7%，在600°C時幾乎不溶，從而使Cu和Cr都充分保留各自良好的性能，即具有較低熔點(diǎn)、高導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率的Cu組元，有利于提高真空開關(guān)的分?jǐn)嗄芰?；Cr組元具有較高的熔點(diǎn)，能促使合金基體晶粒細(xì)化，有利于形成均勻、彌散分布的穩(wěn)定的強(qiáng)化相，從而既能保持材料的高導(dǎo)電性，又能提高其開斷能力以及力學(xué)性能，且不易產(chǎn)生熱電子發(fā)射。這種材料具備良好的耐電壓、抗燒損、抗熔焊和低截流等特性。但其劣勢在于，銅中Cr元素的加入，必然削弱純銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，即以降低純銅的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率為代價的。另外，由于Cu-Cr合金屬于偏晶系合金,米用普通熔煉方法制備的Cu-Cr合金宏觀偏析嚴(yán)重。為了解決這一問題，目前世界各國制備Cu-Cr合金主要有三種方法1)粉末冶金法，將主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均勻混合，經(jīng)冷壓和熱壓燒結(jié)成形，制備成塊體觸頭材料；2)熔滲法，將適量的Cu粉和全部Cr粉制成預(yù)制骨架，然后利用重力在真空下向骨架中熔滲Cu ;3)真空電弧熔煉法，將一定比例的Cu粉和Cr粉壓制成自耗電極棒坯，然后制備具有快速凝固組織的觸頭材料。前兩種方法由于受原材料中尺寸較大的Cr顆粒的限制，難以獲得高質(zhì)量的觸頭材料，同時成品率較低；而真空電弧熔煉法制備工藝復(fù)雜，成本高，而且很多工藝參數(shù)需要進(jìn)一步摸索和完善。利用噴射成形技術(shù)制備Cu-Cr合金觸頭材料，沉積坯件致密度高(95%以上)，具有典型的快速凝固組織，第二相Cr顆粒細(xì)小，尺寸均勻，彌散地分布在Cu基體上，能夠大幅度提高材料的電流分?jǐn)嗄芰?、耐電壓性能、抗電擊穿性能等電學(xué)性能，目前已能成功制備整體Cu-Cr合金觸頭材料。但是由于真空開關(guān)觸頭的磨損和電蝕主要發(fā)生在表面，即真空觸頭有O. 8-1. 2mm厚的Cu-Cr層即可滿足使用要求，如果能在純銅表面利用噴射成形技術(shù)制備一定厚度的Cu-Cr合金層形成Cu/Cu-Cr復(fù)合觸頭材料,可以充分利用純銅與Cu-Cr合金各自的優(yōu)勢性能。經(jīng)檢索，有關(guān)在純銅表面噴射沉積制備純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對整體純銅和Cu-Cr合金的優(yōu)點(diǎn)和不足，而提供一種噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，具體地說，是以純銅為基體材料，采用噴射沉積方法，在高壓高純氬氣作用下，將Cu-Cr合金溶液霧化后，沉積在純銅基材表面上，形成純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料。用本發(fā)明獲得的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料用于觸頭，其心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，而表面Cu-Cr合金層則充分展現(xiàn)其高的電流分?jǐn)嗄芰?、高的承受電壓能力、良好的抗熔焊性能、低的電弧燒損率和低的觸頭磨損等性能特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，該方法包括以下步驟
第一步、將純銅板表面除油凈化，噴砂糙化，使之露出新鮮基體后，置于噴射霧化沉積室內(nèi)，同時將Cu，Cr兩種金屬材料按重量百分比計(jì)Cu70-80%，Cr20_30%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)；
第二步、封爐后將沉積室抽真空至KT2-KT1Pa ；
第三步、將放在噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)的Cu，Cr金屬材料在高純氬氣保護(hù)下熔化，熔煉溫度為 1750°C -1850°C ；
第四步、將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用惰性氣體將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，厚度為2-4mm ；
第五步、在80(TC進(jìn)行擠壓致密化處理，根據(jù)觸頭尺寸要求進(jìn)行機(jī)加工。進(jìn)一步、所述的第一步將純銅板表面除油處理是指，用丙酮擦洗純銅待沉積表面，達(dá)到表面除油凈化目的。進(jìn)一步、所述的第一步將純銅板表面噴砂糙化處理是指，對純銅表面待沉積部位用粒度為25目的棕剛玉，在O. 3^0. 5MPa壓縮空氣下對試樣進(jìn)行吹砂、清潔和糙化處理，噴砂角度45°，噴砂距離200mm，以便去除表面氧化膜，并使表面糙化，有利于提高沉積層與純銅基材的結(jié)合。進(jìn)一步、所述的第一步的金屬原料選用電解純銅和熱解Cr。進(jìn)一步、所述的第四步噴射沉積是在高真空高溫噴射成形設(shè)備上完成，霧化氣體為高純Ar，霧化壓力為O. 8 I. 2MPa，接收距離為40(T600mm。進(jìn)一步、所述的800°C進(jìn)行擠壓致密化處理是指，將噴射成形后的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料在氬氣保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱至800°C，然后迅速從爐內(nèi)取出，放入凹模內(nèi)，在300t液壓壓力機(jī)上進(jìn)行擠壓，施加壓力為I. 4X IO5N,以使Cu-Cr沉積層組織致密。
本發(fā)明的積極效果是
I、本發(fā)明的噴射沉積CU-Cr合金層，主要成分為銅，與基材純銅有相近的物理參數(shù)，潤濕性好，親和力高，且噴射沉積前純銅基材進(jìn)行了凈化糙化處理，鍍層附著力強(qiáng)。2、本發(fā)明的經(jīng)粉碎、霧化的合金溶液沉積在純銅基材表面時，由于瞬間高溫的作用，會使純銅基材表面發(fā)生微熔，純銅基材與Cu-Cr合金層形成牢固的冶金結(jié)合；經(jīng)高溫擠壓致密化處理后，結(jié)合強(qiáng)度、致密性進(jìn)一步提升。3、采用本發(fā)明制作的電觸頭材料，其心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電性能，表面具備Cu-Cr合金高的電流分?jǐn)嗄芰?、高的承受電壓能力、良好的抗熔焊性能、低的電弧燒損率和低的磨損率等綜合性能，還能節(jié)省價格相對較高的鉻資源。、
4、本發(fā)明所制備出的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合板界面的結(jié)合性、導(dǎo)電性、抗電蝕性優(yōu)
巳
具體實(shí)施例方式 以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例I :
以厚度為5_的純銅板材為例,在其表面霧化沉積一層Cu-Cr耐磨抗電蝕合金。噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，該方法包括以下步驟 第一步、將5mm的純銅板表面用丙酮除油凈化，用粒度為25目的棕剛玉，在O. 3MPa壓
縮空氣下對試樣進(jìn)行噴砂處理，噴砂角度45°，噴砂距離200mm，以便去除表面氧化膜，并使表面糙化，有利于提高沉積層與純銅基材的結(jié)合，使之露出新鮮基體后，置于噴射霧化沉積室內(nèi)，同時將Cu，Cr兩種金屬材料按重量比Cu80%、Cr20%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)；第二步、封爐后將沉積室抽真空至約KT2Pa ；
第三步、將放在噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)的Cu，Cr金屬材料在高純氬氣保護(hù)下熔化，熔煉溫度為1750°C ；
第四步、將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用壓力為O. 8MPa的高純Ar霧化氣體，將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，厚度為2mm,接收距離為400mm ；
第五步、將噴射成形后的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料在氬氣保護(hù)氣氛中預(yù)熱至800°C后在300t液壓壓力機(jī)上進(jìn)行擠壓致密化處理，施加壓力為I. 4 X IO5N,根據(jù)觸頭尺寸要求進(jìn)行機(jī)加工。實(shí)施例2
以厚度為8_的純銅板材為例,在其表面霧化沉積一層Cu-Cr耐磨抗電蝕合金。噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，該方法包括以下步驟 第一步、將8mm的純銅板表面用丙酮除油凈化，用粒度為25目的棕剛玉，在O. 4MPa壓
縮空氣下對試樣進(jìn)行噴砂處理，噴砂角度45°，噴砂距離200mm，以便去除表面氧化膜，并使表面糙化，有利于提高沉積層與純銅基材的結(jié)合，使之露出新鮮基體后，置于噴射霧化沉積室內(nèi)，同時將Cu，Cr兩種金屬材料按重量比Cu75%、Cr25%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)；第二步、封爐后將沉積室抽真空至約5 X KT2Pa ；
第三步、將放在噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)的Cu，Cr金屬材料在高純氬氣保護(hù)下熔化，熔煉溫度為1800°C ；
第四步、將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用壓力為I. OMPa的高純Ar霧化氣體，將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，厚度為3mm,接收距離為500_ ；
第五步、將噴射成形后的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料在氬氣保護(hù)氣氛中預(yù)熱至800°C后 在300t液壓壓力機(jī)上進(jìn)行擠壓致密化處理，施加壓力為I. 4 X IO5N,根據(jù)觸頭尺寸要求進(jìn)行機(jī)加工。實(shí)施例3
以厚度為IOmm的純銅板材為例,在其表面霧化沉積一層Cu-Cr耐磨抗電蝕合金。噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，該方法包括以下步驟第一步、將IOmm的純銅板表面用丙酮除油凈化，用粒度為25目的棕剛玉，在O. 5MPa壓縮空氣下對試樣進(jìn)行噴砂處理，噴砂角度45°，噴砂距離200mm，以便去除表面氧化膜，并使表面糙化，有利于提高沉積層與純銅基材的結(jié)合，使之露出新鮮基體后，置于噴射霧化沉積室內(nèi)，同時將Cu，Cr兩種金屬材料按重量比Cu70%、Cr30%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)；第二步、封爐后將沉積室抽真空至約KT1Pa ；
第三步、將放在噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)的Cu，Cr金屬材料在高純氬氣保護(hù)下熔化，熔煉溫度為1850°C ； 第四步、將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用壓力為I. 2MPa的高純Ar霧化氣體，將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，厚度為4mm,接收距離為600mm ；
第五步、將噴射成形后的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料在氬氣保護(hù)氣氛中預(yù)熱至800°C后在300t液壓壓力機(jī)上進(jìn)行擠壓致密化處理，施加壓力為I. 4 X IO5N,根據(jù)觸頭尺寸要求進(jìn)行機(jī)加工。
權(quán)利要求
1.一種噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 第一步、將純銅板表面除油凈化，噴砂糙化，使之露出新鮮基體后，置于噴射霧化沉積室內(nèi)，同時將Cu，Cr兩種金屬材料按重量百分比計(jì)Cu70-80%，Cr20_30%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)； 第二步、封爐后將沉積室抽真空至KT2-KT1Pa ； 第三步、將放在噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)的Cu，Cr金屬材料在高純氬氣保護(hù)下熔化，熔煉溫度為 1750°C -1850°C ； 第四步、將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用惰性氣體將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，厚度為2-4mm ； 第五步、在80(TC進(jìn)行擠壓致密化處理，根據(jù)觸頭尺寸要求進(jìn)行機(jī)加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于所述的第一步將純銅板表面除油處理是指，用丙酮擦洗純銅待沉積表面，達(dá)到表面除油凈化目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于所述的第一步將純銅板表面噴砂糙化處理是指，對純銅表面待沉積部位用粒度為25目的棕剛玉，在O. 3^0. 5MPa壓縮空氣下對試樣進(jìn)行吹砂、清潔和糙化處理，噴砂角度45°，噴砂距離200mm，以便去除表面氧化膜，并使表面糙化，有利于提高沉積層與純銅基材的結(jié)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于所述的第一步的金屬原料選用電解純銅和熱解Cr。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于所述的第四步噴射沉積是在高真空高溫噴射成形設(shè)備上完成，霧化氣體為高純Ar，霧化壓力為O. 8 I. 2MPa，接收距離為400 600臟。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法，其特征在于所述的800°C進(jìn)行擠壓致密化處理是指，將噴射成形后的純銅/Cu-Cr合金復(fù)合材料在氬氣保護(hù)爐內(nèi)預(yù)熱至800°C，然后迅速從爐內(nèi)取出，放入凹模內(nèi)，在300t液壓壓力機(jī)上進(jìn)行擠壓，施加壓力為I. 4X IO5N,以使Cu-Cr沉積層組織致密。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噴射沉積制造純銅/銅鉻合金復(fù)合觸頭材料的方法；具體地說是以純銅為基體材料，將Cu，Cr兩種金屬材料按重量百分比計(jì)Cu70-80%，Cr20-30%放入噴射沉積中頻感應(yīng)爐內(nèi)，抽真空，在高純氬氣保護(hù)下熔化，將熔化的Cu-Cr合金溶液注入導(dǎo)液管內(nèi)，采用惰性氣體將從導(dǎo)液管流出的合金溶液進(jìn)行粉碎、霧化，沉積到經(jīng)預(yù)處理的純銅板基體上，形成與銅基體牢固結(jié)合的Cu-Cr合金層；本發(fā)明所制備出的純銅/銅鉻合金復(fù)合材料用于觸頭，其心部保持純銅優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，而表面Cu-Cr合金層則充分展現(xiàn)其高的電流分?jǐn)嗄芰Α⒏叩某惺茈妷耗芰?、良好的抗熔焊性能、低的電弧燒損率和低的觸頭磨損等性能特點(diǎn)。
文檔編號B22F7/04GK102632237SQ20121015345
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者張保慶, 范廣新, 袁慶龍, 鄧小玲 申請人:河南理工大學(xué)