專利名稱：一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種觸頭材料的生產(chǎn)工藝，特別是一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
觸頭是真空斷路器的核心部件，觸頭材料性能是決定真空斷路器性能的最關(guān)鍵因素。CuCr合金是目前被廣泛應(yīng)用的，在世界上占主導(dǎo)地位的真空斷路器觸頭材料，這種觸頭材料性能優(yōu)良，市場(chǎng)需求巨大。但是，由于CiuCr兩種組元密度、熔點(diǎn)等物理性質(zhì)相差較大，因此難以用常規(guī)鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)CuCr合金材料的方法主要有混粉燒結(jié)法、熔滲法、自耗電極法、表面激光熔凝法以及熔融法。混粉燒結(jié)法、熔滲法、自耗電極法和表面激光熔凝法都是以粉末冶金為基礎(chǔ)。而熔融法則以Cu塊和Cr塊為原料，通過(guò)真空熔煉的方式生產(chǎn)CuCr合金，上述各種方法都有各其優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)。CuCr合金中Cr熔點(diǎn)比Cu 高，主要起提高CuCr合金的抗電弧燒蝕能力。目前的觸頭均為整體式，即觸頭材料全部為CuCr合金。以CuCr50為例，其中Cr含量占到50%，因此Cr粉或Cr的價(jià)格決定著CuCr觸頭的價(jià)格。因此，采用新的技術(shù)，使觸頭由含鉻量高的、具有一定厚度的CuCr50或CuCr25的表層和含Cr量較少的基底板雙層結(jié)構(gòu)，這樣在不影響使用的情況下可大大降低觸頭中Cr的整體含量，降低原料成本。而上述各種方法都難以達(dá)到本發(fā)明所需要的工藝技術(shù)要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了降低CuCr觸頭中Cr的整體含量，從而降低原料成本，本發(fā)明的目的在于，提供一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在真空室內(nèi)，用感應(yīng)加熱器和石墨輔助加熱器組成快速區(qū)域熔煉，對(duì)冷壓成型的CuCr合金棒形壓坯進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，感應(yīng)加熱器的高頻感應(yīng)頻率范圍為IOMHz 16MHz ;將CuCr合金棒形壓坯與坯料夾持機(jī)構(gòu)相連，坯料夾持機(jī)構(gòu)在垂直方向上在真空室內(nèi)保持一定的速度自上而下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度與CuCr合金棒形壓坯的材料組成和加熱的功率相匹配，基底板與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相連并保持水平，并以80 120r/min速度旋轉(zhuǎn)，熔化后的CuCr合金液滴落至旋轉(zhuǎn)的基底板上凝固，形成梯度觸頭材料，最后再機(jī)械加工到要求的尺寸和形狀。采用本發(fā)明的梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝，先把一定粒度的Cu粉和Cr粉按照CuCr合金的成分進(jìn)行配料、混粉、冷壓成型。感應(yīng)加熱器的加熱溫度控制在Cu熔點(diǎn)+(15-20)°C范圍內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)DCuCr合金的組織致密，Cr相分布均勻，合金中Cr枝晶細(xì)小，Cu,Cr兩相界面結(jié)合良好，兩相中組元的互熔度高，組織致密，相對(duì)密度為100%。2)界面結(jié)合強(qiáng)度高，觸頭材料的整體力學(xué)性能好。
3)通過(guò)調(diào)整Cr粉的加入量,可對(duì)CuCr合金中實(shí)現(xiàn)Cr含量任意調(diào)整,整體CuCr合金觸頭材料相比可節(jié)省20% 50%的Cr金屬，因此，產(chǎn)品的成本大大降低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。


圖I是本發(fā)明一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝裝置原理示意圖。圖中的標(biāo)記分別表示1.真空室，2.坯料夾持機(jī)構(gòu)，3. CuCr合金壓坯，4.石墨輔助加熱器，5.感應(yīng)加熱器，6.基底板，7.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)。圖2是實(shí)施例給出的QCrO. 5/CuCr梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝流程示意圖。以下附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，申請(qǐng)人在吸取傳統(tǒng)自耗電極法、熔融法和區(qū)熔+快速凝固法等工藝優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在真空室內(nèi)(真空條件下)，利用感應(yīng)加熱對(duì)冷壓成型的CuCr金屬基復(fù)合材料的壓坯進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，熔化后的CuCr合金液滴落至旋轉(zhuǎn)的基底板上快速凝固，形成梯度觸頭材料。實(shí)施例I :QCrO. 5/CuCr50梯度觸頭材料制備本實(shí)施例制備QCrO. 5/CuCr50梯度觸頭材料的具體生產(chǎn)操作過(guò)程如下參見(jiàn)圖2，為了制備QCrO. 5/CuCr50梯度觸頭材料，先按一定規(guī)格要求進(jìn)行配料，組分為基體材料銅粉(粒度50-60 μ m，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為含量45%)、細(xì)石墨粉(粒度小于20 μ m，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5%)和Cr粉(粒度50-80 μ m,質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為含量50%)，再添加保護(hù)劑丙酮，然后在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混粉，通過(guò)控制高能球磨的球料比、球磨時(shí)間來(lái)控制石墨的粒度，并使石墨粒子細(xì)化(粒度小于O. 8 μ m)并與銅粉、Cr粉混和均勻，在室溫下壓制成CuCr50壓坯，CuCr50壓坯的原始密度控制在相對(duì)密度大于92%，并烘干。將CuCr50壓坯在真空度IX 10_2 5X 10_3Pa條件下進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，并控制熔區(qū)高度為4-5mm，高頻感應(yīng)頻率為10 12MHz，CuCr50壓坯的運(yùn)動(dòng)速度為I. 5-2. Omm/s,運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樽陨隙隆uCr50壓坯的加熱溫度控制在1083°C + (15-20) °C的溫度范圍內(nèi)。熔化后的CuCr50合金液滴連續(xù)滴落在水平旋轉(zhuǎn)的QCrO. 5板上，液滴在離心力作用下沿QCrO. 5板快速平鋪成薄膜再快速凝固，最終形成QCrO. 5/CuCr50梯度觸頭材料，最后再將其機(jī)械加工到要求的尺寸和形狀。注意，QCrO. 5板在使用前須進(jìn)行表面酸洗并烘干處理，以便去除表面臟污。實(shí)施例2 Cu/CuCr25梯度觸頭材料的制備本實(shí)施例制備Cu/CuCr25梯度觸頭材料的具體生產(chǎn)操作過(guò)程如下本實(shí)施例的工藝流程如圖2所示，為了制備Cu/CuCr25梯度觸頭材料，先按一定規(guī)格要求進(jìn)行配料，組分為基體材料銅粉(粒度50-60 μ m，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為70%)、細(xì)石墨粉(粒度小于20 μ m，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為5%)和Cr粉(粒度50-80 μ m，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為25%)，再添加保護(hù)劑丙酮，然后在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨混粉，通過(guò)控制高能球磨的球料比、球磨時(shí)間來(lái)控制石墨的粒度，并使石墨粒子細(xì)化(粒度小于O. 6 μ m)并與銅粉、Cr粉混和均勻，在室溫下壓制成CuCr25壓坯，CuCr25壓坯的原始密度控制在相對(duì)密度大于92%，并烘干。
將CuCr25壓坯在真空度1X10_2 5X10_3Pa條件下進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，并控制熔區(qū)高度為5mm，高頻感應(yīng)頻率為10 12MHz，CuCr25壓坯的運(yùn)動(dòng)速度為I. 5-2. Omm/s,運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樽陨隙隆uCr25壓坯的加熱溫度控制在1083°C + (15-20) °〇的溫度范圍內(nèi)。熔化后的CuCr25合金液滴連續(xù)滴落在水平旋轉(zhuǎn)的Cu板上，液滴在離心力作用下沿Cu板快速平鋪成薄膜再快速凝固，最終形成Cu/CuCr25梯度觸頭材料，最后再將其機(jī)械加工到要求的尺寸和形狀。注意，Cu板在使用前須進(jìn)行表面酸洗并烘干處理，以便去除表面臟污。
在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以做如下改進(jìn)CuCr合金的配比可以進(jìn)行改變,如CuCr20或CuCr30,可以通過(guò)配料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在真空室(I)內(nèi)，用感應(yīng)加熱器(5)和石墨輔助加熱器(4)組成快速區(qū)域熔煉，對(duì)冷壓成型的CuCr合金棒形壓坯(3)進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，感應(yīng)加熱器(5)的高頻感應(yīng)頻率范圍為IOMHz 16MHz ^fCuCr合金棒形壓坯(3)與坯料夾持機(jī)構(gòu)(2 )相連，坯料夾持機(jī)構(gòu)(2 )在垂直方向上在真空室(I)內(nèi)保持一定的速度自上而下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度與CuCr合金棒形壓坯(3)的材料組成和加熱的功率相匹配，基底板(6)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(7)相連并保持水平，并以80 120r/min速度旋轉(zhuǎn)，熔化后的CuCr合金液滴落至旋轉(zhuǎn)的基底板(6)上凝固，形成梯度觸頭材料，最后再機(jī)械加工到要求的尺寸和形狀。
2.如權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的真空室(I)內(nèi)的真空度應(yīng)保持在真空度IX 10_2 5X 10_3Pa ;感應(yīng)加熱器(5)和石墨輔助加熱器(4)的高度相等，高度為4-5_，高頻感應(yīng)線圈保持水冷；CuCr合金棒形壓坯(3)在真空室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)應(yīng)保持平穩(wěn)、不震動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，在快速區(qū)域熔煉過(guò)程中，加熱溫度控制在基體材料熔點(diǎn)+ (15-20) 1的溫度范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述的CuCr合金棒形壓坯(3)的相對(duì)密度應(yīng)大于92%。
5.如權(quán)利要求I所述的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的凝固后形成QCrO.5/CuCr梯度觸頭材料中，CuCr合金的厚度為2 3mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種梯度觸頭材料的生產(chǎn)工藝，在真空室內(nèi)，用感應(yīng)加熱器和石墨輔助加熱器組成快速區(qū)域熔煉，對(duì)冷壓成型的CuCr合金棒形壓坯進(jìn)行快速區(qū)域熔煉，熔化后的CuCr合金液滴落至旋轉(zhuǎn)的基底板上凝固，形成梯度觸頭材料，最后再機(jī)械加工到要求的尺寸和形狀。該方法生產(chǎn)的梯度觸頭材料中，CuCr合金的組織致密、QCr0.5/CuCr界面結(jié)合強(qiáng)度高、材料的力學(xué)性能好，與傳統(tǒng)的整體CuCr合金觸頭材料相比可節(jié)省20%～50%的Cr金屬，因此，產(chǎn)品的成本大大降低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。還可對(duì)CuCr合金實(shí)現(xiàn)Cr含量的連續(xù)變化。
文檔編號(hào)H01H69/00GK102938337SQ20121040481
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者王發(fā)展, 安峰 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)