專利名稱：銅鉻鐵真空觸頭材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銅-鉻基合金。主要適用于真空斷路器的觸頭材料。
真空斷路器由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)而日益被廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)部門，已成為目前中、高開關(guān)電器的主要發(fā)展方向。它要求觸頭材料具有高的絕緣強(qiáng)度、大的開斷能力、小的電腐蝕，高的機(jī)械強(qiáng)度、低的熔焊傾向、低的截流值和能維持高真空下的可靠操作等。
目前使用的真空觸頭材料有銅-鎢、銅-鉍及銅-鉻等。銅-鎢觸頭具有高的絕緣強(qiáng)度、小的電腐蝕和好的機(jī)械性能，但當(dāng)開斷大電流時(shí)，由于鎢的高的熱電子發(fā)射作用而產(chǎn)生開斷失敗，因此只能用于小于10KA的較小開斷電流的場(chǎng)合(JP55-78429)。銅-鉍觸頭具有好的抗熔焊能力和高的導(dǎo)電性能，但由于鉍的低熔點(diǎn)和高的揮發(fā)性，使銅-鉍觸頭的絕緣強(qiáng)度較低，電腐蝕大，不宜用于電壓較高、電流較大的真空斷路器。銅-鉻合金是目前用得最多的真空斷路器觸頭材料，它具有比較好的綜合性能，能夠滿足大部分真空斷路器的使用要求。但目前使用的銅-鉻真空觸頭仍存在抗熔焊性能較差、截流值較高和材料的相對(duì)密度較低等缺點(diǎn)。
中國專利CN85108080A提供了另一種真空觸頭材料，它是在銅鉻鉬合金中加入鈮或鉭，可以提高其分?jǐn)嗵匦院湍碗妷禾匦?。它的耐電壓性能為銅-鉻觸頭的1.2～1.5倍，分?jǐn)嚯妷簽?.2KV和12.5KV。但這種觸頭的分?jǐn)嚯妷喝圆荒軡M足更高電壓的分?jǐn)嘁?另外，鉬、鈮、鉭均為價(jià)格昂貴的稀有金屬，故該觸頭材料成本高。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的真空斷路器觸頭材料，該觸頭材料不僅絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度高，熔焊傾向小和截流值低，而且分?jǐn)嚯娏鞔?，分?jǐn)嚯妷焊撸苡糜诟唠妷旱燃?jí)的真空斷路器。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明提供了一種銅-鉻-鐵系的新觸頭材料，在銅鉻合金基礎(chǔ)上加鐵。
銅作為基本的合金組元，提供了好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能及其它基本性能，滿足觸頭材料可通過足夠大的電流能力。另一個(gè)主要組元是鉻，它具有較銅高得多的熔點(diǎn)和強(qiáng)度，并少量溶解銅，提高觸頭材料的機(jī)械強(qiáng)度、高溫性能、抗電弧能力和耐電壓性能;同時(shí)、鉻與氧、氮等氣體元素具有高的化學(xué)親和力，使之作為觸頭材料，在真空開關(guān)管內(nèi)具有吸氣和保持高真空度的重要作用。第三個(gè)組元為鐵，它的熔點(diǎn)高于銅低于鉻，因此，在同樣的燒結(jié)或熔滲溫度下，它較鉻更易擴(kuò)散溶解于銅，并與鉻形成鐵鉻合金，這樣，分別提高了銅相和鉻相的硬度和強(qiáng)度，進(jìn)一步提高觸頭材料的機(jī)械強(qiáng)度、抗電弧能力和耐電壓性能;而且，鐵還同時(shí)與鉻及銅形成合金，使觸頭材料無論在燒結(jié)或熔滲時(shí)提高合金的致密化程度，得到高密度的材料;同時(shí)，由于鐵與銅及鉻形成了較硬和較脆的合金，當(dāng)真空開關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)，降低了所需的分?jǐn)嗔?，即改進(jìn)了觸頭材料的抗熔焊性能;此外，根據(jù)觸頭材料截流值的規(guī)律，三元合金的截流值低于二元合金的截流值，故本發(fā)明銅-鉻-鐵觸頭材料的截流值較銅-鉻等觸頭材料進(jìn)一步降低。
綜上所述，本發(fā)明真空觸頭材料的具體化學(xué)成分(重量%)為Cμ47～72%，Cr25～51%，F(xiàn)e2～6%。
本發(fā)明所述的真空觸頭材料采用混粉燒結(jié)熱壓法或熔滲法制成。混粉燒結(jié)熱壓法是將銅粉、鉻粉、鐵粉或鉻鐵合金粉按設(shè)計(jì)成份范圍進(jìn)行配料，然后在混合器中充分混合均勻，并在金屬?；蛩芰夏ぶ袎盒停鶋褐频呐髁戏胚M(jìn)燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900～1200℃，時(shí)間1～3小時(shí)，燒結(jié)后的坯料在適當(dāng)加熱情況下進(jìn)行熱壓或熱鍛，由此制成相對(duì)密度超過99%理論密度的真空觸頭材料，經(jīng)機(jī)加工后制成真空觸頭。
根據(jù)上述化學(xué)成分范圍和生產(chǎn)方法所制成的真空觸頭材料，其密度為7.8～8.3g/cm3，相對(duì)密度達(dá)99.2～99.6%，硬度HB可達(dá)140，所制成的觸頭，其分?jǐn)嚯娏骺蛇_(dá)40KA，分?jǐn)嚯妷嚎蛇_(dá)36KV。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.相對(duì)密度高，可達(dá)99.6%，有利于提高材料的機(jī)械性能和電性能等。
2.機(jī)械強(qiáng)度高，硬度HB可達(dá)140。
3.分?jǐn)嚯娏鞔?，可達(dá)40KA;分?jǐn)嚯妷焊?，可達(dá)36KV，因而可制成更高電壓和更高電流等級(jí)的真空斷路器。
4.合金的熔焊傾向小，截流值低。
5.合金成分中，沒有貴重元素，因而成本低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
附

圖1為本發(fā)明銅-鉻-鐵觸頭材料與比較的銅-鉻觸頭材料在相應(yīng)鉻含量下的絕緣強(qiáng)度(沖擊耐電壓強(qiáng)度)。圖中，橫座標(biāo)為鉻含量(重量%)，縱座標(biāo)為沖擊電壓值(KV)，1、為銅-鉻-鐵合金，2、為銅-鉻合金。由圖看出，在相同的含鉻量下，銅-鉻-鐵觸頭材料的沖擊電壓值比銅-鉻合金高得多。
附圖2為本發(fā)明銅-鉻-鐵觸頭材料與比較的銅-鉻觸頭材料在相應(yīng)鉻含量下的熔焊強(qiáng)度。圖中，橫座標(biāo)為鉻含量(重量%)，縱座標(biāo)為熔焊強(qiáng)度(KN)，3、為銅-鉻-鐵觸頭材料，4、為銅-鉻觸頭材料。由圖看出，在同-鉻含量下前者的熔焊強(qiáng)度比后者低得多，即前者的熔焊傾向小。
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明所提供的化學(xué)成分范圍和生產(chǎn)方法制備了5批真空觸頭材料。其具體化學(xué)成分、生產(chǎn)方法和性能指標(biāo)分別如表1、表2所示。
表1、實(shí)施例的化學(xué)成分(重量%)及生產(chǎn)方法
表2、實(shí)施例的性能指標(biāo)
權(quán)利要求
一種真空斷路器用觸頭材料，其特征在于其化學(xué)成分(重量%)為Cu47～72%，Cr25～51%，F(xiàn)e2～6%。
全文摘要
本發(fā)明系銅鉻基合金。主要適用于真空斷路器觸頭材料。其特征是在銅-鉻合金基礎(chǔ)上加鐵，形成銅-鉻-鐵合金。它采用混粉燒結(jié)熱壓法或熔滲法制成觸頭材料。不僅具有高的機(jī)械強(qiáng)度、低的熔焊傾向和低的截流值，而且分?jǐn)嚯娏鞔螅謹(jǐn)嚯妷焊?，可以制備更高電壓和更高電流等?jí)的真空斷路器。同時(shí)，由于合金中不含貴重金屬元素，故成本低。
文檔編號(hào)H01H1/02GK1050223SQ90108738
公開日1991年3月27日 申請(qǐng)日期1990年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月3日
發(fā)明者呂大銘, 凌賢野, 唐安清 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院