一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法技术

本发明专利技术公开了一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，将W粉、B粉以及诱导铜粉混合均匀，并压制成型，得到钨压坯；将钨压坯放入气氛烧结炉中烧结，获得钨骨架；将CuTi合金放在钨骨架上方后放入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在烧结炉中进行熔渗，即得到原位自生二硼化钛强化CuW合金。本发明专利技术一种原位生成二硼化钛强化CuW合金的方法，通过采用烧结‑熔渗法在CuW材料中原位生成陶瓷相TiB2，由于低逸出功陶瓷相的存在使电弧得到有效分散，从而提高了CuW触头材料的耐电弧烧蚀性能。

A method of in-situ in-situ titanium diboride strengthening CuW alloy

The invention discloses a method of in-situ in-situ titanium diboride strengthening CuW alloy, which mixes W powder, B powder and induced copper powder evenly and compacts them to form tungsten compacts; sinters tungsten compacts into an atmosphere sintering furnace to obtain tungsten skeleton; puts CuTi alloy above the tungsten skeleton into a graphite crucible covered with graphite paper, and then melts and infiltrates in-situ in the sintering furnace to obtain self-contained tungsten compacts. CuW alloy strengthened with raw titanium diboride. The present invention provides a method for in-situ formation of titanium diboride reinforced CuW alloy. The ceramic phase TiB2 is in-situ formed in CuW material by sintering and infiltration method, and the arc is effectively dispersed due to the existence of low-work-escaping ceramic phase, thereby improving the arc ablation resistance of CuW contact material.

【技术实现步骤摘要】
一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法
本专利技术属于电工材料
，具体涉及一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法。
技术介绍
CuW材料综合了钨高熔点、高硬度、高的抗烧蚀性和抗熔焊性、低的热膨胀系数以及铜的高导电、高导热率、良好的塑性，因此被广泛被用做各种高压开关中的电触头。随着特高压电网的实施建设，要求CuW电触头触头材料具备更大分断电流的能力、更高的耐电压强度以及超长的使用寿命。触头在开断过程中，将承受高压电弧的烧蚀。尤其是在超、特高压的断路器中使用时，由于电容量更大，电弧热量更为集中，更容易引起电触头的失效，导致触头材料强度降低。最终将导致CuW电触头材料失效而不能成功分断电路。因此，随着高压开关的发展，需要进一步提高其耐电弧烧蚀性能。已有研究表明，CuW合金电击穿首先发生在逸出功较低的铜相上，普通熔渗法制备的CuW合金通常存在一些富铜区域，因此电弧的击穿位置往往选择在富铜区域，引起铜液的大面积飞溅，造成CuW电触头的集中烧蚀。采用原位生成二硼化钛强化CuW材料，避免了增强颗粒表面污染，制备过程较外加法更加方便，减少了加入混合的过程从而节省时间和成本。由于陶瓷相TiB2的逸出功低于CuW合金中的Cu、W两相，所以陶瓷相TiB2的弥散分布有助于分散电弧，增强CuW材料的耐电弧烧蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，用以提高CuW材料的耐电弧烧蚀性能。本专利技术所采用的技术方案是，一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，混粉、压坯：将W粉、B粉以及诱导铜粉混合均匀，并压制成型，得到钨压坯；步骤2，烧结：将步骤1得到的钨压坯放入气氛烧结炉中烧结，获得钨骨架；步骤3，熔渗：将干净的CuTi合金放在钨骨架上方后放入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在烧结炉中进行熔渗，即得到原位自生二硼化钛强化CuW合金。本专利技术特点还在于，步骤1中B粉添加量为W粉质量的0.1～0.8％，诱导铜粉的添加量为W粉质量的5～10％，步骤3中CuTi合金的Ti与B的摩尔比为1:2。步骤1中W粉的粒径为4～15μm，B粉的粒径为100～500nm，诱导铜粉的粒径为10～50μm。步骤1中压制压力300～500MPa，保压时间40～70s。步骤2中烧结过程中，烧结温度为800～1200℃，保温时间为1～2h。烧结过程中升温速度为5～20℃/min。步骤3熔渗过程中，熔渗温度为1200～1400℃，保温时间为1～3h。熔渗过程中先以5～20℃/min的升温速度升至800～1200℃，保温1～2h，然后升温到1200～1400℃，保温1～3h。步骤3中CuTi合金通过采用Cu块和Ti片进行真空感应熔炼得到，Ti用量为熔炼所用Cu质量的0.5～4.0％，厚度0.5～2mm。熔炼过程中，首先调节电流至15A～25A，将材料加热至1000～1150℃，保温3～10min，再将电流调至25A～30A，升温至1300～1500℃，保温15～30min，最后随炉降温。本专利技术的有益效果是，本专利技术一种原位生成二硼化钛强化CuW合金的方法，通过采用原位生成二硼化钛强化CuW材料，避免了增强颗粒表面污染，制备过程较外加法更加方便，减少了加入混合的过程从而节省时间和成本。附图说明图1是本专利技术制备方法的工艺流程图；图2是不同Ti添加量材料的硬度和电导率测试结果；图3是对不同TiB2含量的CuW合金进行50次电击穿后的SEM烧蚀边缘形貌，其中图a为未添加TiB2的CuW合金，图b为1.5％Ti含量原位生成TiB2的CuW合金。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其流程如图1所示，具体按照以下步骤实施：步骤1，熔炼CuTi合金将准备好的Cu块和计算称取的Ti片(其中Ti用量为所用Cu质量的0.5～4.0％，Ti片纯度＞99.9％，厚度0.5～2mm)，打磨并采用酒精超声震荡清洗减少原材料表面杂质，按照Cu块在上，Ti片在下的顺序放置在大小适当的刚玉坩埚中，再将刚玉坩埚放置在石墨坩埚中。将感应熔炼炉抽真空到4×10-3Pa以上，然后通氩气作为保护气体。在真空感应熔炼过程中，首先调节电流至15A～25A，将材料加热至1000～1150℃，保温4～10min，再将电流调至25A～30A，升温至1300～1500℃，保温15～30min，最后随炉降温。步骤2，混粉：将粒度为4～15μm的W粉，100～500nm的B粉以及10～50μm的诱导铜粉，放入V型混料机中，50r～80r/min下混料4～8h，混合均匀。其中B粉添加量为W粉质量的0.1～0.8％，纯度＞99.9％。诱导铜粉的添加量为W粉质量的5～10％。步骤1中Ti与步骤2中B的摩尔比为1：2。步骤3，压制成型：将经步骤2混合好的粉体充填于刚性模具内，采用液压机压制成型，压制压力300～500MPa，保压时间40～70s，得到钨压坯。步骤4，烧结：将步骤3压制好的钨压坯放入气氛烧结炉中，通入氢气40min后检验氢气的纯度，确认安全后点燃氢气，打开冷却水后开始升温，以5～20℃/min的升温速度升至800～1200℃，保温0.5～2h，随炉冷却至室温，获得钨骨架。步骤5，熔渗：将步骤1熔炼得到的CuTi合金进行机加工去除铸造缺陷，之后清洗表面油污和杂质，烘干后放在钨骨架上方后放入事先铺好石墨纸的石墨坩埚内，再放入烧结炉中。通入氢气40min后，检验氢气纯度，确认安全后点燃氢气，打开电源开始加热，以5～20℃/min的升温速度加热到800～1200℃，保温1～2h，然后升温到1200～1400℃，保温1～3h。随炉冷却至室温，获得原位生成TiB2的CuW合金。本专利技术采用烧结熔渗法制备原位自生TiB2的CuW材料，避免了增强颗粒表面污染，减少了加入混合的过程从而节省时间和成本。同时由于低逸出功的TiB2相有效分散电弧，从而提高了CuW触头材料的耐电弧烧蚀性能；同时CuW触头材料还具有较高的硬度。另外，本专利技术的方法工艺简单，制备过程较外加法更加方便。实施例1将打磨干净的Ti片(厚度0.5mm)、Cu块由下至上依次放入真空感应熔炼炉中，其中Ti用量为使用Cu质量的0.5％，然后抽真空到4×10-3Pa以上，充入少量氩气保护气，开始熔炼。首先将电流以2A/min升至25A，升温至1000℃，保温4min，再升至电流25A，温度1300℃，保温15min，随炉冷却，得到CuTi合金。称取平均粒径为10μm的W粉，与添加Ti摩尔比为1：2的B粉(平均粒径在100nm)，B粉添加量为W粉质量的0.1％，以及W粉质量5％的诱导铜粉(平均粒径在10μm)，在80r/min的V型混料机上进行混料4小时，混好后采用液压机压制成型，得到W压坯。压制压力500MPa，保压时间40s。将W压坯置于石墨坩埚中，然后将坩埚放入气氛烧结炉中，通入氢气40min后，检验氢气纯度，确认安全后点燃氢气，打开冷却水后，开始加热，以5℃/min的升温速度升温，当烧结温度为900℃时，保温1h后，随炉自然冷却到室温，获得W骨架。再将清理过表面的CuTi叠放合金到W骨架上方，然后将坩埚放入气氛烧结炉中，通入氢气40mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，混粉、压坯：将W粉、B粉以及诱导铜粉混合均匀，并压制成型，得到钨压坯；步骤2，烧结：将步骤1得到的钨压坯放入气氛烧结炉中烧结，获得钨骨架；步骤3，熔渗：将干净的CuTi合金放在钨骨架上方后放入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在烧结炉中进行熔渗，即得到原位自生二硼化钛强化CuW合金。

【技术特征摘要】
1.一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，混粉、压坯：将W粉、B粉以及诱导铜粉混合均匀，并压制成型，得到钨压坯；步骤2，烧结：将步骤1得到的钨压坯放入气氛烧结炉中烧结，获得钨骨架；步骤3，熔渗：将干净的CuTi合金放在钨骨架上方后放入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在烧结炉中进行熔渗，即得到原位自生二硼化钛强化CuW合金。2.根据权利要求1所述的一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，所述步骤1中B粉添加量为W粉质量的0.1～0.8％，诱导铜粉的添加量为W粉质量的5～10％，步骤3中CuTi合金的Ti与B的摩尔比为1:2。3.根据权利要求1所述的一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，所述步骤1中W粉的粒径为4～15μm，B粉的粒径为100～500nm，诱导铜粉的粒径为10～50μm。4.根据权利要求1所述的一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，所述步骤1中压制压力300～500MPa，保压时间40～70s。5.根据权利要求1所述的一种原位自生二硼化钛强化CuW合金的方法，其特征在于，所述步骤2中烧结过程中，烧结温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓红，赵伊鹏，邹军涛，梁淑华，肖鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61