用于户外高压隔离开关触头的合金粉末材料、熔覆层及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料和熔覆层，其能有效提升触头材料的耐蚀与耐磨性能、有效地减小腐蚀对接触电阻的影响、防止隔离开关出现发热故障，从而显著提高隔离开关的安全性和使用寿命。使用寿命。使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
用于户外高压隔离开关触头的合金粉末材料、熔覆层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高压电力开关
，具体涉及一种用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料、熔覆层及其制备方法。

技术介绍

[0002]户外高压隔离开关是电力系统中常用的设备之一，在使用中对其可靠性有较高的要求。高压隔离开关的应用范围广且经常暴露在恶劣的环境中，容易受到温度、湿度，尘埃以及大气污染物等各种问题的影响。因为各种环境因素和频繁使用的综合影响，户外高压隔离开关会出现锈蚀、镀层脱落、材料磨损和积灰等现象，从而使材料表面接触电阻过大，引起高压隔离开关发热造成设备故障。
[0003]纯铜及铜合金具有优异的导电性能和良好的加工性能，因此户外高压隔离开关多采用纯铜或铜合金作为触头材料。为了更好提升触头材料的耐蚀耐磨性能并加强接触面的导电性能，目前国内户外高压隔离开关触头材料的通常使用电镀银或者电镀硬银和电镀锡防护技术。一些研究表明，在电镀液中加入石墨或者石墨烯等增强颗粒，可以形成耐磨、耐烧蚀性能更好的复合电镀层。但上述技术存在镀层厚度薄、镀层耐磨性较差和镀层剥落等问题，严重影响高压隔离开关的稳定性和安全性。
[0004]当镀层因为腐蚀和磨损的作用出现脱落时，基体材料的铜或铜合金直接暴露于外界环境中，出现漏铜现象。这时环境中灰分沉积在金属表面，积灰中的盐与腐蚀性气体溶于材料表面的水膜中形成电解液，进而对材料造成进一步的腐蚀。由于表面的镀层因磨损出现部分剥落，与基体材料构成腐蚀电池，加速基体铜的腐蚀。而腐蚀反应在材料表面生成Cu
+
，随着反应的不断进行发生二次侵蚀生成具有加速基体铜腐蚀速率作用的Cu
2+
。因为腐蚀和磨损的双重作用，使高压隔离开关的接触电阻不断上升，容易引起隔离开关出现发热故障。
[0005]目前国内常用的大功率户外高压隔离开关的纯铜触头厚度在3
‑
6mm，腐蚀和磨损主要发生在材料的表面，因此可以通过表面改性技术在纯铜触头的表面上制备具有良好冶金结合的耐蚀耐磨的熔覆层，以提升触头的有效使用寿命。
[0006]激光熔覆技术是世界上最先进的熔覆层制备技术之一，该技术具有能量密度高、稀释度低、工件热变形小等特点。利用激光熔覆技术制备的熔覆层组织更加致密，内部无气孔无裂缝，并且可以与基体材料形成良好的冶金结合，有效防止熔覆层在高压隔离开关正常工作时由于磨损而剥落。针对高压隔离开关的工作环境，设计相应的具有耐磨耐蚀性能的合金粉末材料，通过激光熔覆技术制备出成分均匀、厚度合适的熔覆层，能有效地防止基体材料与外界腐蚀性物质的直接接触，减少触头材料受到腐蚀的影响。上述这些优点是其他的表面技术难以具备的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的通过激光熔覆技术，在户外高压隔离开关的触头上熔覆具有耐磨腐蚀性能的合金粉末材料，形成熔覆层，解决户外高压隔离开关触头因腐蚀和磨损导致的接触电阻升高、触头发热故障等问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料，其包括如下元素，Cr、Mo、Ni、Al和Cu，各元素的质量百分数具体为Cr：3
‑
10wt％；Mo：3
‑
10wt％；Ni：4
‑
8wt％；Al：0.1
‑
0.3wt％；Cu：余量。
[0009]其中，上述金属元素的纯度均≥99.9％。
[0010]其中，所述合金粉末中杂志的含量要求为O：≤0.09wt.％；C≤0.04wt.％；B≤0.05wt.％；Si≤0.2wt.％。
[0011]本专利技术还提供上述合金粉末材料的制备方法：
[0012]第一步，合金熔炼；
[0013]第二步，雾化制粉；
[0014]第三步，筛分。
[0015]其中，所述第一步进一步具体为将金属Cr、Mo、Ni、Al和Cu按照上述质量分数配比，先将金属Cu加入置于真空中频感应炉中加热，待Cu完全熔化后加入Cr、Mo、Ni等金属原料，当Cr、Mo、Cu、Ni完全熔融后，最后加入Al，将熔融的合金材料在1100℃
‑
1300℃温度下保温30分钟
‑
60分钟。
[0016]其中，所述第二步进一步具体为将第一步获得的合金溶液倒入雾化快速冷凝装置的坩埚中，合金溶液流动速率为0.5kg/min
‑
1kg/min，利用该装置进行雾化制粉，得到合金粉末，所需雾化介质为氮气。
[0017]其中，所述第三步进一步具体为，将第二步获得的合金粉末筛分，获得粒度在400
‑
200目范围内的成品粉末。
[0018]本专利技术还提供采用上述合金粉末材料制备的熔覆层，熔覆层为多层搭接熔覆，厚度可以在200
‑
1000μm。
[0019]本专利技术还提供采用上述合金材料制备激光熔覆层的方法，具体包括：
[0020]第一步，选用功率3
‑
4kW的高功率光纤激光器作为熔覆用热源，激光束焦点光斑为1
‑
3mm，使用气动同步送粉器进行送粉，送粉量为1
‑
4kg/h，送粉器使用氮气进行送粉，送气量为10
‑
20L/min，使用氩气对熔池进行保护，送气量为10
‑
20L/min，激光束与开关工件的相对速度为5
‑
15cm/s；
[0021]第二步，采用多道塔接熔覆方法制备熔覆层，单次熔覆时，相邻两道熔覆层的搭接率为40
‑
60％，单层熔覆所形成熔覆层厚度可在200
‑
1000μm范围内选择。
[0022]本专利技术的有益效果
[0023]本专利技术利用高速激光熔覆技术，在户外高压隔离开关纯铜及铜合金触头表面制备耐蚀耐磨的合金材料熔覆层，熔覆层成分均匀且与基体形成冶金结合。本专利技术能有效提升触头材料的耐蚀与耐磨性能、有效地减小腐蚀对接触电阻的影响、防止隔离开关出现发热故障，从而显著提高隔离开关的安全性和使用寿命。
附图说明
[0024]图1为户外高压隔离开关GW4
‑
110/1250触头部分安装结构示意图。其中，1为静触头，2为动触头，3为动、静触头相互接触部分，4为触头固定机构。
[0025]图2为户外高压隔离开关GW4
‑
110/1250动触头及静触头结构示意图，a为动触头的结构示意图，b为静触头的结构示意图。其中5为动触头的接触区域，6为静触头的接触区域。
[0026]图3为减薄后动触头与静触头的结构示意图，a为动触头结构示意图，b为静触头结构示意图。其中7为动触头的减薄区域，8为静触头的减薄区域。
[0027]图4为激光熔覆后动触头与静触头的结构示意图，a为激光熔覆后的动触头的结构示意图，b为激光熔覆后的静触头结构示意图。其中9为动触头的熔覆层，10为静触头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料，其特征在于：包括如下元素，Cr、Mo、Ni、Al和Cu，各元素的质量百分数具体为Cr：3
‑
10wt％；Mo：3
‑
10wt％；Ni：4
‑
8wt％；Al：0.1
‑
0.3wt％；Cu：余量。2.如权利要求1所述的用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料，其特征在于：所述金属元素的纯度均≥99.9％。3.如权利要求1或2所述的用于提高户外高压隔离开关触头耐磨耐蚀寿命的合金粉末材料，其特征在于：所述合金粉末中杂志的含量要求为O：≤0.09wt.％；C≤0.04wt.％；B≤0.05wt.％；Si≤0.2wt.％。4.权利要求1至3任一项所述合金粉末材料的制备方法，其特征在于，包括：第一步，合金熔炼；第二步，雾化制粉；第三步，筛分。5.如权利要求4所述所述合金粉末材料的制备方法，其特征在于：所述第一步进一步具体为将金属Cr、Mo、Ni、Al和Cu按照上述质量分数配比，先将金属Cu加入置于真空中频感应炉中加热，待Cu完全熔化后加入Cr、Mo、Ni等金属原料，当Cr、Mo、Cu、Ni完全熔融后，最后加入Al，将熔融的合金材料在1100℃
‑
1300℃温度下保温30分钟
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60分钟。6.如权利要求4所述所述合金粉末材料的制备方法，其特征在于：所述第二步进一步具体为将第一步获得的合金溶液倒入雾化快速冷凝装置的坩...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛守洪，刘从从，吴集光，李珏縯，葛利宏，李保坤，高正平，刘宗德，杨耀国，张若朋，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：