一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法，包括以下步骤：收集铜铬边料，经破碎，清洗，干燥后进行冷压、热压，所得镦实坯按底面与底面接触的方式进行堆叠得到柱体形状的电极坯，用氧化铝纸按特定方式进行包裹后装入石墨舟，并在包裹后的电极坯与石墨舟的间隙填充氧化铝粉末；然后将石墨舟置于底部升降真空炉中的加热区于真空条件下保温烧结，烧结完成后维持炉温不变，启动升降机构将石墨舟缓慢垂直下降进入冷却区，当石墨舟全部离开加热区后停止加热；冷却后取出电极，经清理和修整，即得。本发明专利技术所述方法成本低，所得产品致密度高；将本发明专利技术制备的自耗电极用于电弧熔炼时，可大幅提高电弧熔炼的稳定性，且产品的成品率高。的成品率高。的成品率高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法


[0001]本专利技术涉及合金触头材料的制备方法，具体涉及一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法。

技术介绍

[0002]铜铬触头(CuCr触头,铬含量通常为25～50％质量)具有耐电压强度高、开断电流能力大、截流值低、抗熔焊性能好等特性，广泛应用于真空断路器中，是目前主要的真空断路器用触头材料，也是真空开关首选的触头材料。
[0003]铜铬触头的制备方法主要有固相烧结法、熔渗法、熔铸法和真空自耗电弧熔炼法(简称电弧熔炼法)四种，其中电弧熔炼法制造的铜铬触头综合性能最好，是目前世界上公认性能最好的铜铬触头。本领域公知，在电弧熔炼法中，自耗电极的致密度很关键，当自耗电极的致密度不够理想时，在后续自耗电极的电弧熔炼过程中，原始铜铬颗粒容易从电极脱落到熔池，从而形成产品缺陷。
[0004]不论采用何种方法制备铜铬触头，在加工过程中都会产生一定量的边料，这些边料主要包括车铣屑和触头废品，不同的铜铬触头制备工艺，加工过程中产生的边料量不同，如采用电弧熔炼法制造铜铬触头时，通常成品率约有80％，材料利用率约有30％(产品重量占投料总重量的比例)，因此会产生大量边料，原材料资源消耗大。
[0005]为了节约成本，已有生产企业利用边料生产铜铬触头，如公布号为CN111593207A的专利技术专利，公开了一种以CuCr下脚料屑制备细晶CuCr触头材料的方法，包括以下步骤：(1)清洗烘干、(2)电极压制、(3)装炉、(4)电渣重熔、(5)热处理、(6)机械加工。该专利技术以生产过程产生的料屑为原材料制备成电极，降低了原材料的使用成本，但是由于电极仅是经过常规压制，致密度不够理想，在后续电极的电弧熔炼过程中，原始铜铬颗粒容易从电极脱落到熔池，从而形成产品缺陷。另一方面，该专利技术需要进行4次电渣重熔处理使致密度进一步提高，工艺较为繁琐。
[0006]公布号为CN113293309A的专利技术专利公开了一种真空自耗电弧熔炼铜铬触头材料组织优化方法，该专利技术中，在制备自耗电极时，需要先将铜粉和铬粉烧结得到中间合金，然后对中间合金进行熔炼、雾化制粉以得到合金粉末；再将合金粉末置于真空烧结炉中，于真空度为20～50Pa，先以10～15℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到980～1100℃，然后以15～25℃/min的加热速度加热至炉体内温度达到1100～1350℃；保温1～3h，随炉自然冷却至室温，得到自耗电极棒。一方面，该专利技术制备自耗电极的步骤较为繁琐，成本较高；另一方面，该专利技术能够获得性能优良的铜铬触头材料，得益于铜粉的来源、对所得自耗电极的热挤压和退火处理、自耗电极进行自耗熔炼时的工艺等，而不是获得自耗电极的工艺。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低、所得产品致密度高的利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法，包括以下步骤：
[0010]1)收集铜铬边料，破碎，清洗，干燥后得到铜铬碎料；
[0011]2)将所得铜铬碎料冷压成柱体形状的压块，所得压块进行热压镦实，得到铜铬镦实坯；
[0012]3)选取成分相同、直径相同的铜铬镦实坯按底面与底面接触的方式进行堆叠，得到所需高度的柱体形状的电极坯，用氧化铝(Al2O3)纸包裹电极坯的侧面及其中一个底面，另一个底面敞开；将包裹后的电极坯按纵向且敞开端朝上的方式装入石墨舟，并在包裹后的电极坯与石墨舟的间隙填充氧化铝(Al2O3)粉末；
[0013]4)将装有电极坯的石墨舟置于底部升降真空炉中的物料台上，启动升降机构将物料台上装有电极坯的石墨舟送入加热区，于真空条件下升温至1120～1160℃保温烧结，烧结完成后维持炉温不变，启动升降机构将物料台上的石墨舟缓慢垂直下降进入冷却区，当石墨舟全部离开加热区后停止加热；
[0014]5)冷却后取出石墨舟中的电极，对电极外表进行清理和修整，即得到铜铬触头自耗电极。
[0015]上述方法的步骤1)中，优选是按成分分别收集铜铬边料，即相同成分的铜铬边料收集在一起，以便后续制备相应成分的铜铬自耗电极。收集的铜铬边料，优先是破碎成粒度≤5mm的碎料；所述的清洗和干燥操作与现有技术相同，通常采用超声波清洗设备、金属清洗剂(具体如德国汉高铜带清洗剂P3
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T7221或天跃CT
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213等)将铜铬碎料清洗干净，再置于真空干燥箱于80～110℃温度下干燥。
[0016]上述方法的步骤2)中，采用现有常规冷压设备(如液压机)将铜铬碎料冷压成柱体形状的压块，压块的尺寸根据需要确定，优选是将铜铬碎料冷压成直径为60～70mm、高度为60～100mm的柱体形状压块。冷压优选是在压力为1000～1200MPa的条件下进行，保压时间优选为10～30s。
[0017]上述方法的步骤2)中，通过热压镦实以进一步提高压块的致密度。采用现有常规技术对压块进行热压镦实，本申请中优选热压镦实在真空条件下进行，具体可以采用真空热压机进行热压镦实；进一步优选热压镦实在真空度读数≤0.02Pa、温度为900～970℃、压力为80～120MPa的条件下进行，保压时间优选为60～90s。
[0018]上述方法的步骤3)中，在将铜铬镦实坯按底面与底面接触且侧面对齐的方式进行堆叠，根据需要确定柱体形状电极坯的高度。当压块的直径为60～70mm、高度为60～100mm时，电极坯的高度优选为900～1000mm。该步骤中涉及的石墨舟，其内径优选是较电极坯的直径大10～15mm，其深度较电极坯高出10～20mm。在包裹后的电极坯与石墨舟之间间隙填充的氧化铝粉末的粒度优选为
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100目。本申请中采用氧化铝纸紧密包裹电极坯并使用氧化铝粉末填充电极坯与石墨舟之间的间隙，使电极坯在高于铜熔点(铜的熔点为1083℃，铬的熔点为1907℃)的温度下进行液相烧结时不变形，铜组分不流失从而确保电极成分不变。
[0019]上述方法的步骤4)中，优选是在真空度读数为≤0.01Pa的条件下进行保温烧结，保温烧结的时间优选为30～60min。烧结完成后，石墨舟必须以垂直下降的方式进入冷却区，垂直下降的速率优选为2～5mm/min。本申请中电极坯在高于铜熔点的温度下进行液相烧结，一方面，液相烧结使铜铬碎料的颗粒之间真正烧结成为一个整体，也使各镦实坯熔接
成为一个整体；之后结合在保持炉温的前提下采用垂直且缓慢下降的方式将石墨舟由加热区过渡到冷却区，使电极坯中正在冷却凝固的铜得到及时和充分的补缩，从而消除因补缩不足而产生的孔洞(现有技术中直接在真空烧结炉中进行液相烧结，由于烧结完成后铜铬熔液一直处于同样的温度环境中，同步进行冷却凝固(随炉冷却)，因而导致正在冷却凝固的铜得不到及时而良好的补缩而产生孔洞，进而导致自耗电极致密度不理想)，使烧结后的电极成为致密体，且电极的成分符合要求，也使各镦实坯熔接成为一个整体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用铜铬边料制备铜铬触头自耗电极的方法，包括以下步骤：1)收集铜铬边料，破碎，清洗，干燥后得到铜铬碎料；2)将所得铜铬碎料冷压成柱体形状的压块，所得压块进行热压镦实，得到铜铬镦实坯；3)选取成分相同、直径相同的铜铬镦实坯按底面与底面接触的方式进行堆叠，得到所需高度的柱体形状的电极坯，用氧化铝纸包裹电极坯的侧面及其中一个底面，另一个底面敞开；将包裹后的电极坯按纵向且敞开端朝上的方式装入石墨舟，并在包裹后的电极坯与石墨舟的间隙填充氧化铝粉末；4)将装有电极坯的石墨舟置于底部升降真空炉中的物料台上，启动升降机构将物料台上装有电极坯的石墨舟送入加热区，于真空条件下升温至1120～1160℃保温烧结，烧结完成后维持炉温不变，启动升降机构将物料台上的石墨舟缓慢垂直下降进入冷却区，当石墨舟全部离开加热区后停止加...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名勇，颜培涛，贾波，谢荣文，
申请(专利权)人：桂林金格电工电子材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：