一种高耐压铜铬触头材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，包括如下步骤：S1、混粉，S2、冷等静压，S3、真空烧结，S4、电弧熔炼，S5、锻造，S6、处理加工。本发明专利技术触头材料的制备方法所制备的材料组织弥散均匀分布，能有效提高触头材料的耐电压和开断能力，具备良好的力学物理性能及优异的综合电性能，且制备工艺简单、过程易于控制且生产出的触头材料性能稳定，可批量化生产，综合成本较低，适用于126kV及以上高电压等级真空触头材料市场。级真空触头材料市场。级真空触头材料市场。

【技术实现步骤摘要】
一种高耐压铜铬触头材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及触头材料
，具体是涉及一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着变电站和电网设施小型化，智能化发展，对真空灭弧室或真空断路器的技术要求进一步提高。尤其是在高电压等级的市场需求中，还是以SF6高压断路器为主，SF6气体虽然具有很好的绝缘和开断特性，例如造成酸雨，温室效应等危害，而且该气体经过电弧开断后的分解物对人身有害。SF6开关设备内因充有一定压力的SF6气体，而具有一定的压力容器的危害性。特别在寒冷地区，SF6气体的液化现象将会影响到开关设备的绝缘和开断性能。因此全球范围都在寻找SF6气体的替代物，或者减少SF6气体使用及排放量的方法，市场也正在逐步寻找有效的可替代触头材料，未来将会更多地使用真空断路器，而作为核心元件的触头材料将备受关注。
[0003]真空灭弧室一般采用CuCr触头材料，目前为了达到良好的耐压和开断能力，以及低截流值，在中高压领域，真空灭弧室的触头材料多采用添加第三元素或难熔元素来改进CuCr耐压性能。如三菱公司研究了加入0.5％
‑
1％的硅Si、钽Ta、铝Al、锆Zr提高CuCr的耐压特性；西门子公司研究元素Zr的加入形成CuCrZr相使得材料的硬度增加；明电舍公司也研究了CuCrZr触头的耐压性能。其中三菱公司还进行了加入W、Mo、Ta、Nb等难熔元素改进CuCr耐压性能的研究。
[0004]但是以上方式都需要经过特殊冶炼过程或者二次加料方式才能提高触头的耐压性能，并且在添加第三元素时由于金属熔点差异较大或第三元素收得率低，或者因为添加第三元素过多，破坏了材料熔炼过程的稳定性，导致材料组织内部缺陷增多，材料的力学性能降低等，使得所制备的触头在高电压领域应用有一定的局限性，材料的制备过程影响因素较多，原材料利用率低，制备过程复杂，成本较高。因此，根据目前市场需求，现需要开发出一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高耐压铜铬触头材料的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、混粉：
[0008]按照电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为45
‑
47：53
‑
55进行称量，其中，电解铜粉的粉末粒度为30
‑
150um，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50
‑
200um，将称量好的电解铜粉和铝热还原高纯低气铬粉装入自动混粉机，混粉时间为3
‑
6h，得到混合粉末；
[0009]S2、冷等静压：
[0010]将步骤S1得到的混合粉末装入定制胶套，装粉量为10
‑
35kg，装好后对粉末进行冷
等静压，得到电极棒，其中，所述定制胶套为规格90
‑
150mm的胶套；
[0011]S3、真空烧结：
[0012]将步骤S2得到的电极棒先在60
‑
120℃的真空烘干箱中初步加热烘干0.5
‑
4h，再将电极棒装入真空烧结炉内的模具中，随后采用梯度加热的方式对电极棒进行真空烧结脱气，同时利用模具对电极棒进行校直；
[0013]停止加热后，待真空烧结炉自然冷却到395
‑
405℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至55
‑
65℃，再将电极棒从真空烧结炉中取出。
[0014]S4、电弧熔炼：
[0015]将步骤S3得到的电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼完成得到铸锭，对铸锭进行加工处理，其中，所述加工处理为粗车外圆、锯冒口和底片，并去除铸造缺陷；
[0016]S5、锻造：
[0017]对步骤S4得到的铸锭进行热锻处理，锻造温度控制在500
‑
1000℃，将铸锭锻造成所需工艺尺寸的锻锭；
[0018]S6、处理加工：
[0019]对锻锭依次进行退火、固溶处理以及时效处理得到毛坯，再按照图纸将毛坯加工为所需尺寸规格的触头。
[0020]进一步地，在所述步骤S2中，冷等静压的压力为100
‑
500Mpa，保压时间为1
‑
20min。所述冷等静压的参数可以使压制得到的电极棒更加均匀且致密度更高。
[0021]进一步地，在所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温0.9
‑
1.1h，升至145
‑
155℃时保温0.9
‑
1.1h；继续升温1.4
‑
1.6h，升至295
‑
305℃时保温2.9
‑
3.1h；再次升温2.9
‑
3.1h，升至595
‑
605℃时保温1.9
‑
2.1h；然后升温1.9
‑
2.1h，升至995
‑
1005℃时保温1.9
‑
2.1h；最后再升温0.9
‑
1.1h，升至1075
‑
1085℃时保温1
‑
5h后停止加热。
[0022]所述梯度加热能够对压制好的电极棒进行有效的真空环境下脱水，降低电极棒内部材料组织气体含量，有利于真空自耗电弧熔炼过程中电弧的稳定性，进一步细化铜铬触头材料晶粒，降低触头材料中气体含量；通过控制梯度加热方式，使得在气体在不同温度下有效逸出，有利于制备出高纯低气含量铜铬触头材料。
[0023]进一步地，在所述步骤S4中，熔点电流在1.0KA
‑
5KA，电弧电压在10V
‑
30V，且熔炼过程中短路次数必须在3次以内，环境中温度≤30℃，湿度≤60％RH。
[0024]所述电弧熔炼的参数能有效制得均匀和致密度高的电极棒，短路次数的限制可以防止电流过载破坏机器，环境中温度不宜过高，防止机器过早达到保护状态，且熔炼时要在一个较为干燥的环境中进行，防止机器中渗入水。
[0025]进一步地，在所述步骤S6中，退火处理具体为：将锻锭装入退火炉中进行退火处理，退火温度为400
‑
1100℃，保温时间为1
‑
6h；固溶处理具体为：将退火后的锻锭装入固溶炉中进行固溶处理，固溶处理的温度为800
‑
980℃，保温时间为1
‑
4h，最后将锻锭用水冷却2
‑
6min；时效处理具体为：将固溶处理后的锻锭装入时效炉进行时效处理，时效处理的温度为300
‑
415℃，保温时间为0.5h
‑
3h，最后使锻锭随炉空冷至常温。
[0026]退火处理使熔炼过程中固溶的原子能够有效析出，消除应力，改善铜铬触头材料的电性能；锻锭经过固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、混粉：按照电解铜粉、铝热还原高纯低气铬粉的质量百分比为45
‑
47：53
‑
55进行称量，其中，电解铜粉的粉末粒度为30
‑
150um，铝热还原高纯低气铬粉的粉末粒度为50
‑
200um，将称量好的电解铜粉和铝热还原高纯低气铬粉装入自动混粉机，混粉时间为3
‑
6h，得到混合粉末；S2、冷等静压：将步骤S1得到的混合粉末装入定制胶套，装粉量为10
‑
35kg，装好后对粉末进行冷等静压，得到电极棒，其中，所述定制胶套为规格90
‑
150mm的胶套；S3、真空烧结：将步骤S2得到的电极棒先在60
‑
120℃的真空烘干箱中初步加热烘干0.5
‑
4h，再将电极棒装入真空烧结炉内的模具中，随后采用梯度加热的方式对电极棒进行真空烧结脱气，同时利用模具对电极棒进行校直；停止加热后，待真空烧结炉自然冷却到395
‑
405℃时，向真空烧结炉中充氩气使电极棒快速冷却至55
‑
65℃，再将电极棒从真空烧结炉中取出。S4、电弧熔炼：将步骤S3得到的电极棒放入真空自耗电弧熔炼炉内进行熔炼，熔炼完成得到铸锭，对铸锭进行加工处理，其中，所述加工处理为粗车外圆、锯冒口和底片，并去除铸造缺陷；S5、锻造：对步骤S4得到的铸锭进行热锻处理，锻造温度控制在500
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1000℃，将铸锭锻造成所需工艺尺寸的锻锭；S6、处理加工：对锻锭依次进行退火、固溶处理以及时效处理得到毛坯，再按照图纸将毛坯加工为所需尺寸规格的触头。2.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S2中，冷等静压的压力为100
‑
500Mpa，保压时间为1
‑
20min。3.根据权利要求1所述的一种高耐压铜铬触头材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，梯度加热过程为：从室温开始升温，先升温0.9
‑
1.1h，升至145
‑
155℃时保温0.9
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1.1h；继续升温1.4
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1.6h，升至295
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305℃时保温2.9
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3.1h；再次升温2.9
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3.1h，升至595
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605℃时保温1.9
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2.1h；然后升温1.9
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2.1h，升至995
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1005℃时保温1.9
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2.1h；最后再升温0.9
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1.1h，升至1075
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1085℃时保温1
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏，李鹏，王小军，杨斌，刘凯，张石松，杨晓青，王文斌，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：