專利名稱：：一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高性能大尺寸銅鉻合金觸頭材料的制備方法，更具體地說是涉及一種大功率真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：觸頭是真空熔斷器的核心部件，銅鉻合金是目前真空熔斷器制造中最常用的觸頭材料，目前，國際上CuCr合金主要有三種制備方法(l)粉末冶金法，將主要成分的Cr粉和一定比例的Cu粉均勻混合，經(jīng)冷壓和熱壓燒結(jié)成形，制備成塊體觸頭材料；(2)熔滲法，將適量的的Cu粉和全部Cr粉制成預(yù)制骨架，然后利用重力在真空下向骨架中熔滲Cu;(3)自耗電極法，將一定比例的Cu粉和Cr粉壓制成自耗電極棒坯，然后制備具有快速凝固組織的觸頭材料。前兩種方法由于受原材料中尺寸較大的Cr顆粒的限制，難以獲得高質(zhì)量的觸頭材料，同時成品率較低，而自耗電極法制備工藝復(fù)雜，成本高。真空熔鑄法是近年來研制的一種銅鉻合金觸頭材料制造方法，該方法是先將銅和鉻在高溫下熔煉成合金化液相，然后注入鑄?？焖俳Y(jié)晶固化成鑄錠，其缺點是工藝難于掌握，尤其是冷卻速度的控制。在實際生產(chǎn)中，如果冷卻速度過快，材料容易形成縮孔，而在冷速較低時，則出現(xiàn)銅和鉻的比重偏析和粗大的鉻枝晶。上述缺點都會對觸頭材料的組織產(chǎn)生影響從而降低真空斷路器使用的可靠性。盡管開發(fā)了很多生產(chǎn)方法，但是銅鉻合金觸頭生產(chǎn)目前還存在一些主要問題(l)產(chǎn)品難以實現(xiàn)致密化(主要針對粉末冶金法和熔滲法)；(2)材料中的氣體含量過高；(3)合金組織中Cr粒子的細(xì)化問題；(4)高效優(yōu)質(zhì)的新工藝技術(shù)路線；(5)大尺寸錠坯制備技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對銅鉻合金觸頭材料生產(chǎn)中存在的不足提供一種真空開關(guān)用銅鉻合金觸頭大尺寸鑄坯的制備方法，實現(xiàn)大尺寸銅鉻合金觸頭材料的制備，達(dá)到改善銅鉻合金觸頭組織和性能的目的。用該方法制備的觸頭材料組織致密，晶粒細(xì)小，氣體含量低，錠坯尺寸大，成品率高，產(chǎn)品性能優(yōu)良，同時所用的生產(chǎn)設(shè)備較為普遍，生產(chǎn)成本低，更易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案—種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法，包括如下的制備步驟(1)、真空感應(yīng)爐熔化將占銅鉻總量的1045%鉻及銅在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—卞a，加熱到1600190(TC，將鉻及銅熔化成鉻及銅合金液，繼續(xù)攪拌精煉20min;(2)、澆鑄將合金熔液注入一個在四周通水冷卻的水冷模設(shè)備的模具腔體中，控制澆鑄溫度保持在1650180(TC，澆鑄成鑄坯，鑄坯可直接機械加工到真空開關(guān)觸頭材料尺寸。上述一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法中所用的水冷模設(shè)備的結(jié)構(gòu)，如附圖1所示。所述的水冷模設(shè)備包括模具腔體1、冷卻模外殼2，模具腔體1至于冷卻模外殼2內(nèi)，冷卻模外殼2有進(jìn)水口3和出水口4，進(jìn)水口3的位置位于冷卻模外殼2下部，出水口4的位置位于冷卻模外殼2上部。使用時澆鑄的合金液注入模具腔體1內(nèi)，冷卻水從進(jìn)水口3進(jìn)入，從出水口4流出，保證在模具腔體1與冷卻模外殼2中間始終充盈冷卻水，控制模具腔體1達(dá)到恒溫。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法中，采用了高真空熔煉和澆鑄，合金中的氣體含量很低，導(dǎo)電性能提高；由于過程中水冷模加速冷卻，冷卻速度提高，就使得高溫時液態(tài)合金均勻混合的狀態(tài)保持到固態(tài)，Cr顆粒更細(xì)小，分布更均勻，而且與單邊水冷模相比，制備的樣品尺寸更大，性能更好。真空感應(yīng)爐是普遍應(yīng)用的熔煉設(shè)備，工藝控制簡單，生產(chǎn)成本低，適用于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。由于能一次性生產(chǎn)大尺寸鑄坯，使得生產(chǎn)效率提高。圖1、水冷模設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖圖2、真空熔鑄法制備的銅鉻合金材料典型金相照片(x100)圖3、粉末冶金法制備的銅鉻合金材料金相照片(x100)圖4、熔滲法制備的銅鉻合金材料金相照片(x100)具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例的試驗結(jié)果及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不限制本發(fā)明。實施例1按照25%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到185(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1750°C，制備出CuCr25觸頭材料，材料的物理及機械性能見表l。表1CuCr25合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>為便于比較，表2還列出了國產(chǎn)CuCr50和美國西屋公司生產(chǎn)CuCr25材料的性能。表2國產(chǎn)及進(jìn)口銅鉻合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1和表2對比可知，用本發(fā)明制備的CuCr25材料電導(dǎo)率比普通的CuCr25材料提高了30%以上，比CuCr50材料提高了一倍多；氣體含量也比普通CuCr25材料低的多，尤其是氧含量；從材料密度上看，本發(fā)明制備的材料致密性很好，這對提高材料使用性能很重要。圖2為本發(fā)明的制備方法所獲得的CuCr25的材料金相組織照片，作為對比，圖3、4顯示出普通粉末冶金法和熔滲法制備的銅鉻合金的金相組織照片。從圖2、圖3及圖4中可以看出本發(fā)明制備的銅鉻合金中Cr顆粒分布均勻，這說明本發(fā)明解決了銅鉻合金的凝固偏析問題；合金中Cr顆粒尺寸細(xì)小，遠(yuǎn)小于粉末冶金和熔滲法生產(chǎn)的合金材料。且從金相組織測量出，采用本發(fā)明制備的銅鉻合金觸頭材料中鉻顆粒大小在615iim，即使用全返還廢料生產(chǎn)的合金晶粒尺寸也在40微米以下。而采用真空熔滲法生產(chǎn)的CuCr合金Cr粒子尺寸約為70150iim。實施例2按照20%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到180(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1700°C，制備出CuCr20觸頭材料，材料的物理及機械性能見表3。表3CuCr20合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例3按照30%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到190(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1750°C，制備出CuCr30觸頭材料，材料的物理及機械性能見表4。表4CuCr30合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例4按照40%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到195(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1800°C，制備出CuCr40觸頭材料，材料的物理及機械性能見表5。表5CuCr40合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例5按照45%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到195(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1800°C，制備出CuCr45觸頭材料，材料的物理及機械性能見表6。表6CuCr45合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例6按照10%的鉻配料，在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1X10—屮a，加熱到160(TC精煉20分鐘，澆鑄溫度控制在1600°C，制備出CuCrlO觸頭材料，材料的物理及機械性能見表7。表7CuCrl0合金材料的物理及機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法，其特征在于包括如下的制備步驟(1)、真空感應(yīng)爐熔化將鉻及銅在真空感應(yīng)爐中，控制感應(yīng)爐內(nèi)真空度小于1×10-1Pa，加熱到1600～1900℃，將鉻及銅熔化成鉻及銅合金液，繼續(xù)攪拌精煉20min；(2)、澆鑄將合金熔液注入一個在四周通水冷卻的水冷模設(shè)備的模具腔體中，控制澆鑄溫度保持在1650～1800℃，澆鑄成鑄坯，鑄坯可直接機械加工到真空開關(guān)觸頭材料尺寸。2.如權(quán)利要求l所述的一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述鉻的含量占銅鉻總量的1045%。3.如權(quán)利要求l所述的一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法，其特征在于步驟(2)中所得的銅鉻合金觸頭材料中鉻顆粒大小在615iim。4.如權(quán)利要求1所述的一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法中所用的水冷模設(shè)備，包括模具腔體(l)，其特征在于還包括冷卻模外殼(2)，模具腔體(1)至于冷卻模外殼(2)內(nèi)，冷卻模外殼(2)有進(jìn)水口(3)和出水口(4)，進(jìn)水口(3)的位置位于冷卻模外殼(2)下部，出水口(4)的位置位于冷卻模外殼(2)上部。全文摘要本發(fā)明公開了一種真空斷路開關(guān)觸頭材料的制備方法及其所用的水冷模設(shè)備。該方法是先將銅及鉻在真空感應(yīng)爐中熔化成合金液相，然后澆鑄成鑄坯。具體工藝參數(shù)是真空度小于1×10-1Pa，根據(jù)鉻含量的比例，加熱到1600～1950℃范圍，待鉻完全熔化后，攪拌精煉20min，然后將合金熔液注入一個在四周通水冷卻的水冷模設(shè)備中，控制澆鑄溫度保持在1600～1800℃。用該方法制備的觸頭材料組織致密，晶粒細(xì)小，導(dǎo)電性能提高，氣體含量降低，錠坯尺寸大，成品率高，同時所用的生產(chǎn)設(shè)備較為普遍，生產(chǎn)成本低，更易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。文檔編號C22C1/02GK101787453SQ20101013108公開日2010年7月28日申請日期2010年3月24日優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日發(fā)明者劉平,劉新寬申請人:上海理工大學(xué)