本發(fā)明涉及電觸頭制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種放電等離子燒結(jié)制備銅鎢觸頭材料的方法。
背景技術(shù)：
高壓開(kāi)關(guān)的心臟元件，通過(guò)它的分?jǐn)嗪徒油?，達(dá)到傳遞、承受、斷開(kāi)、控制能量的目的。高壓電觸頭在高電壓、大電流、高溫電弧的共同作用下其動(dòng)作可靠性、耐久性、穩(wěn)定性是影響開(kāi)關(guān)壽命、安全可靠及電網(wǎng)的穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。
銅鎢觸頭由于耐電弧能力較強(qiáng)，尤其是在斷路器分合過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生電弧，大量的能量作用在觸頭上，因此耐燒的材料是保證斷路器電氣壽命的重要條件。
公開(kāi)號(hào)為CN102800420A的發(fā)明公開(kāi)了一種銅鎢觸頭的制作方法，該方法包括以下步驟：(1)制鎢坯：將鎢粉、成型劑、潤(rùn)濕劑按照重量比2100∶11∶15混合攪拌，然后放入成型模具內(nèi)壓制成型，得到鎢坯；(2)制作石墨坩堝：根據(jù)所要制作的銅鎢觸頭的大小，選取對(duì)應(yīng)的石墨棒材并將其加工制得內(nèi)腔為觸頭形狀的石墨坩堝；(3)烘干石墨坩堝：將石墨坩堝放入烘箱內(nèi)烘干；(4)保護(hù)石墨坩堝：在石墨坩堝的內(nèi)壁上涂刷石墨水劑或粘貼石墨紙，然后將石墨坩堝放入烘箱內(nèi)保溫；(5)制備含銅材料：根據(jù)所要制作的銅鎢觸頭的重量以及石墨坩堝的內(nèi)腔大小，制作對(duì)應(yīng)的含銅材料；(6)裝坩堝：將鎢坯放入石墨坩堝底部，然后將含銅材料放入石墨坩堝，并將其置于鎢坯的上表面；(7)裝爐抽真空加熱熔滲：將裝料后的石墨坩堝放入真空爐內(nèi)的加熱器內(nèi)，關(guān)閉爐門并啟動(dòng)真空泵進(jìn)行抽真空，抽真空后開(kāi)啟加熱器對(duì)石墨坩堝進(jìn)行加熱，含銅材料熔滲入鎢坯中得到銅鎢觸頭；(8)冷卻：加熱完成后，在恒溫狀態(tài)下將石墨坩堝緩慢退出加熱器，然后關(guān)閉加熱器；(9)出爐：關(guān)閉加熱器后關(guān)閉真空泵，打開(kāi)爐門取出石墨坩堝，從石墨坩堝中取出銅鎢觸頭。
從上述制備銅鎢觸頭材料的工藝過(guò)程可以看出，需要將鎢粉預(yù)先成型，成型環(huán)節(jié)一般通過(guò)均勻添加成型劑及液壓機(jī)完成，并在高溫滲銅之前進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，以提升銅鎢觸頭材料綜合性能，預(yù)燒結(jié)通過(guò)依靠真空燒結(jié)爐完成，造成生產(chǎn)成本高、耗能大等缺點(diǎn)。在高壓開(kāi)關(guān)要求不斷提升的背景下，銅鎢觸頭材料的制備改善優(yōu)化變得十分重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種縮短生產(chǎn)周期以及降低能耗的放電等離子燒結(jié)制備銅鎢觸頭材料的方法。
解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
放電等離子燒結(jié)制備銅鎢觸頭材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，燒結(jié)：將鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對(duì)粉末進(jìn)行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到30-45MPa后，通入脈沖直流電流并升溫至1320-1480℃，保溫2.5-5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機(jī)械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為35-50KHz，溫度為30-38℃，干燥后，用功率為5-20瓦的連續(xù)或脈沖激光以10-500毫米/秒的速度進(jìn)行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進(jìn)行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護(hù)氣體氣氛的高溫?zé)Y(jié)爐中，升溫至1300-1400℃后，保溫2-3小時(shí)，得到燒結(jié)后的銅鎢燒結(jié)體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結(jié)體在壓力為50-100MPa，溫度為800-850℃的條件下進(jìn)行抽真空熱壓，熱壓時(shí)間為40-100min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
優(yōu)選地，所述鎢粉的粒徑為4-8μm。
優(yōu)選地，所述脈沖直流電流為1200-1800A。
優(yōu)選地，步驟3中所述保護(hù)氣體為氮?dú)狻?/p>
優(yōu)選地，保護(hù)氣體氣氛流量≥0.2m3/h/h，
優(yōu)選地，步驟1中以100-300℃/min的升溫速率升溫至1320-1480℃。
優(yōu)選地，步驟2中所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時(shí)間15-20min。
優(yōu)選地，在石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉25-40重量份，鈍化劑為1-3重量份，云母粉4-8重量份，石墨5-10重量份，水1-3重量份，粘結(jié)劑20-30重量份。
優(yōu)選地，其中鈍化劑為CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一種；粘結(jié)劑為鈉玻璃、鉀玻璃或鈉-鉀玻璃三種水玻璃中任一種。
本發(fā)明的顯著效果是：本發(fā)明通過(guò)將等離子體燒結(jié)工藝替代成型和預(yù)燒結(jié)兩個(gè)環(huán)節(jié)，提高銅鎢觸頭材料的抗電弧燒蝕性能的同時(shí)，大大降低生產(chǎn)成本，減少耗能。制備獲得的銅鎢觸頭材料在保證性能的同時(shí)，不但有效地縮短了生產(chǎn)周期，減少了耗能，而且加熱均勻，升溫速度快，燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，能保持原材料的自然狀態(tài)，可以得到高致密度的銅鎢觸頭材料。
以本發(fā)明的方法獲得混粉CuW70、CuW90觸頭材料為例，其性能檢測(cè)如下(表1：混粉CuW70、CuW90觸頭材料性能檢測(cè)表)：
表1
另外，本發(fā)明在石墨模具和石墨舟的表面設(shè)置了涂層后，由于該涂層可以耐受1500℃以上的溫度，因此，不但對(duì)燒結(jié)的產(chǎn)品和石墨模具起到了隔離作用，而且還有助于對(duì)石墨模具和燒結(jié)的產(chǎn)品起到保護(hù)作用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
放電等離子燒結(jié)制備銅鎢觸頭材料的方法，包括以下步驟：
步驟1，燒結(jié)：將粒徑為4μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對(duì)粉末進(jìn)行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時(shí)間15min，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到30MPa后，通入1200A的脈沖直流電流并以100℃/min的升溫速率升溫至1320℃，保溫2.5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機(jī)械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為35KHz，溫度為30℃，干燥后，用功率為5瓦的連續(xù)或脈沖激光以10毫米/秒的速度進(jìn)行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進(jìn)行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護(hù)氣體氣氛的高溫?zé)Y(jié)爐中，所述保護(hù)氣體為氮?dú)猓Ｗo(hù)氣體氣氛流量為0.2m3/h/h，升溫至1300℃后，保溫2小時(shí)，得到燒結(jié)后的銅鎢燒結(jié)體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結(jié)體在壓力為50MPa，溫度為800℃的條件下進(jìn)行抽真空熱壓，熱壓時(shí)間為40min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉25重量份，鈍化劑為1重量份，云母粉4重量份，石墨5重量份，水1重量份，粘結(jié)劑20重量份。其中鈍化劑為CrO3，粘結(jié)劑為鈉玻璃。
實(shí)施例2：
步驟1，燒結(jié)：將粒徑為6μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對(duì)粉末進(jìn)行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時(shí)間17.5min，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到37.5MPa后，通入1500A的脈沖直流電流并以200℃/min的升溫速率升溫至1400℃，保溫3.75min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機(jī)械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為42.5KHz，溫度為34℃，干燥后，用功率為12.5瓦的連續(xù)或脈沖激光以255毫米/秒的速度進(jìn)行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進(jìn)行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護(hù)氣體氣氛的高溫?zé)Y(jié)爐中，所述保護(hù)氣體為氮?dú)猓Ｗo(hù)氣體氣氛流量為0.3m3/h/h，升溫至1350℃后，保溫2.5小時(shí)，得到燒結(jié)后的銅鎢燒結(jié)體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結(jié)體在壓力為75MPa，溫度為825℃的條件下進(jìn)行抽真空熱壓，熱壓時(shí)間為70min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉32.5重量份，鈍化劑為2重量份，云母粉6重量份，石墨7.5重量份，水2重量份，粘結(jié)劑25重量份。其中鈍化劑為KMnO4，粘結(jié)劑為鉀玻璃。
實(shí)施例3：
步驟1，燒結(jié)：將粒徑為8μm的鎢粉倒入石墨模具，將模具放置在氫氣爐中，對(duì)粉末進(jìn)行還原，輕燒，出爐，放置于等離子體燒結(jié)爐內(nèi)抽真空并加壓，所述等離子體處理為氬氣等離子體處理，處理時(shí)間20min，當(dāng)壓強(qiáng)達(dá)到45MPa后，通入1800A的脈沖直流電流并以300℃/min的升溫速率升溫至1480℃，保溫5min后，隨爐冷卻得到鎢骨架；
步驟2，銅塊處理：取銅塊，先用機(jī)械方法拋光，拋光之后的銅塊在超聲波清洗液中進(jìn)行超聲波清洗，超聲頻率為50KHz，溫度為38℃，干燥后，用功率為20瓦的連續(xù)或脈沖激光以500毫米/秒的速度進(jìn)行激光照射掃描，冷卻至室溫，再進(jìn)行等離子體處理，得到溶滲銅塊備用；
步驟3，高溫滲銅：將鎢骨架放入石墨舟中，溶滲銅塊置于鎢骨架之上，周圍使用剛玉粉填埋，置于具有保護(hù)氣體氣氛的高溫?zé)Y(jié)爐中，所述保護(hù)氣體為氮?dú)?，保護(hù)氣體氣氛流量為0.35m3/h/h，升溫至1400℃后，保溫3小時(shí)，得到燒結(jié)后的銅鎢燒結(jié)體；
步驟4，熱壓：將銅鎢燒結(jié)體在壓力為100MPa，溫度為850℃的條件下進(jìn)行抽真空熱壓，熱壓時(shí)間為100min，再冷卻至室溫，即得到銅鎢觸頭材料。
在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂層，該涂層的化學(xué)成分為高鋁粉40重量份，鈍化劑為3重量份，云母粉8重量份，石墨10重量份，水3重量份，粘結(jié)劑30重量份。其中鈍化劑為K2Cr2O7，粘結(jié)劑為鈉-鉀玻璃。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。