專利名稱：一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭的制造方法，該方法尤其適用制造高壓電器開關(guān)和斷路器的整體觸頭。
背景技術(shù)：
電觸頭是電器開關(guān)的接觸元件，主要擔(dān)負(fù)著接觸、斷開負(fù)載電流的任務(wù)。觸頭和滅弧系統(tǒng)是開關(guān)的心臟，開關(guān)的安全性，可靠性及開斷和關(guān)合特性很大程度上取決于觸頭材料的物理性質(zhì)及其電特性。因此，它的性能直接影響著開關(guān)電器的可靠性運行。銅鎢系觸頭材料因其具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性及高強度而廣泛應(yīng)用于各種斷路器、真空負(fù)荷開關(guān)和變壓器轉(zhuǎn)換開關(guān)上。但隨著高壓輸變電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷日益增加、控制系統(tǒng)不斷發(fā)展，對銅鎢系觸頭材料的要求也更高，尤其是^OKv以上等級的高壓電器對觸頭材料要求更高。由于傳統(tǒng)的銅鎢觸頭材料的成分是均一的，不能顯著提高銅鎢頭的導(dǎo)熱、結(jié)合強度以及電性能。在開斷過程中不能及時的散熱而導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起銅鎢材料表面裂紋產(chǎn)生，最終導(dǎo)致材料的部分脫落而使開關(guān)失效。此外隨著高壓電器發(fā)展，對導(dǎo)電桿材料的要求也在提高，目前國外已經(jīng)采用力學(xué)性能與導(dǎo)電性能更加優(yōu)異的銅鉻鋯青銅代替銅鉻青銅，因而本發(fā)明提供一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的(1)按下述成分比例配料，將粒徑為6 μ m的鎢粉料、制孔劑和8 μ m的誘導(dǎo)Cu粉分別按80% 90% wt、5% 18% wt和2% 5% wt成分比例進(jìn)行混料，制成高鎢含量顆粒；粒徑為4μ m的鎢粉、制孔劑中鎢和8 μ m誘導(dǎo)Cu粉分別按65% 80% wt, 15% 33% wt和2% 5% wt成分比例進(jìn)行混料，再制成中鎢含量顆粒；粒徑為2μπι的鎢粉、制孔劑和8 μ m誘導(dǎo)Cu粉分別按50 % 65 % wt，30 % 48 % wt和2 % 5 % wt成分比例進(jìn)行混料，制成低鎢含量顆粒，上述制成的顆粒為20 60目；(2)將步驟(1)中制取高鎢、中鎢、低鎢的顆粒分3-5段連續(xù)地堆積，再壓制成生坯預(yù)制塊；(3)將預(yù)制塊放入燒結(jié)爐中，在氫氣中進(jìn)行900°C 1000°C進(jìn)行1 3小時預(yù)燒結(jié)，然后加入銅鉻鋯青銅在高溫1300°C 1400°C氮氣氣氛中進(jìn)行熔滲1 3小時；(4)通過固溶、時效處理及機械加工獲得將梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。整體觸頭中銅鎢合金的鎢成分含量范圍為50% wt到90% wt，其鎢粉粒度大小變化范圍為2 6μπι，銅粉粒度大小為8μπι。根據(jù)鎢含量變化范圍，梯度層可分3 5段變化。
銅鉻鋯青銅材料成分Cr為0. 3% 1. 0%，Zr為0. 1 % 0. 4%。通過連續(xù)地改變銅、鎢兩種材料的成分比例，使其內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)梯度變化， 得到組成和結(jié)構(gòu)漸變的梯度材料，實現(xiàn)銅、鎢兩種不同性能材料的最優(yōu)搭配。高W含量的頭部具有高的抗電弧燒蝕性和抗熔焊性，高Cu含量的尾部具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性并具有與銅鉻鋯導(dǎo)電桿部分高的結(jié)合強度，克服了成分單一的觸頭材料由于熱量產(chǎn)生熱應(yīng)力集中致使表面產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致材料的部分脫落的危害。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行說明實施例1 將粒度為2-6 μ m的鎢粉及粒度為8 μ m的銅粉進(jìn)行配料，分別選擇鎢含量為90%、 80%、70 %、60%、50%的配料比稱取鎢粉，再加入適量造孔劑及誘導(dǎo)銅，分別置于混料機中充分混合制成顆粒尺寸為40目以增加粉末的流動性；將不同成分的粉末顆粒物依次堆積到模具中，然后用壓力機壓制成預(yù)制塊；將預(yù)制塊放入立體燒結(jié)爐中，在氫氣和氮氣的氣氛保護(hù)下與一定溫度下保溫?zé)Y(jié)，從而得到具有一定強度的鎢骨架結(jié)構(gòu)；升高溫度在保護(hù)氣氛下進(jìn)行熔滲，一段時間后可獲得較為致密的CuW整體觸頭；導(dǎo)電桿材料為Cu-CrO. 4% ZrO. 1%，對其進(jìn)行固溶、時效處理后硬度高于130HB，導(dǎo)電性高于80% IACS ；銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭結(jié)合強度為302MPa，高于目前高壓開關(guān)企業(yè)196MPa的技術(shù)要求，可以滿足高壓開關(guān)的要求。實施例2:其配料、壓制、預(yù)燒結(jié)、熔滲和機械加工步驟與實施例1相同，導(dǎo)電桿材料為 Cu-CrO. 6% ZrO. 2%，對其進(jìn)行固溶、時效處理后硬度高于140HB，導(dǎo)電性高于75% IACS ；銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭結(jié)合強度為312MPa，高于目前高壓開關(guān)企業(yè)196MPa的技術(shù)要求， 可以滿足高壓開關(guān)的要求。本發(fā)明采用了粉末冶金和熔滲法相結(jié)合的方法制造銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。 銅鎢梯度觸頭材料不同部位成分變化，觸頭尾部具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性并與銅鉻鋯青銅有高的結(jié)合強度。減少了銅鎢觸頭尾部不必要的W粉使用量，降低了成本。采用銅鉻鋯青銅提高了整體觸頭的力學(xué)性能，改善了導(dǎo)電桿材料的導(dǎo)電性能。
權(quán)利要求
1.一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造方法，其特征在于(1)按下述成分比例配料，將粒徑為6μ m的鎢粉料、制孔劑和8 μ m的誘導(dǎo)Cu粉分別按 80% 90% wt、5% 18% wt和2% 5% wt成分比例進(jìn)行混料，制成高鎢含量顆粒；粒徑為4 μ m的鎢粉、制孔劑中鎢和8 μ m誘導(dǎo)Cu粉分別按65% 80% wt，15% 33% wt和 2% 5% wt成分比例進(jìn)行混料，再制成中鎢含量顆粒；粒徑為2 μ m的鎢粉、制孔劑和8 μ m 誘導(dǎo)Cu粉分別按50 % 65 % wt，30 % 48 % wt和2 % 5 % wt成分比例進(jìn)行混料，制成低鎢含量顆粒，上述制成的顆粒為20 60目；(2)將步驟⑴中制取高鎢、中鎢、低鎢的顆粒分3-5段連續(xù)地堆積，再壓制成生坯預(yù)制塊；(3)將預(yù)制塊放入燒結(jié)爐中，在氫氣中進(jìn)行900°C 1000°C進(jìn)行1 3小時預(yù)燒結(jié)，然后加入銅鉻鋯青銅在高溫1300°C 1400°C氮氣氣氛中進(jìn)行熔滲1 3小時；(4)通過固溶、時效處理及機械加工獲得將梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造方法，其特征在于 整體觸頭中銅鎢合金的鎢成分含量范圍為50% wt到90% wt，其鎢粉粒度大小變化范圍為 2 6 μ m，銅粉粒度大小為8 μ m。根據(jù)鎢含量變化范圍，梯度層可分3 5段變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭制造方法，其特征在于 銅鉻鋯青銅材料成分Cr為0. 3% 1.0%，Zr為0. 0. 4%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭的制造方法，將不同配比的銅鎢粉末依次進(jìn)行壓制成型，燒結(jié)熔滲制得梯度銅鎢合金，隨后采用燒結(jié)法連接銅鉻鋯青銅導(dǎo)電桿，所得材料即為本發(fā)明的梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭。本發(fā)明所制得梯度銅鎢/銅鉻鋯青銅整體觸頭具有更好的導(dǎo)熱率、導(dǎo)電性以及結(jié)合強度，能夠很好的滿足高壓超高壓開關(guān)對整體觸頭的要求，市場應(yīng)用前景非常廣闊。
文檔編號H01H1/02GK102166650SQ201110077669
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者何國華, 孫夢龍, 宋忠孝, 張漫漫, 徐巍, 徐穎峰, 戴維菁, 李寒羽, 汪駿, 覃磊, 謝麗芬 申請人:西安交通大學(xué)