CN103706783B - 一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料及其制备方法，属于金属材料制备技术领域。它由以下重量份的组分制成：Cr粉坯30‑50份，Cu2Te中间合金0.009‑0.021份，无氧铜棒50‑70份。与现有技术相比，本发明的有益效果是在保证熔铸CuCr40触头材料原有优良性能的基础上，加入微量不影响触头耐压性能的第三元素相，从而使触头材料具有更高的抗熔焊性能，降低传统真空开关的触头压力，达到真空开关小型化智能化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，具体涉及一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料及其制备方法。
背景技术
随着真空开关技术的不断发展，高电压等级、小型化、智能化成为主要研究方向。真空开关小型化智能化主要是降低真空灭弧室的闭合力，使机构分闸配套部件体积减小，能够快速智能操作，从而达到真空开关的小型化智能化。
真空灭弧室闭合力的降低也意味着触头接触压力的降低，从而对触头材料提出了更苛刻的要求，需要具备更高的抗熔焊性能。
针对国内外现有触头材料制备工艺，已经开发出真空熔铸CuCr40触头材料来优化真空电触头，满足市场及客户12kV和40.5kV电压等级，但熔铸触头CuCr40具有较高的抗拉强度，在要求触头压力降低的真空灭弧室中已无法完全满足客户需要。因此升级CuCr40触头材料性能，提高触头材料抗熔焊性、降低真空灭弧室触头接触压力也成为势在必行之事。
专利CN101402137B公布了采用真空熔法制备CuCr40触头材料的方法，该方法主要是采用铜和铬在真空条件下熔铸成为CuCr40触头材料。该触头成分只有铜和铬两种元素，不含其他第三相元素。主要用于12kV和40.5kV电压等级中，不适用于现有发展的低触头压力真空灭弧室中。
发明内容
本发明提出了一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料及其制备方法，该低触头压力、高抗熔焊性真空熔铸CuCr40Te触头材料制备方法，在保证熔铸CuCr40触头优异的开断性能同时，能提高触头的抗熔焊性能，并降低真空开关的触头接触压力。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料，它由以下重量份的组分制成：Cr粉坯30-50份，Cu2Te中间合金0.009-0.021份，无氧铜棒50-70份。
进一步的，它由以下重量份的组分制成：Cr粉坯35-45份，Cu2Te中间合金0.015-0.018份，无氧铜棒55-65份。
更进一步的，它由以下重量份的组分制成：Cr粉坯40份，Cu2Te中间合金0.016份，无氧铜棒60份。
再进一步的，所述是Cu2Te中间合金来自QTe合金棒。
上述的一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料的制备方法，它包括以下步骤：
（1）按比例称取Cr粉坯，QTe合金棒和无氧铜棒，然后将Cr粉坯、无氧铜棒直接装入熔铸炉中，QTe合金棒装于二次加料器中；
（2）将熔铸炉中进行抽真空，在真空度达到≤9x10-2pa时进行加热，升温速率70-80℃/min，无氧铜棒完全熔化后形成CuCr合金熔液，待CuCr合金熔液搅拌均匀后，将QTe合金棒通过二次加料器添加进CuCr合金熔液中，充分熔融，同时继续按速率70-80℃/min升温；
（3）在持续搅拌下将合金液加热至1700-1800℃后，保温3-5min，待合金液搅拌充分后，快速浇铸至结晶器中，以500-800℃/min的冷却速率冷却得到CuCr40Te触头材料。
进一步的，所述步骤（2）中的升温速率为75℃/min。
更进一步的，所述步骤（3）中温度的冷却速率为600℃/min。
本发明的基本原理是：在Cu溶液中Te和Cu会形成一种Cu2Te中间合金相，Cu2Te合金是一种脆性相合金，易于断裂。在CuCr合金凝固过程中Cu2Te合金析出于Cu、Cr相界间。Cu2Te合金除本身易于断裂外，还会降低Cu、Cr相结合力，从而降低触头材料的抗拉强度，提高触头材料的抗熔焊性。
本发明中制备工艺的设计思想：1、由于Cu2Te合金熔点较低（900℃），添加过多会影响真空开关的耐压强度，脆性相过多也会使材料变形能力差。而Cu2Te相对少，不会引起应有的抗熔焊性，因此Cu2Te的含量需要精准控制。2、由于Te含量最多有0.01%，第三相过少使Cu2Te相在材料组织很难均匀分布。本发明采用Cu2Te中间合金、二次添加保证了Te在材料组织中均匀分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在保证熔铸CuCr40触头材料原有优良性能的基础上，加入微量不影响触头耐压性能的第三元素相，从而使触头材料具有更高的抗熔焊性能，降低传统真空开关的触头压力，达到真空开关小型化智能化的目的。
在本发明中加入的第三元素相为Te，同时Bi、C等元素也可以作为第三元素相来加入，但是第三元素相为Te时，能更好的进行控制且带入的副面作用最小，从而使触头材料具有更高的抗熔焊性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中所得的熔铸CuCr40Te触头微观金相组织图；
图2为实施例2中所得的熔铸CuCr40Te的宏观断口与普通熔铸CuCr40宏观断口对比示意图。
具体实施方式
下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的其中的几个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所使用原料是：
（1）Cr粉坯：纯度≥99.3%，氧含量≤700ppm，粉末粒度在50-300微米；
（2）无氧Cu棒：纯度≥99.95%，氧含量≤30ppm；
（3）QTe0.5合金棒：Cu2Te:0.8-1.0%，氧含量≤20ppm。
本发明实施例所使用的设备均为真空感应熔炼炉，为工业化熔炼常用设备。
实施例1：
1.1、本发明实施例中，所需各组分的重量份为：
Cr粉坯 40份；
Cu2Te 0.016份；
无氧Cu棒 60份；
生产本发明的熔铸CuCr40Te触头材料7kg，所需各组分的实际重量为：Cr粉坯2.7996kg；QTe0.5合金棒（Cu2Te含量按0.9%计算）124.4g，无氧Cu棒 4.1993kg。
1.2、制备步骤：
（1）按上述成分的重量，称取Cr粉坯，QTe0.5合金棒，无氧Cu棒，然后将Cr粉坯、无氧铜棒直接装入熔铸炉中，QTe0.5合金棒装于二次加料器中；
（2）将熔铸炉中进行抽真空，在真空度达到9x10-2pa时进行加热，升温速率75℃/min，无氧铜棒完全熔化后形成CuCr合金熔液，待CuCr合金熔液搅拌均匀后，将QTe0.5合金棒通过二次加料器添加进CuCr合金熔液中，充分熔融，同时继续按速率75℃/min升温；
（3）在持续搅拌下将合金液加热至1750℃后，保温4min，待合金液搅拌充分后，快速浇铸至结晶器中，以650℃/min的冷却速率冷却得到CuCr40Te触头材料。
1.3、如图1所示为本实施例熔铸的CuCr40Te触头微观金相组织图，所得的金相组织图是在100倍的金相显微镜下所得。
实施例2：
2.1、本发明实施例中，所需各组分的重量份为：
Cr粉坯 35份；
Cu2Te 0.018份；
无氧Cu棒 65份；
生产本发明的熔铸CuCr40Te触头材料7kg，所需各组分的实际重量为：Cr粉坯2.4496kg；QTe0.5合金棒（Cu2Te含量按0.8%计算）157.5g，无氧Cu棒4.5492kg。
2.2、制备步骤：
（1）按上述成分的重量，称取Cr粉坯，QTe0.5合金棒，无氧Cu棒，然后将Cr粉坯、无氧铜棒直接装入熔铸炉中，QTe0.5合金棒装于二次加料器中；
（2）将熔铸炉中进行抽真空，在真空度达到8x10-2pa时进行加热，升温速率70℃/min，无氧铜棒完全熔化后形成CuCr合金熔液，待CuCr合金熔液搅拌均匀后，将QTe0.5合金棒通过二次加料器添加进CuCr合金熔液中，充分熔融，同时继续按速率70℃/min升温；
（3）在持续搅拌下将合金液加热至1800℃后，保温5min，待合金液搅拌 充分后，快速浇铸至结晶器中，以600℃/min的冷却速率冷却得到CuCr40Te触头材料。
2.3、如图2所示为本实施例熔铸CuCr40Te宏观断口与普通熔铸CuCr40宏观断口对比示意图，其中A为熔铸CuCr40Te的宏观断口，B为普通熔铸CuCr40的宏观断口。
实施例3：
3.1、本发明实施例中，所需各组分的重量份为：
Cr粉坯 45份；
Cu2Te 0.015份；
无氧Cu棒 55份；
生产本发明的熔铸CuCr40Te触头材料7kg，所需各组分的实际重量为：Cr粉坯3.1495kg；QTe0.5合金棒（Cu2Te含量按1.0%计算）105.0g，无氧Cu棒3.8494kg。
3.2、制备步骤：
（1）按上述成分的重量，称取Cr粉坯，QTe0.5合金棒，无氧Cu棒，然后将Cr粉坯、无氧铜棒直接装入熔铸炉中，QTe0.5合金棒装于二次加料器中；
（2）将熔铸炉中进行抽真空，在真空度达到7x10-2pa时进行加热，升温速率80℃/min，无氧铜棒完全熔化后形成CuCr合金熔液，待CuCr合金熔液搅拌均匀后，将QTe0.5合金棒通过二次加料器添加进CuCr合金熔液中，充分熔融，同时继续按速率80℃/min升温；
（3）在持续搅拌下将合金液加热至1700℃后，保温3min，待合金液搅拌充分后，快速浇铸至结晶器中，以800℃/min的冷却速率冷却得到CuCr40Te触头。
将实施例1-3中所得的CuCr40Te与普通熔铸CuCr40进行性能对比，对比结果如下表所示：
本发明生产的真空熔铸CuCr40Te触头材料在12kV/31.5KA电压等级实验中，接触压力由原来的3300N降低至1600N，成功通过型式实验，从上表中可以看出熔铸CuCr40Te触头材料在具有原有优良性能的基础上，由于具有更高的抗熔焊性能，很大程度的降低了传统真空开关的触头压力，从而能达到真空开关小型化智能化的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种高抗熔焊性CuCr40Te触头材料，其特征在于：它由以下重量份的组分制成：Cr粉坯30-50份，Cu2Te中间合金0.009-0.021份，无氧铜棒50-70份；
所述Cu2Te中间合金来自QTe合金棒；
所述高抗熔焊性CuCr40Te触头材料的制备方法，它包括以下步骤：
(1)按比例称取Cr粉坯，QTe合金棒和无氧铜棒，然后将Cr粉坯、无氧铜棒直接装入熔铸炉中，QTe合金棒装于二次加料器中；
(2)将熔铸炉中进行抽真空，在真空度达到≤9x10-2pa时进行加热，升温速率70-80℃/min，无氧铜棒完全熔化后形成CuCr合金熔液，待CuCr合金熔液搅拌均匀后，将QTe合金棒通过二次加料器添加进CuCr合金熔液中，充分熔融，同时继续按速率70-80℃/min升温；
(3)在持续搅拌下将合金液加热至1700-1800℃后，保温3-5min，待合金液搅拌充分后，快速浇铸至结晶器中，以500-800℃/min的冷却速率冷却得到CuCr40Te触头材料；
所使用原料是：
1)Cr粉坯：纯度≥99.3％，氧含量≤700ppm，粉末粒度在50-300微米；
2)无氧Cu棒：纯度≥99.95％，氧含量≤30ppm；
3)QTe合金棒选用的是：QTe0.5合金棒：Cu2Te：0.8-1.0％，氧含量≤20ppm；
在Cu溶液中Te和Cu会形成一种Cu2Te中间合金相，Cu2Te合金是一种脆性相合金，易于断裂；在CuCr合金凝固过程中Cu2Te合金析出于Cu、Cr相界间；Cu2Te合金除本身易于断裂外，还会降低Cu、Cr相结合力，从而降低触头材料的抗拉强度，提高触头材料的抗熔焊性。
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