专利名称：熔化材料的制造方法及用于该方法的自耗电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用电弧熔化制造由铜(Cu)、铬(Cr)和至少一种易蒸发的成分组成的熔化材料的方法，该方法是将由预先确定自耗电极的总组分进行熔化的电极材料收集在水冷却结晶器中冷却而不产生铜和铬的大量离解。本发明还涉及用于该方法的自耗电极，该电极由作为易蒸发成分的铜(Cu)、铬(Cr)、碲(Te)和/或硒(Se)和/或锑(Sb)与预先确定的各成分的总组分共同组成。
上述方法从EP-B-O115292中已为公众所知。按该方法制造的材料首先可用作10KA以上断路电流真空中压线路开关的接点材料。此外，从EP-A-O 172411中，公众已知这种材料也可用作真空防护的接点材料，这种用于降低焊接功率的材料至少可添加碲(Te)、锑(Sb)、铋(Bi)和/或锌及其合金中一种金属。通过补充熔合或扩散到按已知方法预制的接触另件中，加入这些添加物，但这种方法历时颇久，耗资较大。将碲和/或硒和/或锑，或者还有铋，用作铜铬接点材料的附加成分，特别适合于降低焊接功率。但是由于上述元素的蒸汽压较高，电弧熔化时添加这些元素易于蒸发。此外，还证明在电弧熔化铜铬时，直接熔化这些添加金属是不可能的，因为这些添加金属，特别是当它们作为细粉末与电焊条混合时，由于它们的蒸汽压较高，在电弧作用时引起蒸发并且在熔化件中形成空隙。碲或硒或锑与铜生成金属互化物，如测量所示，它们的蒸气压低于纯碲和硒或锑成分，因而出现蒸发趋势。如果这些添加金属不是作为元素碲或硒或锑加入，而是作为粉末状金属互化物Cu2Te或Cu2Se或Cu3Sb与之混合，也会形成空隙。这主要是由于Cu2Te或Cu2Se或Cu3Sb细粉末载有气体造成的，但至今为止仍然认为细粉末对于均匀分布是必不可少的。
由于按所述方法在熔化过程中直接熔入碲或硒或锑或它们的铜金属互化物是不可能的，所以现在仍根据EP-A-O172411所述，紧接在电弧熔化后，必要时在CuCr坯件成型后，通过例如流动冲压的单独操作步骤，专门将碲熔化。但是增加一道操作工序，总要提高生产成本。
针对这种状况，本发明的任务在于改进上述方法，使易蒸发的各组分可在熔化过程中直接加入。为此，提出制造能适用于电弧熔化法的自耗电极。
解决本发明任务的途径用于熔化含有易蒸发组分材料的这种自耗电极，部分是由含易蒸发组分的硬铜合金组成，合金中易蒸发组分的含量高于熔化材料总组分的含量，而熔化时易蒸发组分仍结合在熔化材料中。用于该方法的自耗电极，由铜和铬及碲和/或硒和/或锑组成，易蒸发组分中至少部分是作为金属互化物熔化在铜中，在电极结构中，铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金为实心部分。
本发明能在熔化过程中将易蒸发的添加金属直接加入电弧熔化的铜铬合金中，如果采用相应结构的自耗电极，就能制造无孔CuCrTe熔化件或CuCrSe熔化件或CuCrSb熔化件。在熔化过程中尤其加入碲时，所有导致形成孔隙的影响均可得以避免。例如CuTe合金为CuTeO，6的实心杆可以置于管形电极中，然后涂上CuCr粉末即可。
可以确认，例如实心的CuTeO，6的蒸汽压显著低于纯碲或碲化铜的蒸汽压。因此，在再熔化时并不发生Te组分的蒸发，碲仍结合在熔化材料中。按本发明制造方法制造时，含碲粉末也不带有气体。于是第一次能够不需要附加操作工序制造出无孔电弧熔化材料CuCrTe或CuCrSe或CuCrSb以及CuCrTeSe或CuCrTeSb。
现按附图结合权利要求书对实施例进行说明，借以提供本发明的其他细节和优点。
图1和图2第一种自耗电极的两个实施例，横截面图;
图3第二种自耗电极，纵截面图;
图4第三种自耗电极，横截面图。
附图大致以1∶2比例绘制，各自的量比可作比较。相同部位具有相同基准，对图的一部分进行综合说明。
图1至3中，1表示铜管，横截面的大小例如为70×2mm。铜管1采用的材料，例如是OFHC(无氧高导电性材料)或SF(无氧材料)。2是在无气体条件下CuCr粉末混合物的粒子量的分布。
图1中，3条由CuTeO，6合金制成的直径10毫米的实心杆3～5插在CuCr粉末混合物中。按德国工业标准DIN17666材料编号21546可知，这种材料的含碲量为0.4-0.7重量百分比。图2中，置于CuCr粉末混合物2中由CuTeO，6合金制成的直径为10毫米的9条实心杆3～11完全符合标准。
从图1或图2中给出的铜管几何图形，实心杆数目可根据需要变化，其变化范围为1至10，它们的数目以及各个实心杆的直径和碲、硒或锑的含量，最终确定制成材料的含量。在这种条件下，与各个实心杆的构型无关，例如可以是圆形、四角形，也可以是管形。
此外，CuCr粉末混合物中的含量可以有变化，粉末中含铬量从25重量%至纯铬粉均属适宜。
图3中，将由CuTeO，6材料制成的许多实心杆或按预先确定的截面构型的截段13大致均匀地分布于装有CuCr粉末混合物2的铜管1中。采用这种结构的自耗电极时，易蒸发组分同样在熔化材料中广泛结合。
图4中，截面尺寸为70×2毫米的外管41由CuTe材料组成。CuCr粉末混合物42置于管41中。在使用这种结构的自耗电极的条件下，熔化时，碲仍结合和熔化在熔化材料中。
在专门使用图1或图2的自耗电极时，在预先确定实心杆直径的条件下，由实心杆的数目和实心杆中碲或硒或锑的含量预先确定所制造的熔化材料CuCrTe或CuCrSe或CuCrSb的组分，这种制造方法从理论上来说是可能的，由铜碲合金作为实心部分的实心杆，其含碲量可高达8.2重量%。如果铜管也是由CuTe预合金制成，则将10条(最大值)φ10mm的CuTe8，2实心杆置于φ70×2mm该铜管中，就能得到CuCr50Te4，1材料。在液态二元系CuTe中出现离解现象则会影响含碲量较高的合金实心体的制造。铜硒合金也有类似情况，因为在2.2重量%以上液态二元系CuSe中也出现离解现象。因此，采用最大杆数10时，可制造CuCr50Se1.1材料。
附表概括了许多实施例，表示在使用图1或图2的自耗电极时具体制造CuCrTe熔化材料的情况，如通过改变杆数、含碲量和铜铬粉末混合物的组分，可影响制造熔化材料的含量。表中所用的均是φ70×2mm管形电极。为了制造其他尺寸，也可使用直径大小不同的管形电极，例如可采用50-100mm直径。熔化材料的含碲量同样也可由CuTe实心杆的数目和直径或由CuTe管的直径和厚度确定。在φ52×2mmCu管或仅用2条φ10mm的CuTeO，6实心杆时，熔化材料中的含碲量为0.1重量%。
对管形电极和杆数的参数作出相应计算后即可确定熔化材料CuCrSe或CuCrSb以及CuCrTeSe和CuCrTeSb的含量。
采用上述自耗电极的电弧熔化是以EP-B-O115292中所述方法在保护气体气氛下进行的，例如可使用100mb的氦或氩。
表不同杆数条件下CuCrTe熔化材料含量的实施例(电极结构Cu管70×2mm)合金含量直径粉末混合物熔化材料含量杆数(重量%)(mm)(重量%)(重量%)2CuTeO，610CuCr72CuCr50TeO，053CuTeO，610CuCr75CuCr50TeO，074CuTeO，610CuCr79CuCr50TeO，10…………………………10CuTeO，610CrCuCr50TeO，2510CuTe8，210CrCuCr50Te2，70
图1-2横截面图1无氧高导电/无氧铜管2CuCr粉末混合物3-5CuTe实心杆，图13条杆3-11CuTe实心杆，图29条杆图3纵断面图1无氧高导电/无氧铜管2CuCr粉末混合物13CuTe实心部分的均匀分布图4横截面图41CuTe管42CuCr粉末混合物
权利要求
1.采用电弧熔化制造由铜(Cu)、铬(Cr)和至少一种易蒸发的成分组成的熔化材料的方法，该方法是将由预先确定自耗电极的总组分进行熔化的电极材料收集在水冷却结晶器中冷却而不产生铜和铬的大量离解，其特征在于熔化含易蒸发成分材料所采用的这种自耗电极一部分是由含易蒸发组分的硬铜合金组成，合金中易蒸发组分的含量高于熔化材料总组分中的含量，熔化时易蒸发组分仍结合在熔化材料中。
2.应用于权利要求1所述制造熔化材料方法的自耗电极，它是由易蒸发组分铜(Cu)、铬(Cr)、碲(Te)和/或硒(Se)和/或锑(Sb)以各成分预定的总组分组成，其特征在于易蒸发组分至少有一部分作为金属互化物熔化在铜中，铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金在电极结构中作为实体部分存在。
3.根据权利要求2的自耗电极，其特征在于所述实体部分可具有任意构型，例如圆形或四方形或管形。
4.根据权利要求2的自耗电极，其特征在于电极结构是由铜管(1)构成，在该铜管中置有铜铬粉末混合物(2)，由铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金组成的实心部分(3-5;5-11;13)配置在铜铬粉末混合物(2)中。(图1-3)
5.根据权利要求4的自耗电极，其特征在于铜管(1)由不含氧的铜构成，例如由无氧高导电铜或无氧铜构成。
6.根据权利要求4的自耗电极，其特征在于实心部分是贯穿的实心杆(3-5;3-11)，相互平行和间隔置于CuCr粉末混合物(2)中。(图1，2)
7.根据权利要求6的自耗电极，其特征在于电极结构由截面大小为70×2毫米的管子(1)构成，由铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金构成的10毫米直径的1至10条实心杆(3-5;3-11)分布在管(1)内的断面上。
8.根据权利要求7的自耗电极，其特征在于该实心杆(3-5;3-11)呈对称分布。
9.根据权利要求3的自耗电极，其特征在于该实心部分以截段形式(13)均匀分布在CuCr粉末混合物(2)中。(图3)
10.根据权利要求3的自耗电极，其特征在于电极结构由一个铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金的外套管(41)构成，铜锑粉末混合物(42)配置在该外套管中。(图4)
11.根据权利要求2的自耗电极，其中易蒸发成分为碲时，其特征在于实心部分的含碲量为≤8.2重量%，并且采用铜铬粉末或纯铬粉末，由此可得到含碲量高至4.1重量%的CuCrTe材料。
12.根据权利要求2的自耗电极，其中易蒸发成分为硒时，其特征在于实心部分的含硒量为≤2.2重量%，并且采用铜铬粉末或纯铬粉末，由此可得到含硒量高至1.1重量%的CuCrSe材料。
13.根据权利要求2的自耗电极，其中易蒸发成分为锑时，其特征在于实心部分的含锑量为≤11重量%，并且采用铜铬粉末或纯铬粉末，由此可得到含锑量高至5.5重量%的CuCrSb材料。
14.根据权利要求7和10的自耗电极，其特征在于实心杆由含碲量为0.4-0.7重量%的CuTe合金构成。
全文摘要
制造由铜、铬和至少一种易蒸发成分组成的熔化材料的方法以及用于该方法的自耗电极。采用电弧熔化方法制造以铜和铬为基础的熔化材料，该方法是将由预先确定自耗电极的总组分进行熔化的电极材料收集在水冷却结晶器中冷却而不产生铜和铬的大量离解。根据本发明特征，熔化含易蒸发成分材料所采用的这种自耗电极一部分是由含易蒸发组分的硬铜合金组成，合金中易蒸发组分的含量高于熔化材料总组分中的含量，熔化时易蒸发组分仍结合在熔化材料中。所用的自耗电极，特别是由铜和铬以及碲和/或锑作为易蒸发组分组成，其中至少一部分作为金属互化物熔入铜中，铜碲合金或铜硒合金或铜锑合金作为实心部分置于电极结构中。
文档编号C22B9/20GK1041975SQ8810763
公开日1990年5月9日 申请日期1988年11月1日 优先权日1987年11月2日
发明者托马斯·莫沙, 约阿希姆·格罗塞, 霍斯特·基彭堡, 鲁迪格·赫斯, 赖纳·米勒, 诺伯特·普罗埃尔斯 申请人:西门子公司