一种制备CuCr25电触头的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种利用真空自耗电弧熔炼工艺制备CuCr25电触头的方法。
【背景技术】
[0002]由于真空断路器触头对铜铬材料的气体含量和显微组织有较高的要求。而铬是亲氧性元素，理论上可以使用特种冶金的真空电弧自耗熔炼、真空感应熔炼、电子束熔炼、电子轰击熔炼等方法。实际操作中由于铜和铬的蒸气压较高，难以解决高真空和电子枪污染问题。规模生产中不宜使用电子束熔炼，从技术上说，真空熔铸法虽然解决了部分问题，但相对真空电弧熔炼铜铬触头材料在电性能中的优点，熔铸法还是达不到电弧自耗熔炼法在40.5KV等级的优点，主要是铬颗粒平均粒度在铜中呈均匀弥散分布枝晶分布少。
[0003]研宄表明:通过真空自耗电弧熔炼工艺制备的CuCr25电触头材料，其显微结构具有Cu、Cr相金相组织细小、材料含气量低、夹杂物少的特点。
[0004]目前制备CuCr25触头材料的方法包括:真空熔铸法、混粉烧结法、等离子体喷涂法。真空熔铸法是指按照比例将无氧铜和Cr粉进行配比，将配比好的材料在真空感应炉内熔化并浇注，该方法制备出的CuCr25触头材料具有含气量低，成本低等优点，但是制备出的材料因为坩祸导致的夹杂问题无法避免，而且金相显微组织中有粗大的Cr枝晶存在影响触头材料的开断性能。
[0005]混粉烧结法是指按照一定比例一定粒度的Cu粉和Cr粉在保护气氛下充分混合，压制成型，然后在保护气氛或真空下烧结。该方法工艺简单，成本低，但难以保证达到致密化的要求，并且该方法制备的材料具有氧化物含量偏高，显微组织中存在较大的气孔，等缺陷。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术存在的不足，本发明的目的是利用真空自耗电弧熔炼法制备Cr含量在23% -26% (wt)CuCr电触头材料，材料无气孔、疏松、夹杂、无Cu、Cr富集等宏观微观缺陷，并且Cu、Cr显微组织结构小于30um。
[0007]为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来完成的，一种制备CuCr25电触头的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0008]I)按照CuCr25电触头材料成分配比选取合格的Cu粉和Cr粉进行混合
[0009]分别利用铜块和铬块制备合格的Cu粉和Cr粉，按照CuCr25电触头材料成分配比选取Cu粉和Cr粉，重量比为74?77: 23?26，然后将两者在混料机中均匀混合3?5h ；
[0010]2)将混合均匀的粉末进行冷等静压压制
[0011]将在步骤I)中混合好的材料成分放入冷等静压机中，在150?200Mpa的压力下进行压制，得到合金棒料；该冷等静压机的缸体为上边开口的坩祸状圆筒筒体，其外面装有加固钢箍，形成双层缸体结构，缸体内的上、下塞是活动的，缸体的轴向力靠框架来承受；
[0012]3)对压制完成的自耗电极进行烧结
[0013]将步骤2)中获得的合金棒料置于真空烧结炉中，在800?1000°C的温度下烧结80?lOOmin，得到合金电极；该真空烧结炉是在抽真空后充入氢气保护，利用中频感应加热，感应加热线圈内的坩祸为石墨坩祸；在烧结过程中利用光导纤维红外辐射温度计和铠装热电偶连续测温，并通过智能控温仪与设定程序相比较后，选择执行状态反馈给中频电源，自动控制温度的高低及保温程序；
[0014]4)对烧结完成的电极进行自耗熔炼
[0015]将烧结后的合金电极置于真空自耗炉的水冷铜坩祸中，在真空度不小于0.5Pa的真空环境下进行熔炼，熔炼电流不小于1000A，合金电极逐渐熔化为合金熔液，熔化的合金熔液通过熔融的渣池过程中，合金熔液得到净化，之后合金熔液滴入水冷结晶器中实现快速冷却、结晶，结晶后的铸锭逐渐涨高进行定向凝固，彻底冷却后得到CuCr25铸锭，最后对CuCr25铸锭进行机加工。
[0016]优选的，步骤I)中制备合格Cr粉的步骤为
[0017]a)将金属铬颗粒浸泡在液氮里，同时进行低温振动研磨，时间为6-8小时；
[0018]b)将低温液氮研磨后的金属铬粉用乙醇洗涤两次，每次2?5min，接着在真空烘箱中烘干，最后进行筛分，选出-300?-500目的铬粉粉末；
[0019]c)将-300?-500目的铬粉粉末置入高能球磨机进行球磨，高能球磨机中的磨球为硬质合金球，球料比15: 1，在球磨过程中通入氮气保护，气体流量为12m3/h，转速为500r/min，球磨时间为40小时，最后得到合格的Cr粉。
[0020]在上述任一方案中优选的是，步骤2)中压制的合金棒料尺寸为长度L = 800mm，夕卜径 d = 70mmo
[0021]在上述任一方案中优选的是，步骤3)中合金棒料置于真空烧结炉中，在900°C的温度下烧结90min，得到合金电极。
[0022]在上述任一方案中优选的是，所述步骤4)中完全熔化后的合金熔液温度为1820 ?1880?。
[0023]在上述任一方案中优选的是，所用Cu粉的纯度不小于99.3 %，Cr粉的纯度不小于99.
[0024]本发明是用选取合格的Cu粉和Cr粉按照比例进行混合，冷等静压压制成棒料，经烧结后进行自耗熔炼成合金铸锭。在高温电弧的作用之下，自耗电极快速均匀的发生层状消熔并滴到水冷结晶器底部，配合结晶器外围快速的冷却速率实现CuCr25合金铸锭的凝固，故得到均匀细小的CuCr合金组织。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026]1.通过真空自耗电弧熔炼工艺制备的CuCr25触头材料可以避免熔铸工艺生产CuCr25触头材料因为熔化时坩祸所带入的非金属夹杂物，同时有效的细化了 CuCr25合金的微观组织，降低材料气体含量。
[0027]2.真空自耗电弧熔炼工艺因为选取气体含量低夹杂物少的Cu粉和Cr粉制备出自耗电极，同时自耗电极熔化后在水冷无氧铜结晶器中结晶凝固，避免与其它非金属和污染源接触导致在金相组织中出现夹杂；因为自耗电极在熔化后滴入水冷铜结晶器中进行快速冷却，高的冷却速度抑制了 Cu、Cr相的偏析，实现快速结晶从而细化了铜铬结晶组织。
[0028]3.自耗熔炼过程中在电磁力的作用和炉内真空的双重作用有效的减少了材料中的夹杂物和气体含量，提纯了合金铸锭。
【附图说明】
[0029]图1是本发明方法制得的CuCr25铸锭的边部金相照片；
[0030]图2是本发明方法制得的CuCr25中心的边部金相照片。
【具体实施方式】
[0031]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0032]实施例1
[0033]按照比例Cu(wt%): Cr(wt% ) = 75 (wt) %: 25 (wt) %在混料机中混合 4h，在冷等静压机中180Mpa的压力下压制出长度L = 800mm，外径d = 70的合金棒料随后在真空烧结炉中900°C的温度下烧结90min，随后将烧结后的棒料在真空自耗炉中进行熔炼，为了获得细小的显微组织熔炼电流大小为1000A，熔化后的合金熔液滴入水冷结晶器中实现快速冷却，随后结晶后的铸锭逐渐涨高，自耗电极从上往下逐渐给进变短。
[0034]实施例2
[0035]I)按照CuCr25电触头材