专利名称：电渣熔铸生产铜铬合金真空开关触头材料的方法
技术领域：
本发明属于合金材料的生产方法，涉及一种用电渣熔铸生产铜铬合金开关触头材料的方法。
电渣熔铸铜铬合金真空开关触头是一种用作分断10KA以上电流的真空电器元件，它要求能在通过较大电流时仍具有正常的开断能力，并且具有耐压、抗熔焊、接触电阻小的性能。在使用中要具有足够的机械强度，良好的导热、导电性能。在正常的开合过程中，没有微粒形成，开断后要表面光滑，没有气体释放。另外还要具有良好的加工性和耐磨损性。现有技术生产真空开关触头材质是采用粉末烧结法，热浸渗法、电弧熔铸法。粉末烧结法和热浸渗法对于原材料的纯度有极高的要求，并且必须在真空或保护气氛下进行。由于原材料中不可避免的要含有部分杂质，特别是氧化物，如金属铬中常含有Al2O3及Al2O3与Cr2O3的混合物等，在采用粉末烧结法和热浸渗法生产铜铬合金时，不能得到去除，这样会影响真空开关触头分断电流与电压的能力。另外浸渗法采用的金属铬粉颗粒较大，影响真空开关的性能。而电弧法虽在一定程度上克服了上述二种方法的缺点，但由于其熔化铜铬合金的温度在2000℃以上，已超过了金属铬的熔点，使得金属铬的颗粒全部熔化，并在高温液态下与铜形成固溶体，而这种铜—铬固溶体在凝固过程中，铬又从铜—铬固溶体合金液中析出，形成粗大的枝晶，从而会直接影响触头材料的性能。因此，电弧熔铸法常需进一步锻造来消除枝晶的危害作用。
本发明的目的是克服上述几种方法的缺点，提供一种能有效的避免金属铬以枝晶的形式析出，并能去除夹杂物，从而提高铬—铜合金触头材料性能的电渣熔铸法。
为达到上述目的，本发明采用熔渣作为发热元件，先把铜、铬粉末按一定的比例混合。这里所说的比例是指在混合材料中，铬含量在25％～70％(重量比)。混合材料按这个比例制成电极棒放入电渣炉内，电极温度控制在1300℃-2000℃，电极棒在这个温度下熔化；在铜铬合金液通过渣池的过程中，其间的氧化物被作为发热元件的熔渣所捕获而得到净化，成为炉渣的一部分；而在这样的熔铸温度下，铜铬合金中的金属铬并不完全熔化，而主要以颗粒的形态存在。熔化后的铜包覆着金属铬颗粒形成混合液，经过渣池后进入结晶器的凝固区，冷却后成为铜铬合金触头材料。
本发明的优点是可以清除原料中的氧化夹杂物，避免金属铬以枝晶的形式析出，所得到组织均匀一致，无分层，无缩孔，无孔隙。
用本法生产铜铬合金触头材料，首先要在电渣炉中放入电极棒，所说的电极棒即是要制取的铜铬合金触头原料。电极棒的制作，可采取下列方法之一1、先烧结金属铬粉使其成为骨架，然后向其中浸渗铜液。
2，烧结铜铬合金粉末，制成电极棒；3、在铜管内填充金属铬粉与铜粉的混合物；4、在铜棒上钻孔或开槽填入金属铬粉制成电极棒。
在生产过程中，为了防止金属的氧化，可以在真空条件下进行，也可以在惰性气体保护下进行。熔渣采用无机化合物，其组成可以是单一化合物，也可以是多元化合物，也可以是二者的混合物，如GaF2、NaF等。炉内温度控制在1300℃-2000℃。
操作时，首先将用上述方法之一制成的电极棒放入电渣炉中通电，炉温达到1300℃-2000℃之间，在这样的温度下电极棒中的铜金属熔化，而铬金属虽然表面有熔化，但仍以颗粒的形态存在于铜液的包覆之中，与铜液一起通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后成为均匀分布的铜铬合金触头材料。
由于在渣炉中主要采用熔渣作为发热材料，这样熔渣的温度可超过铜的熔点200℃-900℃，但没有达到金属铬全部熔化的温度，在这样的条件下，金属铬即使开始熔化也没有时间达到完全熔化，这样，金属铬在渣池中主要以颗粒的形态存在于基体中。
在铜铬合金混合液通过渣池的过程中，混合液中的氧化夹杂物等会被渣池中的熔渣捕获而得到净化。成为熔渣的一部分。从而避免了烧结法、浸渗法中夹杂物难以去除而影响合金触头材料性能的弊病。
在电渣熔铸铜铬合金真空开关触头材料的过程中，为了防止金属氧化，可采用真空电渣熔铸或采用惰性气体保护的方法，如向电渣炉中充氢气、氦气等。同时，为了提高气相还原能力，也可在充惰性气体的同时充入氢气或一氧化碳气体。本方法所采用的熔渣为无机化合物，主要是氟化物，如CaF2，NaF，MgF2等，也可以加入其它的一些能改善其性能的化合物，如MgO、Al2O3、CaO等。
实施例1取铜粉和铬粉各占总重量的50％，在200-300巴下压制成直径为80mm，长1000mm的锭，然后在950℃的真空条件下烧结成为电极棒放入电渣炉中，熔渣采用CaF2与NaF的混合物，比例为CaF2∶NaF＝8∶2；电压30v，电流采用2000A，向电渣炉中充入氩气和氢气作为保护气体，当然也可以在真空条件下操作。控制电极在1300℃-2000℃的范围内，铜铬合金混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后的合金即为所需的铜铬合金触头材料。
实施例2采用高纯无氧铜管，在铜管内加入铜粉和铬粉的混合物，其铜铬重量比例按5∶5，这个比例中铜的部分包括铜管中的铜金属在内。将铜管内的铜铬混合粉捣实，封闭两端，放入加热炉中，加热炉抽成真空或在惰性气体保护下，在950℃下烧结。最后将烧结体作为电极棒放入渣炉内，炉温在1500℃左右，充入氦气和一氧化碳气体，也可在真空条件下操作。熔化后的铜铬混合液通过渣池进入结晶器的凝固区，冷却后即为合金触头材料。
实施例3采用高纯无氧铜管和铜线，将铜线放入铜管之中，然后充入金属铬粉，铜铬比例按合金触头所要求的成分而定。为了促进电极的烧结，可在金属铬粉中加入少量的铜粉，先在烧结炉中于950℃、在真空条件下烧结成电极棒，然后将电极棒放入电渣炉内，炉内抽真空或充氩气和一氧化碳气体。在1300℃～2000℃区段内操作，熔化后的铜铬合金液通过熔渣进入结晶器的凝固区冷却即可。
权利要求
1.一种用电渣熔铸生产铜铬合金真空开关触头材料的方法，其特征在于；首先将铜金属和铬金属材料，按照铬含量为25％～70％的比例制成电极棒，放入电渣炉内，控制铜铬合金电极棒在1300℃-2000℃范围内，铜铬合金电极棒熔化后形成合金液，经过渣池进入结晶器的凝固区；在合金液中，金属铬以颗粒形式存在。
2.根据权利要求1所说的方法其特征在于，电渣炉所采用的熔渣为无机化合物。
3.根据权利要求1所说的方法其特征是在真空或惰性气体保护条件下操作。
4.根据权利要求1所说的方法，其特征在于，所说的电极棒是挤压铜铬合金粉末而成。
5.根据权利要求1所说的方法，其特征在于，其电极棒采用烧结铜铬合合金粉末而成。
6.根据权利要求1所说的方法，其特征在于所说的电极棒是先烧结金属铬粉形成骨架，然后向其中浸渗铜液而成。
7.根据权利要求1所说的方法，其特征在于电极棒采用在铜管中间填入金属铬粉制成。
8.根据权利要求1或3所说的方法，其特征在于，在采用惰性气体保护时，在气体中加入一氧化碳或氢气作为还原剂。
全文摘要
本发明公开了一种用电渣熔铸生产铜铬合金真空开关触头材料的方法。特点是将铜金属和铬金属制成电极棒,放入电渣炉内,利用熔渣作为发热元件。原料中的氧化物在随铜铬合金混合液通过渣池的过程中被炉渣捕获,所以可清除原料中的氧化物。用本法得到的合金材料,组织均匀一致,无分孔,无缩孔,无孔隙。
文档编号C22C9/00GK1186318SQ96114678
公开日1998年7月1日 申请日期1996年12月27日 优先权日1996年12月27日
发明者贾天敏, 李风义, 东玉方 申请人:辽宁工学院