一种制备细晶CuCr合金的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料制备技术领域，特别涉及一种制备细晶CuCr合金的方法。
【背景技术】
[0002]电触头是电器开关仪器仪表等的接触元件，负担着接通、断开电路及负载电流的任务，因此，它的性能直接影响着开关电器的可靠运行。CuCr合金作为触头材料的发明是电力真空开关发展史上的重要突破，它极大地提高了真空开关的性能，经过数十年的持续研宄和发展，CuCr合金已经基本取代了其它材料，成为中低压大电流真空开关的首选材料并逐渐向高电压、大容量、低截流、小型化方向发展，因此对CuCr触头材料的性能提出了更高的要求。
[0003]目前，CuCr触头材料以CuCr50合金和CuCr25合金为主，生产工艺技术一直停留在原基础上，即浸渗法、混粉烧结法和真空熔炼法，没有太大更新。浸渗法以生产CuCr50合金触头材料为主，生产时的成品坯料长度仅占原始铬粉骨架结构长度的1/2左右，由于铜和铬的熔点相差很大、相互之间界面浸润性不好，熔渗法材料心部往往有缩孔及熔渗缺陷且晶粒较大；混粉法孔隙度高达3°/『5%，致密度低，这些缺点严重降低了材料的性能及产品的使用寿命；真空熔炼法虽然能制备出晶粒较小的CuCr合金材料，但制备出的CuCr25特征组织为铬枝晶，不利于耐电压强度的进一步提高。CuCr触头材料的微观结构对其宏观性能有重要的影响，触头材料的电性能，如抗熔焊性、耐电弧烧蚀和耐压能力不仅和组成触头材料的成份有关，而且和组成材料晶粒的大小有关，铬颗粒尺寸尽可能细小且在触头表面均匀分布，以避免当大功率真空断路开关开断时电弧能量过于集中在铬颗粒尺寸较大或偏聚的部位，导致触头表面被烧蚀而影响其导电性能。而熔渗法与混粉烧结法生产的最终触头产品中铬颗粒尺寸平均在70~180 μ m左右，就现有技术而言，要实现CuCr触头材料中铬颗粒的超级细化还很困难。
【发明内容】
[0004]针对现有CuCr电触头材料在制备性能上的问题，本发明提供一种制备细晶CuCr合金的方法，先制备出亚微米级细小的CuCr复合粉后再经压力加工制成压坯，最后经过液相烧结制得成分分布均匀且铬颗粒细小的CuCr合金。本发明方法制得的CuCr合金中铬颗粒细小，作为电触头材料使用时可避免当大功率真空断路开关开断时电弧能量过于集中在铬颗粒尺寸较大或偏聚的部位，从而避免触头表面被烧蚀而影响其导电性能。此外，本发明方法通过控制细晶复合粉成分比例来调节CuCr合金中铬的质量百分含量在10?50%。本发明方法采用的真空液相烧结相比传统固相烧结可大幅度的缩短时间，改善触头材料的综合性能，并且本发明方法适用范围广，制得的电触头材料满足GBT- 26867标准。本发明的技术方案如下:
一种制备细晶CuCr合金的方法，按照以下工艺步骤进行:
(I)制备细晶CuCr合金材料:方法一:将无氧铜块与铬块按照质量比为1:1?9:1放入底部带喷嘴的坩祸，感应加热使铜块与铬块熔化互溶，经氩气加压将熔融液体喷出经过铜辊转动急冷甩带，其中铜辊转速为1000?7000r/min，得到薄片带状细晶CuCr合金材料；
方法二:将无氧铜块与铬块按照质量比为1:1?9:1放入底部带喷嘴的坩祸，感应加热使铜块与铬块熔化互溶，经氩气加压将熔融液体喷出经过水冷旋转盘离心雾化，其中旋转盘转速为1000?7000r/min，得到颗粒状细晶CuCr合金材料；
(2)细化细晶CuCr合金材料:将薄片带状或颗粒状细晶CuCr合金材料在氩气保护下采用高能球磨机进行球磨，其中球磨球和合金材料的质量比为10:1?3:1，得到粒径分布均匀的细晶复合CuCr合金粉；
(3)压坯成型:将细晶复合CuCr合金粉装入模具压块制成压坯，压力为3?60t;
(4)压坯烧结:将压坯装入石墨干锅，放入真空烧结炉进行烧结，其中真空度为1X10_4?9X 10_3Pa，温度为1100?1500°C，进行液相烧结并保温0.5?3h后随炉冷却，得到本发明的细晶CuCr合金。
[0005]所述无氧铜块的纯度为99.9%，络块的纯度为99.9%。
[0006]所述氩气为高纯氩气，纯度为99.99%ο
[0007]所述球磨球的直径为3?10mm。
[0008]所述细晶CuCr合金中铬颗粒粒径大小为0.5~10 μm，铬的重量百分比为10?50%，表面硬度为 65-162 HV,电导率为 26.0-80.8% IACS。
[0009]本发明的有益效果如下:
1、铜辊急冷甩带和水冷旋转盘离心雾化法制备出的细晶复合CuCr合金粉中铬颗粒形状为球形或近球形，表面粘连少，且粒度分布范围窄，成分均匀；此外，这两种方法制备出的细晶复合CuCr合金粉收率尚，含氧量低，可提尚广品性能。
[0010]2、采用细晶复合CuCr合金粉制备的细晶CuCr合金微观组织细小均匀，所得合金中络颗粒粒径大小为0.5—10 μ m，析出的络相均勾分布在铜基体上，有利于后续制备尚性能CuCr合金触头材料。
[0011]3、采用本发明制备CuCr合金，可依靠调整特殊的成型工艺及烧结制度来调节合金中铬的含量。
[0012]4、本发明制备的CuCr合金表面硬度为65~162 HV、电导率为26.0~80.8% IACS，较现有同等铬含量的CuCr合金均有显著增加，在电触头材料的应用上具有更优异的效果。
[0013]5、本发明对设备投资少，成本低，操作简单，控制方便，易于实现工业化。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1制备的CuCr50薄片带状细晶CuCr合金材料扫描电镜图；图2为本发明实施例2制备的CuCr25薄片带状细晶CuCr合金材料扫描电镜图；
图3为图2的CuCr25薄片带状细晶CuCr合金材料的局部放大扫描电镜图；
图4为本发明实施例2制备的细晶CuCr25合金扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0015]本发明实施采用的铜辊急冷甩带设备为WK-3高真空金属制备系统。
[0016]本发明实施采用的水冷旋转盘离心设备为YX-1真空金属粉末制备系统。
[0017]本发明实施采用的高能球磨机为SPEX SamplePrep 8000M Mixer/Mill型机械球磨机。
[0018]本发明实施采用的压机设备为769YP-150F粉末压片机。
[0019]本发明实施采用的真空烧结炉型号为VQS-310。
[0020]实施例1
制备铬的重量百分比为50%的CuCr合金，工艺步骤如下:
(1)制备细晶CuCr合金材料:将无氧铜块与铬块按照质量比为1:1放入底部带喷嘴的坩祸，感应加热使铜块与铬块熔化互溶，经氩气加压将熔融液体喷出经过铜辊转动急冷甩带，其中铜辊转速为1000r/min，得到薄片带状细晶CuCr合金材料；如图1所示，其中铬颗粒粒径大小为0.1~1 μ m ；
(2)细化细晶CuCr合金材料:将薄片带状细晶CuCr合金材料在氩气保护下采用高能球磨机进行球磨，其中球磨球和合金材料的质量比为10:1，得到粒径分布均匀的细晶复合CuCr合金粉；
(3)压坯成型:将细晶复合CuCr合金粉装入模具压块制成压坯，压力为3t;
(4)压坯烧结:将压坯装入石墨干锅，放入真空烧结炉进行烧结，其中真空度为1X10_4?9 X 10_3Pa，温度为I100C，进行液相烧结并保温0.5h后随炉冷却，得到本实施例的CuCr
I=IO
[0021]本实施例的CuCr50合金密度为8.01g/cm3，硬度为140HV，