专利名称：一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法
技术领域：
本发明涉及电触头，特别提供了一种低偏析的真空开关用铜铬触头的制备方法。
背景技术：
随着电触头技术的发展和对真空开关使用性能要求的提高，真空开关用电触头材料已经由银基、钨基或其氧化物基发展到铜铬电触头材料。铜铬合金材料具有较高的耐电压强度、较大的开断电流能力和良好的抗融焊性及低截流性能。是目前应用最广泛的真空开关用电触头材料。
目前，国内生产真空开关用电触头材料有如下方法(1)粉末冶金法即将铜粉和铬粉经过混料、压型、真空烧结的工艺先制成坯料，然后再切片复压、复烧制成产品。粉末冶金法的优点是由于采用传统的粉末冶金生产工艺方法，生产过程简便，生产成本较低。但由于采用混粉压型、烧结的方法，混料中组元之间成份不均匀，导致产品中金相组织不均匀，伴有偏析或富集相存在，产品的致密性较低。同时，由于铬粉的气体含量较高(O2、N2)，导致产品的气体含量较高。另外产品性能也不够稳定。该方法现在正逐渐被其它方法所取代。(2)自耗电极法即先将铜铬材料制成自耗电极，再将自耗电极在电弧下熔化，通过快速冷却凝制成触头材料。自耗电极法的优点是所制电触头材料组织致密，晶粒细小，气体含量低、夹杂少，产品性能优良。但因生产设备价格昂贵，工艺复杂、不稳定，生产成本较高，生产效率低，国内还没有进行批量生产。
发明的技术内容本发明的目的在于提供一种真空开关用铜铬触头的制备方法，用该方法所制备的电触头材料组织致密，晶粒细小，气体含量低、夹杂少，产品性能优良，同时所用生产设备较为普遍，工艺简单、稳定，生产成本低，从而可以实现批量生产。
本发明提供了一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法，其特征在于采用真空感应熔炼，直接铸造成片型触头的技术，工艺参数为真空度小于20Pa，待金属铬完全溶化后，再在1600--1900℃，搅拌精炼10-20分钟，控制浇铸温度1600--1700℃。
本发明的技术特点是1采用真空感应熔炼技术，待金属完全熔化后，再在金属铬的熔点附近，甚至稍低的温度进行精炼，使金属铬在熔融的金属铜中溶化，形成假合金；2将浇铸温度控制在较低的水平，由于触头是很薄的片型结构，可以使得所形成的假合金在铸摸中在来不及偏析的情况下迅速冷却，从而制备出了低偏析的铜铬触头。
已有的研究表明，CuCr25比CuCr50的电导率将近提高了一倍，因而电触头允许通过的电流可大幅度通过，但合金中气体含量高了几倍，因而又降低了灭弧效果。若用粉末冶金法生产CuCr合金，要使其电导率合格，气体含量又低，几乎是不可能的。其原因是为了满足合金的电导率，必须降低Cr含量；而Cr含量降低，必须要求更细的Cr颗粒，否则Cr颗粒之间的间距过大，抗弧能力差；而当Cr变细时，由Cr粉带入的氧、氮含量就增高。真空断路器是利用高真空来灭弧的，如果电触头材料气体含量过高，使用过程中会逐步释放出来，便会使真空度降低，灭弧能力也就随之降低，而达不到真正的使用效果。
因此，本发明特别适用于CuCr25电触头的生产，其中，铬的重量含量为20-30％。
本发明具有下述优点1.由于采用感应熔炼加热和铸造技术的方式，金相组织均匀，晶粒细化，产品致密。
2.由于采用真空脱氧的方法，产品的气体含量较低。
3.由于真空感应炉是较为普遍的熔炼设备，工艺控制简单，生产成本低，适合于大批量的工业生产。
图1为熔铸法制备铜铬触头工艺流程；图2为低偏析CuCr25L的典型金相照片(×100)；图3为普通CuCr25(美国西屋公司产品)的典型金相照片(×100)；图4为CuCr50(国产)的典型合金照片(×100)。
具体实施例方式工艺流程如图1所示，先制造出一定尺寸的模壳；然后将铜料块和铬料块装入坩埚中，再将坩埚装入真空感应炉内，在真空度小于20Pa下，加热至熔化，待合金材料熔化后，再在1600--1900℃进行搅拌精炼，10-20分钟，然后浇入模壳中，浇注温度控制在1600--1700℃，冷却便得到一定尺寸的CuCr触头材料，最后机加工成成品。
实施例1按25％的铬配料，在1650±50℃搅拌精炼20分钟，浇铸温度控制在1630±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表1。表2还同时给出了普通CuCr50(国产)和CuCr25(美国西屋公司产品)触头材料的物理及机械性能。
表1 CuCr25L合金材料的物理及机械性能
表2 CuCr50和CuCr25合金比较
由表1和表2对比知低偏析CuCr25L比普通的CuCr25电导率提高了30％，比CuCr50提高一倍多；低偏析的CuCr25L气体含量比普通CuCr25低得多，比CuCr50也低；低偏析CuCr25L的致密性较好，这对提高使用性能很重要；低偏析CuCr25L也克服了CuCr25硬度过低的缺点。
由图2、3、4比较可知低偏析CuCr25L合金中的Cr颗粒分布比较均匀，与粉末冶金法生产的相当，这说明低偏析技术基本上解决了CuCr合金的凝固偏析问题；三种合金的Cr颗粒尺寸差别很大，低偏析CuCr25L的最细，CuCr25较细，CuCr50很粗。
实施例2
按25％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能
实施例3按27％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能
实施例4按23.2％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能
权利要求
1.一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法，其特征在于采用真空感应熔炼，直接铸造成片型触头的技术，工艺参数为真空度小于20Pa，待金属铬完全溶化后，再在1600--1900℃，搅拌精炼10--20分钟，控制浇铸温度1600--1700℃。
2.按照权利要求1所述真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法，其特征在于所述铜铬触头中，铬的重量含量为20-30％。
全文摘要
一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法，其特征在于采用真空感应熔炼，直接铸造成片型触头的技术，工艺参数为真空度小于20Pa，待金属铬完全溶化后，再在1600－1900℃，搅拌精炼10－20分钟，控制浇铸温度1600－1700℃。本发明由于采用感应熔炼加热和铸造技术的方式，金相组织均匀，晶粒细化，产品致密。由于采用真空脱氧的方法，产品的气体含量较低。由于真空感应炉是较为普遍的熔炼设备，工艺控制简单，生产成本低，适合于大批量的工业生产。
文档编号H01H11/04GK1489162SQ0213136
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者郑志, 朱耀霄, 马凯, 刘文礼, 梁殿清, 王柏华, 苗小丹, 郑 志 申请人:中国科学院金属研究所