一种WCu-CeO₂触头材料的制备方法

专利名称：：一种WCu-CeO₂触头材料的制备方法
技术领域：
：本发明属于金属材料制备
技术领域：
，具体涉及一种WCu-Ce02触头材料的制备方法。技术背景高压电器开关的触头材料大量采用的是钨铜材料。在WCu合金中，高熔点W形成难熔的骨架，使材料具有抗电弧、耐磨损及耐高温的性能，而低熔点的Cu具有优良的导电、导热性和良好的塑性。在燃弧状态下，低熔点的Cu被熔化，由于毛细管作用，被吸附在W骨架的毛细孔中，即使局部温度很高，材料也不至产生熔焊和飞溅。因此，WCu合金具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性能和高强度、高硬度等优点。随着电压等级的提高，对触头材料耐电弧烧蚀的能力提出更高的要求。如果在WCu合金以钨为基，掺入一些电子逸出功低的稀土金属氧化物，它们弥散存在于钨基体中，既起弥散强化作用，又能分散电弧的运动，减少电，触头材料的temM^^^CiL^miUI^蚀性能和电弧稳定性。
发明内容本发明的目的在于提供一种WCu-Ce02触头材料的制备方法，该方法在在现有的钨铜合金触头材料中添加稀土金属氧化物，使触头材料的综合性能得到提高。本发明所采用的技术方案是，WCu-Ce02触头材料的制备方法，在WCu合金触头材料中添加W03和Cu粉总重量的0.2%1%的Ce02，具体按以下步骤进行步骤l、根据Ce02的添加质量换算、称取Ce(N03)4，配置成Ce(N03)4水溶液，将该Ce(N03)4溶液添加到W03粉和Cu粉中，搅拌至浆状后在20(TC40(TC温度下干燥，得到混合粉末；步骤2、将上步干燥后的粉末在温度为40(TC60(TC进行裂解35小时，使Ce(N03)4裂解为Ce02，得到W03-CuO-Ce02混合粉末；步骤3、将上步得到的W03-CuO-Ce02混合粉末置于气氛保护炉中，分别在400°C600°C和850°C1000°C下用氢气还原24小时，氢气流量分别为0.081/min和0.121/min，得到W-Cu-Ce02复合粉末;步骤4、将上步得到的W-Cu-Ce02复合粉末压坯、在1000。C1200。C温度下烧结1小时、在120(TC140(TC温度下熔渗铜14小时，即制得WCu-Ce02触头材料。本发明的方法，由于在现有的钨铜合金触头材料中加入了Ce02，使Ce02弥散存在于钨基体中，起到了弥散强化的作用，提高了WCu稀土合金的高温强度、再结晶温度和高温蠕变性能，使得到的触头材料具有优良的抗电弧烧蚀性能及良好的电弧稳定性。图1是本发明制备方法的工艺流程图；图2，a是本发明方法得到的添加W+Cu粉重量的0.5%Ce02的材料显微组织照片，b是本发明方法得到的添加W+Cu粉重量的1%Ce02的材料显微组织照片；图3，a是没有添加Ce02的材料试样电击穿图片，b是本发明方法得到的添加W+Cu粉重量的0.5%Ce02的材料试样电击穿图片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明提供的WCu-Ce02触头材料的制备方法，是在现有常规使用的WCu合金触头材料中添加稀土金属氧化物Ce02，并控制Ce02的添加量为W粉和Cu粉总重量的0.2%1%，而且，Ce02的添加不采用直接添加Ce02粉末的方法，而是采用添加Ce(N03)4，使Ce(N03)4裂解得到Ce02，该方法使Ce02在钨基体中弥散得更充分，提高了强化的作用。参照图l，具体按以下步骤进行步骤1、根据Ce02的添加质量换算、称取Ce(N03)4，配置成浓度为10%30%的Ce(N03)4水溶液，将该Ce(NOs)4溶液添加到W03粉和Cu粉中，以100r/min的搅拌速度搅拌30min至浆状后，在20(TC40(TC温度下干燥，得到混合粉末；步骤2、将上步干燥后的粉末在温度为40(TC60(TC进行裂解35小时，使Ce(N03)4裂解为Ce02，得到W03-CuO-Ce02混合粉末；步骤3、将上步得到的W03-CuO-Ce02混合粉末置于气氛保护炉中，分别在400。C600。C和850°C1000°C下用氢气还原24小时，使W03被还原为W02，再被还原为W，CuO被还原为Cu，—得到W-Cu-CeQiJ^1^步骤4、将上步得到的W-Cu-Ce02复合粉末压坯、在1000'C120(TC温度下烧结1小时、在1200。C140(TC温度下熔渗铜14小时，即制得WCu-Ce02触头材料。实施例1取57gW03和5gCu粉，再取Ce(N03)4颗粒0.22g(按57gW03+5gCu粉总重量的0.2%的Ce02称取)，将Ce(N03)4配置成浓度为10%Ce(NO3)4溶液添加到W03+Cu粉末中，以100r/min的搅拌速度搅拌30min后在200°C干燥，干燥后的粉末在40(TC进行裂解3小时，使Ce(N03)4裂解为Ce02，制得W03-CuO-Ce02混合粉末，将混合粉末置于气氛保护炉中，分别在400°C和850°C下用氢气还原2小时，使W03被还原为W02，再被还原为W，CuO还原为Cu，氢气流量分别为0.081/min和0.121/min，得到W-Cu-Ce02复合粉末，将还原后的混合粉末采用常规的粉末冶金方法压制成型，IOO(TC烧结1小时，然后在130(TC熔渗铜2小时，即制得WCu-Ce02触头材料。实施例2取57gW03和5gCu粉，再取Ce(N03)4颗粒U2g(按57gW03+5gCu粉总重量的0.5%的Ce02称取)，将Ce(N03)4配置成浓度为20%Ce(NO3)4溶液添加到W03+Cu粉末中，以100r/min的搅拌速度搅拌30min后在300°C干燥，干燥后的粉末在50(TC进行裂解4小时，使Ce(N03)4裂解为Ce02，制得W03-CuO-Ce02混合粉末，将混合粉末置于气氛保护炉中，分别在500°C和900°C下用氢气还原3小时，使W03被还原为W02，再被还原为W，CuO还原为Cu，氢气流量分别为0.081/min和0.121/min，得到W-Cu-Ce02复合粉末，将还原后的混合粉末采用常规的粉末冶金方法成型，110(TC烧结1小时，然后在120(TC熔渗铜3小时，即制得WCu-CeO，触头材料。其显微组织结构如图2a所示，图3显示的是电击穿图片，3a为传统CuW合金的电弧烧蚀边缘形貌，3b为添加CeCb的CuW合金的电弧烧蚀边缘形貌。从图3a可以看出，CuW合金的电击穿发生在富铜区域，真空电弧在富铜区域聚集，会在此发生严重的局部熔化，引起Cu液的严重飞溅。从图3b可以看出，电弧击穿不在发生在富铜区域，而是发生在逸出功更低的Ce02上，Ce02的存在减少了电弧的集中烧蚀，从而提高了触头材料耐电弧烧蚀的能力。实施例3取57gWOs和5gCu粉，再取Ce(N03)4颗粒0.25g(按57gW03+5gCu粉总重量的1%的Ce02称取)，将Ce(NC)3)4配置成浓度为30。/。Ce(N03)4溶液添加到W03+Cu粉末中，以100r/min的搅拌速度搅拌30min后在40(TC干燥，干，后的粉末在60(TC进行裂解5小时，使Ce(N03)4裂解为Ce02，制得W03-CuO-Ce02混合粉末，将混合粉末置于气氛保护炉中，分别在60(fC和1000°C下用氢气还原4小时，使W03被还原为W02，再被还原为W，CuO还原为Cu，氢气流量分别为0.081/min和0.121/min，得到W-Cu-Ce02复合粉末，将还原后的混合粉末采用常规的粉末冶金方法压制成型，1200°C烧结1小时，然后在140(TC熔渗4小时，即制得WCu-Ce02触头材料。其显微组织照片如图2b所示。图2为不同含量Ce02的CuW合金在光学显微镜下的组织，其中灰色相为W，亮白色相为Cu，深色颗粒是添加的Ce02相。由图2可知，所有的材料都有晶界，在晶界处弥散分布着Ce02。随着Ce02的添加量的增加，CnW合金组织中Cu相的分布趋于均匀和分散，富铜区域减小。本发明方法制备的WCu-Ce02复合材料与W-Cu复合材料的性能mA表1所示。表1W-Cu和W-0.5CeO2-Cu复合材料的性能对比材料名称硬度，HB电导率，密度耐电压击穿强%<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>W-Cu1974414.09409.53x10'W-0.5CeO2-Cu2034414.6410l.Olxl,O8从上表可以看出，本发明方法制备的WCu-Ce02触头材料的硬度、电导率、密度和耐电压击穿强度都得到提高，具有优良的抗电弧烧蚀性能。权利要求1.一种WCu-CeO2触头材料的制备方法，在WCu合金触头材料中添加WO3和Cu粉总重量的0.2％～1％的CeO2，其特征在于，具体按以下步骤进行步骤1、根据CeO2的添加质量换算、称取Ce(NO3)4，配置成Ce(NO3)4水溶液，将该Ce(NO3)4溶液添加到WO3粉和Cu粉中，搅拌至浆状后在200℃～400℃温度下干燥，得到混合粉末；步骤2、将上步干燥后的粉末在温度为400℃～600℃进行裂解3～5小时，使Ce(NO3)4裂解为CeO2，得到WO3-CuO-CeO2混合粉末；步骤3、将上步得到的WO3-CuO-CeO2混合粉末置于气氛保护炉中，分别在400℃～600℃和850℃～1000℃下用氢气还原2～4小时，氢气流量分别为0.08l/min和0.12l/min，得到W-Cu-CeO2复合粉末；步骤4、将上步得到的W-Cu-CeO2复合粉末压坯、在1000℃～1200℃温度下烧结1小时、在1200℃～1400℃温度下熔渗铜1～4小时，即制得WCu-CeO2触头材料。2.按照权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ce(N03)4水溶液的浓度为10%30%。全文摘要本发明公开的一种WCu-CeO₂触头材料的制备方法，在WCu合金触头材料中添加WO₃粉和Cu粉总重量为0.2％～1％的CeO₂，根据CeO₂的添加质量换算、称取Ce(NO₃)₄，配置成Ce(NO₃)₄水溶液，将该Ce(NO₃)₄溶液添加到W粉和Cu粉中，搅拌至浆状后，经干燥、Ce(NO₃)₄裂解、WO₃、CuO还原等工艺得到W-Cu-CeO₂复合粉末；将该复合粉末经压坯、烧结、熔渗铜后即制得WCu-CeO₂触头材料。本发明方法制备得到的WCu-CeO₂触头材料具有优良的抗电弧烧蚀性能及良好的电弧稳定性。文档编号H01H11/04GK101261905SQ200810017440公开日2008年9月10日申请日期2008年1月30日优先权日2008年1月30日发明者梁淑华,王玲玲,范志康,邹军涛申请人:西安理工大学