專利名稱：：一種制備TiC/CuW合金觸頭材料的方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于材料制備
技術領域：
，涉及一種制備TiC/CuW合金觸頭材料的方法。
背景技術：
：CuW合金應用于高壓開關中作觸頭材料，隨著高壓開關向超特高電壓、大容量方向發(fā)展，對CuW材料的性能提出了更高的要求，需要研制和開發(fā)新型的性能更為優(yōu)異的CuW觸頭材料。CuW合金觸頭在工作過程中，由于高壓電弧的作用，觸頭表面發(fā)生加熱、熔化、氣化、流動、凝固等物理冶金過程，導致觸頭表面產(chǎn)生軟化、噴濺、流動、裂紋等現(xiàn)象。因此，要求CuW觸頭材料除了具有良好的機械物理性能外，還應具有分散電弧的特性以減輕電弧的燒蝕性。TiC陶瓷相具有比Cu、W較低的逸出功，因此在電擊穿過程中可作為首先發(fā)射電子的部位，TiC顆粒在CuW組織中的彌散分布能起到分散電弧的作用。另一方面，在高溫電弧作用下，由于銅相的熔化和揮發(fā)，材料強度則主要取決于鋝骨架的高溫強度。但鎢高溫強度隨溫度上升而顯著下降，在100(TC時的強度只有室溫強度的20%40%。鎢中添加少量的TiC相顆粒進行彌散強化，可以提高鎢骨架的高溫強度，因此研制TiC/CuW合金觸頭材料成為一種可行方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種制備TiC/CuW合金觸頭材料的方法，該方法制備的含TiC的CuW觸頭材料在真空電擊穿過程中，真空電弧在該材料表面得到有效分散，提高了CuW觸頭材料的耐燒蝕性。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種制備TiC/CuW合金觸頭材料的方法，該方法按以下步驟進行，a、按照質(zhì)量比為1:0.5%1.5%的比例分別稱取鎢粉和TiC粉，將稱取的鎢粉和TiC粉放入混料罐中；b、按鎢粉、TiC粉總質(zhì)量的5%8。%稱取誘導銅粉，將誘導銅粉添加到步驟a的混料罐中，-c、在步驟b的混料罐中加入有機溶劑工業(yè)乙醇，工業(yè)乙醇的添加量以使粉末有濕潤感即可，再按鎢粉、TiC粉、銅粉總質(zhì)量的23倍加入非等徑磨球進行混料，混料時間為57小時，得到混合料；d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，以340士20MPa的壓力模壓成鉤壓坯；e、將熔滲金屬銅塊與步驟d得到的鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先對鎢壓坯骨架進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C960°C，燒結(jié)時間為1.52小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C1400°C，熔滲時間為1.52小時即成。本發(fā)明采用熔滲法制備添加TiC相的CuW材料，由于電弧得到有效分散，從而提高了CuW觸頭材料的耐電弧燒蝕性能；同時CuW觸頭材料還具有較高的電導率、硬度。另外，本發(fā)明的方法工藝簡單，易于控制。圖1為CuW合金和本發(fā)明的的方法制備得到的含TiC的CuW合金的電導率對比圖2是現(xiàn)有的CuW合金的SEM顯微組織照片；圖3是用本發(fā)明的方法制備得到的含1.2%TiC的CuW合金的SEM顯微組織照片；圖4是現(xiàn)有的CuW合金進行50次電擊穿后的SEM燒蝕形貌；圖5是用本發(fā)明的方法制備得到的含1.2%TiC的CuW合金進行50次電擊穿后的燒蝕形貌；圖6是現(xiàn)有的CuW合金進行首次電擊穿后的SEM組織照片；圖7是用本發(fā)明的方法制備得到的含1.2%TiC的CuW合金進行首次電擊穿后的SEM組織照片。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明制備TiC\CuW合金觸頭材料的方法，采用熔滲法來制造含TiC的CuW合金，該方法按以下步驟進行，a、按照質(zhì)量比為1:0.5。/。1.5。/。的比例分別稱取鎢粉和TiC粉，將鎢粉和TiC粉放入混料罐中。b、在混料罐中，按鉤粉、TiC粉總質(zhì)量的5%8%添加誘導銅粉。誘導銅粉的添加，一方面可以改善脆性粉末的成形性，使鎢壓坯(生坯)中.孔隙分布比較均勻；另一方面，在后續(xù)的熔滲過程中，鎢壓坯多孔骨架中的誘導銅粉先熔化，在骨架內(nèi)部形成連通孔隙，將待熔滲的金屬液"誘"進骨架，這種內(nèi)外金屬液瑢合為一體的驅(qū)動力將有利于熔滲過程的進行，從而提高材料的致密度。c、在混料罐中加入少量易揮發(fā)的有機溶劑工業(yè)乙醇，使粉末有濕潤感即可。這樣做是為了提高粉末的流動性，降低不同元素粉料之間因密度不同而產(chǎn)生重力分離現(xiàn)象。為了使混和料進一步均勻化，按鎢粉、TiC粉、銅,總質(zhì)量的23倍加入非等徑磨球進行混料，磨球直徑分別為8mm和4mm，兩種磨球的質(zhì)量比為1:1.41.6。混料時間控制在57小時，得到混合料。其中混粉時將TiC粉末添加在W粉中，硬質(zhì)陶瓷相TiC顆粒易于在W粉,中分布均勻。d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，在315噸的液壓機上，以340土20MPa的壓力模壓成鎢壓坯。e、將熔滲金屬銅塊與鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)及熔滲。先對鎢壓坯骨架進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900°C960°C,燒結(jié)時間為L52小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C1400°C，熔滲時間為1.52小時。其中在燒結(jié)骨架時TiC具有良好的高溫穩(wěn)定性，在燒結(jié)溫度下既不會分解，也不會與燒結(jié)氣氛、銅和鎢發(fā)生化學反應或溶解。它們彌散均勻地分布在鎢顆粒間，減少了W顆粒間接觸的幾率，所以在高溫長時間燒結(jié)骨架過程中，可以有效地抑制W顆粒聚集長大而形成的孤立孔隙；使鎢壓坯骨架具有分布均勻且相互貫通的開孔孔隙。在銅的熔化溫度以下燒結(jié)1.52小時，可使W顆粒之間充分地形成燒結(jié)頸，使W骨架具有一定的強度，避免在后續(xù)熔滲過程中出現(xiàn)骨架坍塌現(xiàn)象。同時，由于TiC的添加W骨架孔隙的相互貫通空伺結(jié)構(gòu)更為合理，所以在后續(xù)的熔滲過程中，熔滲過程中W骨架對銅液的虹吸作用更強，銅液可順利地滲入，避免了由于骨架閉孔而產(chǎn)生的孔隙缺陷。實施例按照上述的制備方法，選用下述表l中的有關工藝參數(shù)，來制備含TiC的CuW合金，十二個實施例的配比含量如表1所示，十二個實施例的工藝參數(shù)如表2所示。表1十二個實施例的配比含量及工藝參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2十二個實施例的工藝控制參數(shù)表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>將上述的十二個實施例制備得到的含TiC的CuW合金材料，在TDR-40A單晶爐內(nèi)進行真空電擊穿實驗，TiC-CuW材料表面經(jīng)拋光成鏡面后裝入真空室內(nèi)作為陰極，用直徑為cp3的針尖狀純W棒作為陽極，兩極間施加電壓8kV的直流電壓，使陰極試樣以0.2mm/min的速度緩慢地接近陽極，直至兩極間發(fā)生電擊穿。每次擊穿之后，拉大陰極與陽極之間的距離；重復上述過程，每個試樣測試50次，觀察進行50次真空擊穿后的電弧燒蝕形貌，試驗證明，實施例的試樣全部實現(xiàn)了電弧的有效分散。下面僅通過實施例4所制備的含1.2%TiC的CuW合金與現(xiàn)有CuW合金的有關性能照片進行對比，說明本發(fā)明方法制備出的含TiC的CuW合金抗電弧燒蝕方面的優(yōu)勢圖1為CuW合金和本發(fā)明的的方法制備得到的含TiC的CuW合金的電導率對比圖，硬度隨TiC含量的變化曲線，可以看出，當TiC添加量為L2y。時，TiC/CuW材料的硬度和電導率分別達到最佳值HB224，46.6%(IACS%)，與現(xiàn)有的CuW合金相比，在電導率沒有任何損失的情況下，而硬度值提高了6%，滿足了作為電觸頭材料在靜態(tài)使用條件下對電導率，硬度的要求。圖2所示為OxW合金的SEM顯微組織掃描電鏡照片，其中亮灰色顆粒為W，深色連續(xù)相為Cu;圖3所示為用本發(fā)明的方法制備的含L2。/。TiC的CuW合金SEM顯微組織照片，配合能譜分析得知黑色顆粒為TiC相。從圖3中可以看出，TiC顆粒均勻地分布于鎢顆粒的邊界上，在此區(qū)域鎢顆粒大小分布較為均勻，尺寸較小，且此區(qū)域滲入的銅相也相對分散，沒有較大的富銅區(qū)；Cu相沿W相邊界連續(xù)地且較為均勻地包裹著W相。通過對圖2和圖3對比可以發(fā)現(xiàn)，添加TiC后CuW合金組織中的W顆粒發(fā)生聚集長大現(xiàn)象減少，且富銅區(qū)較小。圖4是現(xiàn)有的CuW合金進行50次電擊穿后的SEM燒蝕形貌；圖5是用本發(fā)明的方法制備得到的含1.2n/。TiC的CuW合金進行50次電擊穿后的燒蝕形貌?？梢钥闯?，圖4中正對陽極鎢針處的區(qū)域燒蝕較為嚴重，此處的原始顯微組織己變得粗糙和模糊。與圖4相比，添加TiC的CuW合金(如圖5所示)正對陽極鎢針處燒蝕情況較輕微，燒蝕表面總體上比較平坦，且集中燒蝕面積較小。同時還發(fā)現(xiàn)，添加1.2。/。TiC的CuW材料的擊穿邊緣淺燒蝕坑分布的區(qū)域較大，表明電弧有向周圍無規(guī)則運動的趨勢，電弧有一定程度的分散。圖6是現(xiàn)有的CuW合金進行首次電擊穿后的SEM組織照片；圖7是用本發(fā)明的方法制備得到的含1.2%TiC的CuW合金進行首次電擊穿后的SEM組織照片。從圖6中可以看出，CuW合金表面電擊穿主要發(fā)生在富銅區(qū)域，產(chǎn)生了大片銅液的激烈噴濺，擊穿坑較大，熔化飛濺出的銅液沉積在材料表面凝固后，形成圖中亮白色的凸起顆粒(10pm左右)。在圖7中，在沒有TiC相存在的富銅區(qū)域，電擊穿主要發(fā)生在富銅區(qū)域或是與Cu/W相界面上。但由于富Cu區(qū)較小，在電弧的作用下，銅相的噴濺比較小。在有TiC相存在的富銅區(qū)域(圖7中箭頭所示區(qū)域)，電擊穿首先發(fā)生在Cu/TiC的相界面上；而且該區(qū)域擊穿坑較淺，銅相的飛濺小。同時還可以看出，電弧作用下銅相蒸發(fā)后在試樣表面凝聚成小液滴(lpm左右)，形成圖7中所示的白.色模糊狀小亮點?？梢?，用本發(fā)明的方法制備得到的含TiC的CuW合金，具有較高的電導率、硬度；同時顯微組織中W顆粒尺寸保持原始尺寸，TiC相彌散分布在W骨架中，Cu、W分布更為均勻；由于電弧得到有效分散，電弧對材料的侵蝕方式發(fā)生了變化，由以噴濺方式轉(zhuǎn)化為以蒸發(fā)氣化為主的侵蝕方式，從而提高了材料的耐電弧燒蝕性能。權利要求1、一種制備TiC\CuW合金觸頭材料的方法，其特征在于，該方法按以下步驟進行，a、按照質(zhì)量比為1∶0.5％～1.5％的比例分別稱取鎢粉和TiC粉，將稱取的鎢粉和TiC粉放入混料罐中；b、按鎢粉、TiC粉總質(zhì)量的5％～8％稱取誘導銅粉，將誘導銅粉添加到步驟a的混料罐中；c、在步驟b的混料罐中加入有機溶劑工業(yè)乙醇，工業(yè)乙醇的添加量以使粉末有濕潤感即可，再按鎢粉、TiC粉、銅粉總質(zhì)量的2～3倍加入非等徑磨球進行混料，混料時間為5～7小時，得到混合料；d、將步驟c混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)，以340±20MPa的壓力模壓成鎢壓坯；e、將熔滲金屬銅塊與步驟d得到的鎢壓坯疊置在一起，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先對鎢壓坯骨架進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900℃～960℃，燒結(jié)時間為1.5～2小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200℃～1400℃，熔滲時間為1.5～2小時即成。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非等徑磨球直徑分別為8mm和4mm，兩種磨球的質(zhì)量比為1:1.41.6。全文摘要本發(fā)明公開了一種制備TiC\CuW合金觸頭材料的方法，按照質(zhì)量比為1∶0.5％～1.5％的比例分別稱取鎢粉和TiC粉末，另按鎢粉、TiC粉總質(zhì)量的5％～8％稱取誘導銅粉，將鎢粉、銅粉和TiC粉末放入混料罐中；在混料罐中加入工業(yè)乙醇，再加入非等徑磨球進行混料；將混好的混合料倒入軸向壓制的鋼制模具內(nèi)模壓成鎢壓坯；將熔滲金屬銅塊與鎢壓坯疊置在一起，放入石墨坩堝內(nèi)，置于高溫H₂氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，先對鎢壓坯骨架進行燒結(jié)，再對鎢壓坯骨架進行熔滲。用本發(fā)明方法制備添加TiC相的CuW材料，由于電弧得到有效分散，從而提高了CuW觸頭材料的耐電弧燒蝕性能；工藝簡單，且易于控制。文檔編號C22C1/05GK101515513SQ200910021748公開日2009年8月26日申請日期2009年3月30日優(yōu)先權日2009年3月30日發(fā)明者楊曉紅,梁淑華,王獻輝,鵬肖,范志康,鄒軍濤申請人:西安理工大學