專利名稱：一種CuW70觸頭材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種CuW70觸頭材料的制備方法。
背景技術(shù)：
CuW合金被廣泛應(yīng)用于高壓開關(guān)中的觸頭材料。隨著高壓開關(guān)向超特高電壓、大容量方向發(fā)展，對CuW材料的綜合性能提出了更高的要求。需要研制和開發(fā)新型的高性能的 CuW觸頭材料。CuW合金觸頭在完成開斷的工作過程中，在動靜弧觸頭之間會產(chǎn)生高壓電弧，在電極表面不斷運動的陰極斑點是真空電弧的一個重要特征。真空電弧發(fā)生時，在陰極表面收縮成電流密度很高且不斷運動的陰極斑點。由于Cu、W兩相的逸出功不同，陰極斑點首先在逸出功較低的Cu相上生成。而一般采用普通模壓+熔滲法制備的CuW合金往往存在Cu、W 兩相組織分布不均勻的現(xiàn)象。因此，觸頭表面在電弧作用下則發(fā)生在富銅區(qū)域的集中燒蝕， 觸頭表面產(chǎn)生大量Cu液噴濺和流動現(xiàn)象，一方面影響電觸頭的抗熔焊性，另一方面最終會因局部的嚴重?zé)g而導(dǎo)致觸頭材料失效，不能完成正常的開斷工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種CuW70觸頭材料的制備方法，解決了現(xiàn)有方法制備CuW 觸頭材料組織中Cu、W兩相分布不均的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種CuW70觸頭材料的制備方法，該方法按以下步驟進行
步驟1，按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5% 8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中；
步驟2，按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2 3倍加入磨球，加入混料過程控制劑至粉末有濕潤感，然后進行混料，混料時間為5 7小時；
步驟3，將步驟2混好的混合粉末填充入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙，填充完成后，在裝料口加上端密封，并捆扎橡膠包套的封口和橡膠包套的端塞，然后用針管一端通過端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露；
步驟4，將密封好的包套表面清洗后放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸，將留在高壓缸內(nèi)的空氣完全趕出后以20 40 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到170 230MPa， 保壓5 10分鐘后緩慢泄壓，至常壓后從高壓缸內(nèi)取出包套，清洗包套表面，待包套干燥后打開包套取出鎢壓坯；
步驟5，將熔滲金屬銅塊與步驟4壓制好的鎢壓坯呈上下疊置，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，一個石墨坩堝只放一對熔滲金屬銅塊與鎢壓坯，然后置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)熔滲，在900°C 980°C燒結(jié)1. 5 2小時，然后升高爐溫對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C 1400°C，熔滲時間為1. 5 2小時即成。
本發(fā)明的特點還在于，
其中步驟2中混料過程控制劑為工業(yè)乙醇。其中步驟2中磨球為非等徑磨球。其中非等徑磨球由分別為8mm和4mm的兩種磨球混合而成，且8mm和4mm的兩種磨球的質(zhì)量比為1 :1. 4 1.6。本發(fā)明的有益效果是，采用冷等靜壓及熔滲法制備CuW70材料，由于冷等靜壓壓制過程中W壓坯的各個方向受力均勻，燒結(jié)后W骨架孔隙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為均勻，經(jīng)熔滲得到的CuW70組織中Cu、W兩相分布均勻，CuW觸頭材料具有較高的電導(dǎo)率、硬度。另外，電弧得到有效分散，電弧燃燒較為穩(wěn)定，截流值降低，從而提高了 CuW觸頭材料的耐電弧燒蝕性能；同時本發(fā)明的方法工藝簡單，易于控制。


圖1是為采用普通模壓壓制及熔滲法制備的CuW合金與本發(fā)明的方法制備的CuW 合金的顯微組織照片，a為采用普通模壓壓制及熔滲法制備的CuW合金的顯微組織照片，b 為采用本發(fā)明的方法制備的CuW合金的顯微組織照片；
圖2是普通模壓及熔滲法制備的CuW70合金與本發(fā)明的方法制備的CuW70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片，a為采用高速攝影拍攝的普通模壓及熔滲法制備的CuW70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片，b為采用高速攝影拍攝的采用本發(fā)明的方法制備的 Cuff70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。一種CuW70觸頭材料的制備方法，該方法按以下步驟進行
步驟1，按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5% 8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。誘導(dǎo)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(dǎo)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)外金屬液熔合為一體的驅(qū)動力將有利于熔滲過程的進行，從而提高材料的致密度。步驟2，在混料罐中加入易揮發(fā)的有機溶劑工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至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、銅粉總質(zhì)量的2 3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. 4 1. 6。混料時間控制在5 7小時，得到混合粉末。步驟3，將步驟2混好的混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。在密封操作中，要使密封表面保持清潔。然后采用直徑2 3mm的細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，避免端塞在壓縮變形過程中發(fā)生脫落。密封好后可用醫(yī)用注射針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，注射針管的另一端與抽真空系統(tǒng)相通，實現(xiàn)對包套內(nèi)粉末的除氣。
步驟4，將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以20 40 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到170 230MPa，保壓5 10分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。步驟5，將熔滲金屬銅塊與步驟4壓制好的鎢壓坯呈上下疊置，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，一個石墨坩堝只放一對熔滲金屬銅塊與鎢壓坯，然后置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)和熔滲，在900°C 980°C燒結(jié)1. 5 2小時，然后升高爐溫對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C 1400°C，熔滲時間為1. 5 2小時即成。燒結(jié)和熔滲這兩個工序一次在燒結(jié)爐內(nèi)完成，在保溫工藝上分為兩個階段，燒結(jié)W骨架溫度為900°C 980°C，這時銅塊未熔化(銅的熔點1083°C)，在這個階段只是完成W壓坯燒結(jié)成具有一定強度的W骨架，這樣在后續(xù)的熔滲過程中銅液就不會被沖垮。骨架燒好(1. 5 2小時)后，升高爐內(nèi)溫度至1200°C 1400°C進入熔滲階段，此時爐溫高于銅的熔點，銅液可以浸滲到W骨架孔隙中去，猶如“海綿吸水一樣”。本發(fā)明的制備方法采用冷等靜壓及熔滲法制備CuW70材料，由于冷等靜壓壓制過程中W壓坯的各個方向受力均勻，燒結(jié)后W骨架孔隙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為均勻，經(jīng)熔滲得到的 Cuff70組織中Cu、W兩相分布均勻，CuW觸頭材料具有較高的電導(dǎo)率、硬度。另外，電弧得到有效分散，電弧燃燒較為穩(wěn)定，截流值降低，從而提高了 CuW觸頭材料的耐電弧燒蝕性能； 同時本發(fā)明的方法工藝簡單，易于控制。實施例1
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2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. 5。 混料時間控制在7小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以40 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到170MPa，保壓5分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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°C，燒結(jié)時間為1.5小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C，熔滲1.8 小時后即得。實施例2
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5. 5%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 1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 1:1.6?；炝蠒r間控制在6. 5小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以40 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到175MPa，保壓10分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后， 清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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930°C，燒結(jié)時間為1.6小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為 1250°C，熔滲1. 6小時后即得。實施例3
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為6%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 3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 : 1.4?；炝蠒r間控制在6小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以25 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到180MPa，保壓8分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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)，置于高溫吐氣氛燒結(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910°C，燒結(jié)時間為1.7小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C，熔滲1.8小時后即得。實施例4
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為7%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2.4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. 5?；炝蠒r間控制在5. 5小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以30MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到185MPa，保壓6分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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)，置于高溫吐氣氛燒結(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920°C，燒結(jié)時間為1. 9小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1300°C，熔滲1.7小時后即得。實施例5
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 5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1:1.5?；炝蠒r間控制在5. 8小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以35 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到190MPa，保壓7分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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920°C，燒結(jié)時間為2小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1350°C， 熔滲1.5小時后即得。實施例6
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 2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 : 1.6?；炝蠒r間控制在5小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以35 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到195MPa，保壓8分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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)，置于高溫吐氣氛燒結(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935°C，燒結(jié)時間為1. 8小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1400°C，熔滲1.5小時后即得。實施例7
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5. 5%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 6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. 4?；炝蠒r間控制在5. 4小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以觀MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到200MPa，保壓9分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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)，置于高溫氏氣氛燒結(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930°C，燒結(jié)時間為1.6小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1250°C，熔滲1.6小時后即得。實施例8按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為6%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2.8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. 5。混料時間控制在6. 2小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以22MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到205MPa，保壓5分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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)，置于高溫吐氣氛燒結(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950°C，燒結(jié)時間為1. 8小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C，熔滲1.7小時后即得。實施例9
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2. 7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 : 1.5?；炝蠒r間控制在7小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后， 在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以27MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到210MPa，保壓9分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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940°C，燒結(jié)時間為1. 7小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1300°C，熔滲1.9小時后即得。實施例10
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的3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1:1.6。 混料時間控制在6. 8小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以33 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到215MPa，保壓7分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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
8結(jié)溫度為960°C，燒結(jié)時間為1. 5小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1350°C，熔滲 2.0小時后即得。實施例11
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2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1:1.4。 混料時間控制在5小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以34 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到220MPa，保壓10分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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980°C，燒結(jié)時間為1. 5小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C，熔滲 1.5小時后即得。實施例12
按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中。然后在混料罐中加入工業(yè)乙醇作為混料過程控制劑，直至使粉末有濕潤感。按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的3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1:1.6。 混料時間控制在7小時，得到混合粉末。將混合粉末倒入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙。當(dāng)包套模具充填完粉末后，在裝料口加上端密封。然后采用細鐵絲捆扎端塞和橡膠包套的封口，密封好后用針管通過橡膠端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露。然后將裝粉的包套外表面清洗后，放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸后將留在缸內(nèi)的空氣完全趕出后，以^MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到230MPa，保壓8分鐘后緩慢泄壓至常壓，從高壓缸內(nèi)取出包套模具后，清洗外表面油污且干燥后，打開包套取出壓坯。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960°C，燒結(jié)時間為2小時；再對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1400°C，熔滲2小時后即得。對本發(fā)明的方法制備得到的CuW70合金表面經(jīng)拋光成鏡面后裝入真空室內(nèi)作為陰極，用直徑為Φ3的針尖狀純W棒作為陽極，兩極間施加電壓SkV的直流電壓，使陰極試樣以0.2 mm / min的速度緩慢地接近陽極，直至兩極間發(fā)生電擊穿。用高速攝影拍攝真空擊穿瞬間的陰極斑點運動情況，最后用掃描電鏡觀察材料表面的電弧燒蝕形貌，試驗證明， 實施例的試樣全部實現(xiàn)了電弧的有效分散，材料表現(xiàn)出較好的耐燒蝕性能。下面僅通過實施例5所制備的CuW70合金與現(xiàn)有的采用普通模壓壓制燒結(jié)熔滲制備的CuW70合金的有關(guān)性能與組織照片進行對比，說明本發(fā)明方法制備出CuW70合金抗電弧燒蝕方面的優(yōu)勢。圖1為采用普通模壓壓制及熔滲法制備的CuW合金與采用冷等靜壓壓制及熔滲法，即本發(fā)明的方法制備的CuW合金的顯微組織照片。圖Ia為采用普通模壓壓制及熔滲法制備的CuW合金的顯微組織照片，其中亮灰色的為W相，深灰色的連續(xù)相為銅相，普通模壓混合粉料在剛性模具內(nèi)單向軸向受壓，壓制過程壓坯受力不均勻?qū)е滤鶋褐频腤坯密度分布不均勻，使得燒結(jié)的W骨架孔隙分布不均勻， 熔滲后得到的CuW合金的顯微組織中出現(xiàn)了較大面積的富銅區(qū)域。圖Ib為采用冷等靜壓壓制及熔滲法，即本發(fā)明的方法制備的CuW合金的顯微組織照片，由于采用冷等靜壓壓制W坯時粉末在各個方向受力，壓制力比較均勻，因此燒結(jié)后 W骨架孔隙分布較為均勻，所以在熔滲后獲得的CuW合金顯微組織中銅鎢兩相分布比較均勻，沒有大的富銅區(qū)。銅鎢兩相的分布情況直接影響CuW合金的電導(dǎo)率跟硬度，由于冷等靜壓壓制+熔滲法制備的CuW合金的顯微組織中銅鎢兩相均勻分布，形成連續(xù)的銅網(wǎng)格，有利于提高CuW合金的導(dǎo)電性，而且硬度分布比較均勻。圖2為普通模壓及熔滲法制備的CuW70合金與采用高速攝影拍攝的采用冷等靜壓壓制及熔滲法，即本發(fā)明的方法制備的CuW70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片， 每幅圖從上至下由7幅小圖片組成，這7幅小圖分別對應(yīng)著0 μ s，64 μ s，246 μ s，287 μ s， 328 μ s，369 μ s，410 μ s時刻陰極斑點的運動圖像，這些圖片描述了不同材料在首擊穿時陰極表面從燃弧，分散到滅弧這三個階段陰極斑點的運動情況。圖2中a為采用高速攝影拍攝的普通模壓及熔滲法制備的CuW70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片，可以看出采用普通模壓及熔滲法制備的CuW合金陰極斑點始終為一個亮點，且在水平方向幾乎沒有移動，幾乎在原點處反復(fù)擊穿。圖2中b為采用高速攝影拍攝的采用冷等靜壓壓制及熔滲法，即本發(fā)明的方法制備的CuW70合金發(fā)生首擊穿時的陰極斑點運動圖片?？梢钥闯?，采用冷等靜壓制備CuW70合金在0μ s時陰極表面開始燃弧，隨著時間的推移，弧點在原點附近擺動，直到在287μ s時分散為兩個陰極斑點，3 μ s時分散為四個陰極點，隨后進入滅弧階段，弧點逐漸變少直至消失。通過圖2中b與圖2中a陰極斑點運動的比較可以看出，改變壓制方式可達到分散電燒蝕以及斑點的效果，使集中電弧轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚㈦娀。欣谔岣逤uW70合金的耐燒蝕性能。這主要由于采用冷等靜壓提高了 W骨架孔隙的均勻性，使熔滲后CuW70合金兩相分布更為均勻，減少了富銅區(qū)的產(chǎn)生。而擊穿往往容易發(fā)生在Cu相上，形成陰極斑點，若陰極表面銅相富集則易造成電弧集中燒蝕，陰極斑點不易發(fā)生分裂和移動，從而在觸頭表面造成較為嚴重的集中燒蝕坑，這將嚴重影響電觸頭材料的使用壽命。而采用冷等靜壓壓制及熔滲法制備CuW70合金的顯微組織中兩相分布均勻，電擊穿時產(chǎn)生的陰極斑點很容易在材料表面移動，電弧得到有效分散，有利于提高電觸頭材料的耐電弧燒蝕性能。
權(quán)利要求
1.一種CuW70觸頭材料的制備方法，該方法按以下步驟進行步驟1，按誘導(dǎo)銅粉占鎢粉質(zhì)量百分比為5% 8%分別稱取誘導(dǎo)銅粉和鎢粉，并放入混料罐中；步驟2，按鎢粉、銅粉總質(zhì)量的2 3倍加入磨球，加入混料過程控制劑至粉末有濕潤感，然后進行混料，混料時間為5 7小時；步驟3，將步驟2混好的混合粉末填充入橡膠包套內(nèi)，在粉末料面與橡膠包套的橡膠端塞之間放置起過濾作用的棉氈墊或過濾紙，填充完成后，在裝料口加上端密封，并捆扎橡膠包套的封口和橡膠包套的端塞，然后用針管一端通過端塞插至棉氈墊處，針管的另一端外露；步驟4，將密封好的包套表面清洗后放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)，關(guān)閉高壓缸，將留在高壓缸內(nèi)的空氣完全趕出后以20 40 MPa/min的升壓速度平穩(wěn)的升壓到170 230MPa， 保壓5 10分鐘后緩慢泄壓，至常壓后從高壓缸內(nèi)取出包套，清洗包套表面，待包套干燥后打開包套取出鎢壓坯；步驟5，將熔滲金屬銅塊與步驟4壓制好的鎢壓坯呈上下疊置，放入鋪好石墨紙的石墨坩堝內(nèi)，一個石墨坩堝只放一對熔滲金屬銅塊與鎢壓坯，然后置于高溫H2氣氛燒結(jié)爐內(nèi)進行燒結(jié)熔滲，在900°C 980°C燒結(jié)1. 5 2小時，然后升高爐溫對鎢壓坯骨架進行熔滲，熔滲溫度為1200°C 1400°C，熔滲時間為1. 5 2小時即成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中混料過程控制劑為工業(yè)乙
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中磨球為非等徑磨球。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述非等徑磨球由分別為8mm和4mm的兩種磨球混合而成，且8mm和4mm的兩種磨球的質(zhì)量比為1 :1. 4 1. 6。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種CuW70觸頭材料的制備方法，將一定比例的誘導(dǎo)銅粉加入鎢粉中混勻，將混合粉料裝入橡膠包套內(nèi)放入冷等靜壓機的高壓缸內(nèi)壓制成骨架生坯，隨后經(jīng)燒結(jié)骨架熔滲銅相制備CuW70觸頭材料。該方法制備的CuW70觸頭材料由于富銅區(qū)消失和兩相分布的均勻性，材料表面的陰極斑點快速移動，電弧得到了有效分散，銅相的飛濺較小，提高了該材料的耐燒蝕性能。
文檔編號C22C27/04GK102312146SQ20111022371
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者楊曉紅, 梁淑華, 王獻輝, 肖鵬, 鄒軍濤 申請人:西安理工大學(xué)