專利名稱：一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力工業(yè)電接觸材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
電觸頭是公認(rèn)的斷路器高壓真空開關(guān)的關(guān)鍵部件，觸頭材料在很大程度上決定了斷路器的發(fā)展。目前性能最好且普遍使用的真空高壓斷路器用觸頭為CuW、CuCr電觸頭材料，其觸頭結(jié)構(gòu)正在由觸指-彈簧結(jié)構(gòu)向自力式整體觸頭改進(jìn)，自力式CuW/CuCr整體觸頭已經(jīng)占居主導(dǎo)地位，自力式動(dòng)、靜弧觸頭通常采用耐電蝕的銅鎢合金與高導(dǎo)電率、高彈性鉻青銅材料連接而成。

目前國(guó)內(nèi)外制備CuW合金材料均采用粉末冶金法，即混粉燒結(jié)法和熔滲法二種，這兩種制備方法均存在一定的局限性，混粉燒結(jié)法的缺點(diǎn)是燒結(jié)溫度高，燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，致使燒結(jié)費(fèi)用較高，且燒結(jié)體的性能較差，特別是燒結(jié)致密度較低，一般只為理論密度的90 % 95% ;熔滲法的缺點(diǎn)是熔滲后需去除多余的金屬銅，增加了加工費(fèi)用，降低了成品率。常用的CuW/CuCr整體材料制備工藝有焊接法(釬焊、電子束焊、熱等靜壓擴(kuò)散焊)和整體燒結(jié)熔滲法(傳統(tǒng)的連續(xù)式爐臥式燒結(jié)熔滲、立式整體燒結(jié)熔滲法)，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中立式整體燒結(jié)熔滲法能夠獲得各種形式的結(jié)合面及結(jié)合性能良好，是目前制備CuW/CuCr整體材料最新的也是最主要的方法，但也存在操作較復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。本發(fā)明的目的還在于提供一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒，對(duì)所述QCrO. 5銅
合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂處理和表面噴砂處理；熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，按照TiC粉末含量為I. 00 2. OOwt %、La2O3 粉末含量為 0. 20 I. OOwt %、W 粉末含量為 50. 00 90. OOwt %、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預(yù)置層在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預(yù)置層，所述熱噴涂預(yù)置層的厚度為I. 5 5. Omm ;(3)低真空高頻感應(yīng)熔焊將經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率為0. I 10mm/s，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動(dòng)至經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出；(4)固溶和時(shí)效處理所述QCrO. 5銅合金棒經(jīng)步驟(3)處理后，再進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時(shí)效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時(shí)，空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。優(yōu)選的，所述QCrO. 5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規(guī)定的Cu-Cr合金，狀態(tài)為硬化態(tài)Y。 所述金屬清洗劑為通用工業(yè)金屬清洗劑。優(yōu)選的，所述表面噴砂處理采用自循環(huán)噴砂機(jī)進(jìn)行，采用棕剛玉砂，粒度為-20 +40目，噴砂距離300mm，噴砂角度70 80°。優(yōu)選的，所述Cu粉末的粒度為200 400目。所述TiC粉末的粒度為2 15 ii m。所述La2O3粉末的粒度為2 15 ii m。所述W粉末的粒度為2 15 ii m。針對(duì)目前CuW/CuCr整體觸頭材料制備工藝存在的局限性，本發(fā)明提供了一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料的制備方法，通過在QCrO. 5銅合金棒表面直接熱噴涂預(yù)置Cu+W+TiC+La203層，然后經(jīng)低真空高頻感應(yīng)熔焊、固溶和時(shí)效處理制備出銅合金復(fù)合整體觸頭材料。熱噴涂預(yù)置層中主要成分為Cu和W，經(jīng)低真空高頻感應(yīng)熔焊形成CuW合金，其中添加的La2O3和TiC粒子彌散分布于CuW合金基體中，且電子逸出功比W低，因此，既起彌散強(qiáng)化作用，又使電弧得到有效分散，從而提高了觸頭材料的耐電弧燒蝕性能、電弧穩(wěn)定性和強(qiáng)度等，使制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料能夠滿足高壓開關(guān)與斷路器用自力型整體觸頭的要求。本發(fā)明提供的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料的制備方法工藝簡(jiǎn)單，易于控制、成本低、效率高。制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料改善了觸頭的性能，制備的整體觸頭材料具有聞的聞溫強(qiáng)度、聞的抗電弧燒損等優(yōu)異特性，適用于制造聞壓開關(guān)和聞壓斷路器觸頭零部件。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施例提供的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理將直徑14mm的QCrO. 5銅合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂和表面噴砂處理，其中QCrO. 5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規(guī)定的Cu-Cr合金，狀態(tài)為硬化態(tài)Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業(yè)金屬清洗劑，目的是除去QCrO. 5銅合金棒表面粘附的油污，表面噴砂處理采用自循環(huán)噴砂機(jī)進(jìn)行，采用棕剛玉砂，粒度-20 +40目，噴砂距離300_，噴砂角度70 80° ;熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，Cu粉末的粒度為200 400目，TiC粉末、La2O3粉末和W粉末的粒度為2 5iim;按照TiC粉末含量為
2.OOwt%、La2O3粉末含量為0. 50wt%、W粉末含量為58. OOwt%、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，然后采用V型混粉機(jī)充分混合3小時(shí)，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預(yù)置層采用JP-5000超音速火焰噴涂設(shè)備對(duì)預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預(yù)置層，預(yù)置層厚度為3. 5mm ;其噴涂工藝參數(shù)為氧氣流速800升/分鐘、煤油流速0. 30升/分鐘，噴涂距離300mm，熱噴涂供粉速度60克/分鐘；(3)低真空高頻感應(yīng)熔焊將預(yù)置有熱噴涂預(yù)置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率2mm/s，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動(dòng)至另一端，之后冷卻5分鐘，取出； (4)固溶和時(shí)效處理對(duì)步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學(xué)性能和導(dǎo)電率，固溶處理溫度980°C，保溫30分鐘，水冷；時(shí)效處理溫度425°C，保溫2小時(shí)，空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料可根據(jù)零件形狀進(jìn)行車削、彎曲等機(jī)械加工和修整，制得所需零件。對(duì)本實(shí)施例制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為335MPa，高于目前高壓開關(guān)廠所采用的256MPa的標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足高壓開關(guān)與斷路器用自力型整體觸頭的要求。實(shí)施例2本實(shí)施例提供的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理將直徑14_的QCrO. 5銅合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂和表面噴砂處理，其中QCrO. 5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規(guī)定的Cu-Cr合金，狀態(tài)為硬化態(tài)Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業(yè)金屬清洗劑，目的是除去QCrO. 5銅合金棒表面粘附的油污，表面噴砂處理采用自循環(huán)噴砂機(jī)進(jìn)行，采用棕剛玉砂，粒度-20 +40目，噴砂距離300_，噴砂角度70 80° ;熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，Cu粉末的粒度為300 400目，TiC粉末、La2O3粉末和W粉末的粒度為2 5iim;按照TiC粉末含量為I. 50wt%, La2O3粉末含量為0. 20wt%、W粉末含量為50. OOwt%、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，然后采用V型混粉機(jī)充分混合3小時(shí)，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預(yù)置層采用JP-5000超音速火焰噴涂設(shè)備對(duì)預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預(yù)置層，預(yù)置層厚度為5. Omm ;其噴涂工藝參數(shù)為氧氣流速900升/分鐘、煤油流速0. 40升/分鐘，噴涂距離250mm，熱噴涂供粉速度80克/分鐘；(3)低真空高頻感應(yīng)熔焊將預(yù)置有熱噴涂預(yù)置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率0. lmm/s，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動(dòng)至另一端，之后冷卻5分鐘，取出；(4)固溶和時(shí)效處理對(duì)步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學(xué)性能和導(dǎo)電率，固溶處理溫度1000°C保溫10分鐘，水冷；時(shí)效處理溫度500°C，保溫4小時(shí)，空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料可根據(jù)零件形狀進(jìn)行車削、彎曲等機(jī)械加工和修整，制得所需零件。對(duì)本實(shí)施例制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為 330MPa。實(shí)施例3 本實(shí)施例提供的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理將直徑16mm的QCrO. 5銅合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂和表面噴砂處理，其中QCrO. 5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規(guī)定的Cu-Cr合金，狀態(tài)為硬化態(tài)Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業(yè)金屬清洗劑，目的是除去QCrO. 5銅合金棒表面粘附的油污，表面噴砂處理采用自循環(huán)噴砂機(jī)進(jìn)行，采用棕剛玉砂，粒度-20 +40目，噴砂距離300_，噴砂角度70 80° ;熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，Cu粉末的粒度為300 400目，TiC粉末、La2O3粉末和W粉末的粒度為10 15 y m ;按照TiC粉末含量為
1.00wt%, La2O3粉末含量為1.00wt%、W粉末含量為90. 00wt%、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，然后采用V型混粉機(jī)充分混合3小時(shí)，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預(yù)置層采用SPH 3型氧乙炔火焰噴涂設(shè)備對(duì)預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預(yù)置層，預(yù)置層厚度為I. 5mm ;其噴涂工藝參數(shù)為中性偏還原性火焰，噴涂距離200mm ；(3)低真空高頻感應(yīng)熔焊將預(yù)置有熱噴涂預(yù)置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率10mm/S，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動(dòng)至另一端，之后冷卻5分鐘，取出；(4)固溶和時(shí)效處理對(duì)步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學(xué)性能和導(dǎo)電率，固溶處理溫度1000°C，保溫30分鐘，水冷；時(shí)效處理溫度4500C，保溫4小時(shí)，空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料可根據(jù)零件形狀進(jìn)行車削、彎曲等機(jī)械加工和修整，制得所需零件。對(duì)本實(shí)施例制得的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料進(jìn)行結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為 315MPa。
權(quán)利要求
1.一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，其特征在于，通過包括以下步驟的制備方法制得 (1)QCrO.5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制 QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒,對(duì)所述QCrO. 5銅合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂處理和表面噴砂處理； 熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，按照TiC粉末含量為I.00 2. OOwt %、La2O3 粉末含量為 0. 20 I. OOwt %、W 粉末含量為 50. 00 90. OOwt %、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，制得熱噴涂粉末； (2)噴制熱噴涂預(yù)置層 在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預(yù)置層，所述熱噴涂預(yù)置層的厚度為I. 5 5. Omm ; (3)低真空高頻感應(yīng)熔焊 將經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率為0. I 10mm/s，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動(dòng)至經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出； (4)固溶和時(shí)效處理 所述QCrO. 5銅合金棒經(jīng)步驟(3)處理后，再進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時(shí)效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時(shí)，空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料,其特征在于,所述QCrO.5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規(guī)定的Cu-Cr合金，狀態(tài)為硬化態(tài)Y。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料,其特征在于,所述金屬清洗劑為通用工業(yè)金屬清洗劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料,其特征在于,所述表面噴砂處理采用自循環(huán)噴砂機(jī)進(jìn)行，采用棕剛玉砂，粒度為-20 +40目，噴砂距離300mm，噴砂角度70 80°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，其特征在于，所述Cu粉末的粒度為200 400目。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，其特征在于，所述TiC粉末的粒度為2 15 ii m。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料,其特征在于,所述La2O3粉末的粒度為2 15iim。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料，其特征在于，所述W粉末的粒度為2 15 u m。
9.一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (I)QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理及熱噴涂粉末配制 QCrO. 5銅合金棒預(yù)處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒,對(duì)所述QCrO. 5銅合金棒表面依次進(jìn)行金屬清洗劑清洗脫脂處理和表面噴砂處理；熱噴涂粉末配制取TiC粉末、La2O3粉末、W粉末和Cu粉末，按照TiC粉末含量為I.00 2. OOwt %、La2O3 粉末含量為 0. 20 I. OOwt %、W 粉末含量為 50. 00 90. OOwt %、余量為Cu粉末的配比進(jìn)行混合配料，制得熱噴涂粉末； (2)噴制熱噴涂預(yù)置層 在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預(yù)處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預(yù)置層，所述熱噴涂預(yù)置層的厚度為I. 5 5. Omm ; (3)低真空高頻感應(yīng)熔焊 將經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應(yīng)圈寬50mm，感應(yīng)圈移動(dòng)速率為0. I 10mm/s，感應(yīng)加熱溫度1100 1150°C，從經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動(dòng)至經(jīng)步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出； (4)固溶和時(shí)效處理 所述QCrO. 5銅合金棒經(jīng)步驟(3)處理后，再進(jìn)行固溶和時(shí)效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時(shí)效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時(shí)， 空冷；制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力工業(yè)電接觸材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料及其制備方法。首先對(duì)QCr0.5銅合金棒進(jìn)行預(yù)處理，然后在QCr0.5銅合金棒表面噴涂由TiC、La2O3、W和Cu組成的熱噴涂粉末，在QCr0.5銅合金棒表面制得熱噴涂預(yù)置層；將預(yù)置有熱噴涂預(yù)置層的QCr0.5銅合金棒放入真空高頻感應(yīng)熔焊爐中進(jìn)行表面重熔處理，依次從QCr0.5銅合金棒的一端移動(dòng)至另一端，之后冷卻；再經(jīng)固溶和時(shí)效處理，制得高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料。本發(fā)明提供的高性能銅合金復(fù)合整體觸頭材料具有高的高溫強(qiáng)度、高的抗電弧燒損等優(yōu)異特性，適用于制造高壓開關(guān)和高壓斷路器觸頭零部件。
文檔編號(hào)C23C4/12GK102677069SQ20121000617
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者劉勇, 張毅, 朱宏喜, 田保紅, 龍永強(qiáng) 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)