專利名稱：：一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電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：
，涉及儀器儀表和電器設(shè)備鎢基電觸頭材料的制備方法，具體涉及一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：鉤銅電觸頭材料是由高熔點(diǎn)、高硬度的鎢和高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱率的銅所構(gòu)成的假合金。目前，我國(guó)的電力系統(tǒng)輸變電過(guò)程中的損失較大、電能利用率低、檢修周期短、事故頻繁發(fā)生等，這些問(wèn)題在很大程度上是由于電觸頭質(zhì)量低造成的，隨著現(xiàn)代化建設(shè)的高速發(fā)展，高壓輸變電網(wǎng)路負(fù)荷日益增加，開關(guān)電器向著更高電壓、更大容量方向發(fā)展。傳統(tǒng)的高壓鎢銅電觸頭材料，在高電壓、大電流作用下，電弧燒蝕使觸頭表面產(chǎn)生嚴(yán)重蝕坑而引起過(guò)早失效，已經(jīng)不能滿足需求。為此，尋找一種可明顯提高鎢銅電觸頭材料抗電弧燒蝕性能的制備方法，就顯得既迫切又很必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭材料的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，容易操作，根據(jù)該方法得到的鎢銅電觸頭材料能夠顯著提高抗電弧燒蝕性能。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是，一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭材料的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行，步驟l、稱量，按重量百分比取2.4%17.6%的銅粉和82.4%97.6%的鎢粉，銅粉的粒徑為200250目，鎢粉的粒徑為68pm，銅粉和鎢粉總重量為100%，另按上述銅粉和鎢粉總重量再分別稱量1%~4%的稀土單質(zhì)鑭或鈰、0.05%~0.15%的鎳粉和0.5%1.5%重量毫升的乙醇，步驟2、機(jī)械合金化，將步驟1中稱得的銅粉和鴇粉各取自身重量的20~40%，與步驟1稱量的全部稀土單質(zhì)一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，得到合金粉，步驟3、混料，將步驟l中剩余的銅粉和鎢粉與步驟2中得到的合金粉混合，并加入步驟1中稱量的鎳粉和乙醇，共同機(jī)械混合620小時(shí)，得到混合粉，步驟4、壓制，將步驟3中制得的混合粉裝入模具中，以68噸/厘米2的壓力壓制成型，得到壓坯，再將壓坯從模具中脫出，步驟5、熔滲燒結(jié)，將步驟4所得的壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1350士5。C1400士5T:，保溫2~2.5小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型，即得鎢銅合金棒材。本發(fā)明的制備方法，其特點(diǎn)還在于，步驟1中乙醇濃度為55%~65%。步驟2中高能球磨機(jī)的球磨轉(zhuǎn)速為200400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為2040:1，球磨時(shí)間為24小時(shí)。本發(fā)明的有益效果是，提高了電觸頭材料的抗電弧燒蝕性能,并可以延長(zhǎng)使用壽命，工藝簡(jiǎn)單，操作方便。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在本發(fā)明中，添加的稀土單質(zhì)鑭或鈰在鎢銅合金電觸頭材料中能起到分散電弧的作用，使電弧均勻的分布在整個(gè)觸頭的表面，使得單位面積上觸頭的燒蝕就會(huì)很少，提高電觸頭材料的抗電弧燒蝕性能并可以延長(zhǎng)電觸頭的使用壽命。添加鎳粉起到了活化燒結(jié)的作用，可以增加骨架的強(qiáng)度，有利于熔滲。添加乙醇有利于混粉，使得粉末更容易混合均勻。將銅粉和鴨粉分兩步進(jìn)行添加，先取部分銅粉和鎢粉與稀土單質(zhì)鑭或鈰放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，是為了溶滲方便，為下一步提供一個(gè)溶滲通道，再將剩余的銅粉和鎢粉與機(jī)械合金化后的合金粉，以及添加成分配制一起機(jī)械混合，則能夠提高整體的相對(duì)密度，從而得到高性能的電觸頭材料。本發(fā)明的制備方法按以下步驟進(jìn)行，步驟l、稱量，按重量百分比取2.4%17.6%的銅粉和82.4%97.6%的鎢粉，銅粉的粒徑為200250目，鎢粉的粒徑為68|im，銅粉和鎢粉總重量為100%,另按上述銅粉和鎢粉總重量再分別稱量1%~4%的稀土單質(zhì)鑭或鈰、0.05%0.15%的鎳粉和0.5%~1.5%重量毫升的乙醇，乙醇濃度為55%65%步驟2、機(jī)械合金化，將步驟1中稱得的銅粉和鎢粉各取自身重量的2040%，與步驟1稱量的全部稀土單質(zhì)一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨轉(zhuǎn)速為200400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為2040:1，球磨時(shí)間為24小時(shí)，得到合金粉。步驟3、混料，將步驟l中剩余的銅粉和鎢粉與步驟2中得到的合金粉混合，并加入步驟1中稱量的鎳粉和乙醇，共同機(jī)械混合6~20小時(shí)，得到混合粉，步驟4、壓制，將步驟3中制得的混合粉裝入模具中，以6~8噸/厘米2的壓力壓制成型，得到壓坯，再將壓坯從模具中脫出，步驟5、熔滲燒結(jié)，將步驟4所得的壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1350±5°C~1400±5°C，保溫22.5小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型，即得鎢銅合金棒材。實(shí)施例1制取直徑為20毫米，長(zhǎng)度為60毫米，稀土鑭添加量為2%，重量百分?jǐn)?shù)分別為70和30的鎢銅合金W70Cu30La電觸頭材料。步驟l，將粒徑為200目的銅粉、粒徑為6pm的鎢粉按下述重量稱量，銅粉和鎢粉的總重量為280克，再按照銅和鎢粉總重量的2%稱量鑭5.6克。銅粉(17.6%)49.28克鎢粉(82.4°/。)230.72克步驟2，將步驟1中稱得的銅粉和鎢粉各取自身重量的20%，與步驟l稱量的5.6克鑭一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，高能球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為40:1，球磨時(shí)間為4小時(shí)，制得合金粉61.6克，銅粉(20%)9.856克鴿粉(20%)46.144克步驟3，將步驟1中剩余的銅粉和鎢粉與步驟2中機(jī)械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的濃度為55%，剩余銅粉(80%)39.424克剩余鎢粉(80%)184.576克合金粉61.6克鎳粉(0.1%)0.28克乙醇(1%)2.8毫升將上述粉末共同機(jī)械混合6個(gè)小時(shí)，得到混合粉285.88克。步驟4,將步驟3的混合粉285.88克裝入直徑22毫米、長(zhǎng)62毫米的模具中，以6噸/厘米2的壓力壓制成型，再將壓坯從模具中脫出。步驟5，將上述壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛氦氣燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1350±5°C，保溫2小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型。最后將燒結(jié)好的直徑約22毫米、長(zhǎng)約62毫米的鎢銅合金棒材加工成所需直徑為20毫米，長(zhǎng)度為60毫米的尺寸即成。實(shí)施例2制取直徑為30毫米，長(zhǎng)度為80毫米，稀土鈰添加量為1%，重量百分?jǐn)?shù)分別為80和20的鎢銅合金W80Cu20Ce電觸頭材料。步驟l，將粒徑為250目的銅粉、粒徑為8pm的鉤粉按下述重量稱量?？傊亓?03克，再按照銅粉和鉤粉總重量的1%稱量鈰8.03克。銅粉(5.8%)46.574克鉤粉(94.2%)756.426克步驟2，將步驟1中稱得的銅粉取自身重量的35%即16.301克，鎢粉取自身重量的25%即189.107克，與步驟1稱量的8.03克鈰一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為30:1，球磨時(shí)間為3小時(shí)，制得合金粉213.438克。步驟3，將步驟1中剩余的銅粉和鎢粉與步驟2中機(jī)械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的濃度為60%，剩余銅粉(65%)30.273克剩余鎢粉(75%)567.319克合金粉213.438克鎳粉(0.05%)0,4015克乙醇(1.5%)12.045毫升將上述粉末共同機(jī)械混合20個(gè)小時(shí)，得到混合粉823.4765克。步驟4，將步驟3的混合粉823.4765克裝入直徑32毫米，長(zhǎng)82毫米的模具中，以7噸/厘米2的壓力壓制成型，再將壓坯從模具中脫出。步驟5，將上述壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛氫氣燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1380±5°C，保溫2.2小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型得到鎢銅合金棒材。最后將燒結(jié)好的直徑約32毫米，長(zhǎng)約82毫米的鎢銅合金棒材加工成直徑為30毫米，長(zhǎng)度為80毫米的尺寸即成。實(shí)施例3制取直徑為15毫米，長(zhǎng)度為60毫米，稀土鑭添加量為4%，重量百分?jǐn)?shù)分別為85和15的鎢銅合金W85Cul5La電觸頭材料。步驟1，將粒徑為230目的銅粉、粒徑為7,的鴨粉按下述重量稱量。總重量187克，再按照銅粉和鎢粉總重量的4%稱量鑭7.48克。銅粉(2.4%)4.488克鎢粉(97.6%)182.512克步驟2，將步驟1中稱得的銅粉取自身重量的40%即1.795克，鎢粉取自身重量的40%即73.0048克，與步驟1稱量的7.48克鑭一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為20:1，球磨時(shí)間為2小時(shí)，制得合金粉82.2798克。步驟3,將步驟1中剩余的銅粉和鉤粉與步驟2中機(jī)械合金化后的合金粉，以及添加成分按下述重量配制，乙醇的濃度為65%，剩余銅粉(60%)2.693克剩余鎢粉(60%)109.5072克合金粉82.2798克鎳粉(0.15%)0.2805克乙醇(0.5%)0.935毫升將上述粉末共同機(jī)械混合10個(gè)小時(shí)，得到混合粉194.7605克。步驟4，將步驟3的混合粉194.7605克裝入直徑17毫米，長(zhǎng)62毫米的模具中，以8噸/厘米2的壓力壓制成型，再將壓坯從模具中脫出。步驟5，將上述壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛氫氣燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1400±5°C,保溫2.5小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型得到鎢銅合金棒材。最后將燒結(jié)好的直徑約17毫米，長(zhǎng)約62毫米的鎢銅合金棒材加工成直徑為15毫米，長(zhǎng)度為60毫米的尺寸即成。本發(fā)明采用活化燒結(jié)技術(shù)或添加"第三組元"，不僅改善鎢對(duì)銅的浸潤(rùn)性，而且使觸頭材料的性能顯著提高，其高密度、高導(dǎo)熱率、高強(qiáng)度和硬度、低電阻率、低熱膨脹系數(shù)，且耐電弧燒損性，抗熔焊性、抗電蝕性等性能在電接觸材料應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)是其它材料在短期內(nèi)無(wú)法頂替的。添加稀土的電觸頭材料與傳統(tǒng)方法制備的電觸頭在電弧下燒蝕20分鐘的失重量如下表，顯示出本發(fā)明方法制備的鎢銅電觸頭材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>本方法所制備的鎢銅電觸頭材料，能夠在高電壓、大電流下開閉形成的電弧均勻分布在整個(gè)觸頭的表面，這樣單位面積上的能量就會(huì)很少，添加的稀土組元與銅形成低熔點(diǎn)的化合物、易揮發(fā)和遷移到表面，也會(huì)帶走大量熱能，達(dá)到提高抗電弧燒蝕性能并延長(zhǎng)觸頭乃至整個(gè)斷路器設(shè)備壽命的目的。權(quán)利要求1.一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭材料的制備方法，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)行，步驟1、稱量，按重量百分比取2.4％～17.6％的銅粉和82.4％～97.6％的鎢粉，銅粉的粒徑為200～250目，鎢粉的粒徑為6～8μm，銅粉和鎢粉總重量為100％，另按上述銅粉和鎢粉總重量再分別稱量1％～4％的稀土單質(zhì)鑭或鈰、0.05％～0.15％的鎳粉和0.5％～1.5％重量毫升的乙醇，步驟2、機(jī)械合金化，將步驟1中稱得的銅粉和鎢粉各取自身重量的20～40％，與步驟1稱量的全部稀土單質(zhì)一起放入高能球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行機(jī)械合金化，得到合金粉，步驟3、混料，將步驟1中剩余的銅粉和鎢粉與步驟2中得到的合金粉混合，并加入步驟1中稱量的鎳粉和乙醇，共同機(jī)械混合6～20小時(shí)，得到混合粉，步驟4、壓制，將步驟3中制得的混合粉裝入模具中，以6～8噸/厘米2的壓力壓制成型，得到壓坯，再將壓坯從模具中脫出，步驟5、熔滲燒結(jié)，將步驟4所得的壓坯放入石墨舟中，周圍加高純氧化鋁填料，在高溫保護(hù)氣氛燒結(jié)爐內(nèi)，控制溫度1350±5℃～1400±5℃，保溫2～2.5小時(shí)進(jìn)行熔滲燒結(jié)成型，即得鎢銅合金棒材。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特點(diǎn)在于，所述的步驟l中乙醇濃度為55%65%。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特點(diǎn)在于，所述的步驟2中高能球磨機(jī)的球磨轉(zhuǎn)速為200400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨比為2040:1，球磨時(shí)間為24小時(shí)。全文摘要本發(fā)明公開了一種高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭材料的制備方法，該方法按以下步驟進(jìn)行，首先按比例稱量銅粉、鎢粉以及稀土單質(zhì)鑭或鈰；然后在高能球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械合金化；再次添加的鎳粉和乙醇后再進(jìn)行共同機(jī)械混合；在模具中壓制成型；最后將壓坯裝入高溫保護(hù)氣氛燒結(jié)爐中采用熔滲技術(shù)燒結(jié)成型即得到高抗電弧燒蝕的鎢銅電觸頭。本發(fā)明的方法有效解決了電弧燒蝕使觸頭表面產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)g而引起過(guò)早失效的問(wèn)題，提高了鎢銅電觸頭材料的性能和使用壽命。文檔編號(hào)H01H1/02GK101279365SQ20081001822公開日2008年10月8日申請(qǐng)日期2008年5月16日優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日發(fā)明者陳勉之,陳文革申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)