放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法 |
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| 申请号 | CN201610638185.8 | 申请日 | 2016-08-05 | 公开(公告)号 | CN106180654A | 公开(公告)日 | 2016-12-07 |
| 申请人 | 陕西斯瑞新材料股份有限公司; | 发明人 | 王文斌; 艾璇; 王小军; 师晓云; 李刚; 徐润升; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种放电等离子 烧结 制备熔渗 铜 铬触头材料的方法，步骤1，将铬粉倒入 石墨 模具，对粉末进行还原，再放置于 等离子体 烧结炉内抽 真空 并加压，通入脉冲直流 电流 并升温至1050-1380℃，保温2.5-5min后，随炉冷却；步骤2，取铜 块 抛光 后， 超 声波 清洗，干燥，用激光进行激光照射扫描，再进行等离子体处理，得到溶渗铜块；步骤3，将铬骨架放入石墨舟中，溶渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中，升温至1150-1300℃后，保温40-60min，得到铜铬烧结体；步骤4，将铜铬烧结体在压 力 为50-100MPa， 温度 为800-850℃的条件下进行抽真空 热压 ，再冷却至室温，即制备得到铜铬触头材料。本发明的生产方法有缩短生产周期的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法技术领域背景技术[0002] 高压开关的心脏元件，通过它的分断和接通，达到传递、承受、断开、控制能量的目的。高压电触头在高电压、大电流、高温电弧的共同作用下其动作可靠性、耐久性、稳定性是影响开关寿命、安全可靠及电网的稳定性的关键因素。 [0004] 公开号为CN102800420A的发明公开了一种铜铬触头的制作方法，该方法包括以下步骤：(1)制铬坯：将铬粉、成型剂、润湿剂按照重量比2100∶11∶15混合搅拌，然后放入成型模具内压制成型，得到铬坯；(2)制作石墨坩埚：根据所要制作的铜铬触头的大小，选取对应的石墨棒材并将其加工制得内腔为触头形状的石墨坩埚；(3)烘干石墨坩埚：将石墨坩埚放入烘箱内烘干；(4)保护石墨坩埚：在石墨坩埚的内壁上涂刷石墨水剂或粘贴石墨纸，然后将石墨坩埚放入烘箱内保温；(5)制备含铜材料：根据所要制作的铜铬触头的重量以及石墨坩埚的内腔大小，制作对应的含铜材料；(6)装坩埚：将铬坯放入石墨坩埚底部，然后将含铜材料放入石墨坩埚，并将其置于铬坯的上表面；(7)装炉抽真空加热熔渗：将装料后的石墨坩埚放入真空炉内的加热器内，关闭炉门并启动真空泵进行抽真空，抽真空后开启加热器对石墨坩埚进行加热，含铜材料熔渗入铬坯中得到铜铬触头；(8)冷却：加热完成后，在恒温状态下将石墨坩埚缓慢退出加热器，然后关闭加热器；(9)出炉：关闭加热器后关闭真空泵，打开炉门取出石墨坩埚，从石墨坩埚中取出铜铬触头。 [0005] 从上述制备铜铬触头材料的工艺过程可以看出，需要将铬粉预先成型，成型环节一般通过均匀添加成型剂及液压机完成，并在高温渗铜之前进行预烧结，以提升铜铬触头材料综合性能，预烧结通过依靠真空烧结炉完成，造成生产成本高、耗能大等缺点。在高压开关要求不断提升的背景下，铜铬触头材料的制备改善优化变得十分重要。 发明内容[0006] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种缩短生产周期以及降低能耗的放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法。 [0007] 解决上述技术问题的技术方案如下： [0008] 放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法，包括以下步骤： [0009] 步骤1，烧结：将铬粉倒入石墨模具，将模具放置在氢气炉中，对粉末进行还原，轻烧，出炉，放置于等离子体烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25-45MPa后，通入脉冲直流电流并升温至1050-1380℃，保温2.5-5min后，随炉冷却得到具有孔隙的铬骨架； [0010] 步骤2，铜块处理：取铜块，先用机械方法抛光，抛光之后的铜块在超声波清洗液中进行超声波清洗，超声频率为35-50KHz，温度为30-38℃，干燥后，用功率为5-20瓦的连续或脉冲激光以10-500毫米/秒的速度进行激光照射扫描，冷却至室温，再进行等离子体处理，得到溶渗铜块备用； [0011] 步骤3，高温渗铜：将铬骨架放入石墨舟中，溶渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中，升温至1150-1300℃后，保温40-60min，得到铜铬烧结体； [0012] 步骤4，冷却：将铜铬烧结体在压力为50-100MPa，温度为800-850℃的条件下进行抽真空热压，热压时间为40-100min，再冷却至室温，即制备得到铜铬触头材料。 [0013] 优选地，铜铬触头材料中，铬的重量百分比为40％-50％，余量为铜。 [0014] 优选地，步骤3中，所述保护气体为氮气。 [0015] 优选地，所述保护气体气氛流量≥0.2m3/h。 [0016] 优选地，所述脉冲直流电流为1200-1800A。 [0017] 优选地，步骤1中以120-200℃/min的升温速率升温至1000-1300℃。 [0018] 优选地，步骤2中所述等离子体处理为氩气等离子体处理，处理时间15-20min。 [0019] 优选地，在石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉25-40重量份，钝化剂为1-3重量份，云母粉4-8重量份，石墨5-10重量份，水1-3重量份，粘结剂20-30重量份。 [0020] 优选地，其中钝化剂为CrO3、KMnO4、K2Cr2O7中任一种；粘结剂为钠玻璃、钾玻璃或钠-钾玻璃三种水玻璃中任一种。 [0021] 本发明的显著效果是：本发明以不同粒度范围的铬粉(铬粉的粒径为1μm-300μm)为原料，采用放电等离子烧结技术进行快速松装烧结，获得不同孔隙率的铬骨架，然后对铬骨架进行渗铜，最终得到不同成分的熔渗铜铬触头材料。可以通过铬粉的粒度范围和压力来控制铬骨架的孔隙率，进而控制铜铬触头材料的成分。采用该工艺制备的铬骨架，孔隙分布均匀，气体含量较低，这也进一步改善了铜铬触头材料的性能。通过本发明制备获得的铜铬触头材料在保证性能的同时，不但有效地缩短了生产周期，减少了耗能，而且加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的铜铬触头材料。 [0022] 另外，本发明在石墨模具和石墨舟的表面设置了涂层后，由于该涂层可以耐受1500℃以上的温度，因此，不但对烧结的产品和石墨模具起到了隔离作用，而且还有助于对石墨模具和烧结的产品起到保护作用。 具体实施方式[0023] 实施例1： [0024] 放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法，包括以下步骤： [0025] 步骤1，烧结：将铬粉倒入石墨模具，将模具放置在氢气炉中，对粉末进行还原，轻烧，出炉，放置于等离子体烧结炉内抽真空并加压，当压强达到25MPa后，通入1200A的脉冲直流电流并以120℃/min的升温速率升温至1050℃，保温2.5min后，随炉冷却得到具有孔隙的铬骨架； [0026] 步骤2，铜块处理：取铜块，先用机械方法抛光，抛光之后的铜块在超声波清洗液中进行超声波清洗，超声频率为35KHz，温度为30℃，干燥后，用功率为5瓦的连续或脉冲激光以10毫米/秒的速度进行激光照射扫描，冷却至室温，再进行等离子体处理，所述等离子体处理为氩气等离子体处理，处理时间15min，得到溶渗铜块备用； [0027] 步骤3，高温渗铜：将铬骨架放入石墨舟中，溶渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中，所述保护气体为氮气，所述保护气体气氛流量为0.2m3/h，升温至1150℃后，保温40min，得到铜铬烧结体； [0028] 步骤4，冷却：将铜铬烧结体在压力为50MPa，温度为800℃的条件下进行抽真空热压，热压时间为40min，再冷却至室温，即制备得到铜铬触头材料。 [0029] 在所述铜铬触头材料中，铬的重量百分比为40％，余量为铜。 [0030] 在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉25重量份，钝化剂为1重量份，云母粉4重量份，石墨5重量份，水1重量份，粘结剂20重量份。其中钝化剂为CrO3，粘结剂为钠玻璃。 [0031] 实施例2： [0032] 放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法，包括以下步骤： [0033] 步骤1，烧结：将铬粉倒入石墨模具，将模具放置在氢气炉中，对粉末进行还原，轻烧，出炉，放置于等离子体烧结炉内抽真空并加压，当压强达到35MPa后，通入1500A的脉冲直流电流并以160℃/min的升温速率升温至1215℃，保温3.75min后，随炉冷却得到具有孔隙的铬骨架； [0034] 步骤2，铜块处理：取铜块，先用机械方法抛光，抛光之后的铜块在超声波清洗液中进行超声波清洗，超声频率为42.5KHz，温度为34℃，干燥后，用功率为12.5瓦的连续或脉冲激光以255毫米/秒的速度进行激光照射扫描，冷却至室温，再进行等离子体处理，所述等离子体处理为氩气等离子体处理，处理时间17.5min，得到溶渗铜块备用； [0035] 步骤3，高温渗铜：将铬骨架放入石墨舟中，溶渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中，所述保护气体为氮气，所述保护气体气氛流量为0.25m3/h，升温至1225℃后，保温50min，得到铜铬烧结体； [0036] 步骤4，冷却：将铜铬烧结体在压力为75MPa，温度为825℃的条件下进行抽真空热压，热压时间为70min，再冷却至室温，即制备得到铜铬触头材料。 [0037] 在所述铜铬触头材料中，铬的重量百分比为45％，余量为铜。 [0038] 在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉32.5重量份，钝化剂为2重量份，云母粉6重量份，石墨7.5重量份，水2重量份，粘结剂25重量份。其中钝化剂为KMnO4，粘结剂为钾玻璃。 [0039] 实施例3： [0040] 放电等离子烧结制备熔渗铜铬触头材料的方法，包括以下步骤： [0041] 步骤1，烧结：将铬粉倒入石墨模具，将模具放置在氢气炉中，对粉末进行还原，轻烧，出炉，放置于等离子体烧结炉内抽真空并加压，当压强达到45MPa后，通入1800A的脉冲直流电流并以200℃/min的升温速率升温至1380℃，保温5min后，随炉冷却得到具有孔隙的铬骨架； [0042] 步骤2，铜块处理：取铜块，先用机械方法抛光，抛光之后的铜块在超声波清洗液中进行超声波清洗，超声频率为50KHz，温度为38℃，干燥后，用功率为20瓦的连续或脉冲激光以500毫米/秒的速度进行激光照射扫描，冷却至室温，再进行等离子体处理，所述等离子体处理为氩气等离子体处理，处理时间20min，得到溶渗铜块备用； [0043] 步骤3，高温渗铜：将铬骨架放入石墨舟中，溶渗铜块置于铬骨架之上，周围使用刚玉粉填埋，置于具有保护气体气氛的高温烧结炉中，所述保护气体为氮气，所述保护气体气氛流量为0.3m3/h，升温至1300℃后，保温60min，得到铜铬烧结体； [0044] 步骤4，冷却：将铜铬烧结体在压力为100MPa，温度为850℃的条件下进行抽真空热压，热压时间为100min，再冷却至室温，即制备得到铜铬触头材料。 [0045] 在所述铜铬触头材料中，铬的重量百分比为50％，余量为铜。 [0046] 在所述石墨模具和/或石墨舟的表面涂有涂层，该涂层的化学成分为高铝粉40重量份，钝化剂为3重量份，云母粉8重量份，石墨10重量份，水3重量份，粘结剂30重量份。其中钝化剂为K2Cr2O7，粘结剂为钠-钾玻璃。 |
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