專利名稱：一種高性能銅合金復合整體觸頭材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及電力工業電接觸材料技術領域，具體涉及一種高性能銅合金復合整體觸頭材料及其制備方法。
背景技術：
電觸頭是公認的斷路器高壓真空開關的關鍵部件，觸頭材料在很大程度上決定了斷路器的發展。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，其觸頭結構正在由觸指-彈簧結構向自力式整體觸頭改進，自力式CuW/CuCr整體觸頭已經占居主導地位，自力式動、靜弧觸頭通常采用耐電蝕的銅鎢合金與高導電率、高彈性鉻青銅材料連接而成。

目前國內外制備CuW合金材料均采用粉末冶金法，即混粉燒結法和熔滲法二種，這兩種制備方法均存在一定的局限性，混粉燒結法的缺點是燒結溫度高，燒結時間長，致使燒結費用較高，且燒結體的性能較差，特別是燒結致密度較低，一般只為理論密度的90 % 95% ;熔滲法的缺點是熔滲后需去除多余的金屬銅，增加了加工費用，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、熱等靜壓擴散焊)和整體燒結熔滲法(傳統的連續式爐臥式燒結熔滲、立式整體燒結熔滲法)，這些方法各有優缺點，其中立式整體燒結熔滲法能夠獲得各種形式的結合面及結合性能良好，是目前制備CuW/CuCr整體材料最新的也是最主要的方法，但也存在操作較復雜，成本較高的缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高性能銅合金復合整體觸頭材料。本發明的目的還在于提供一種高性能銅合金復合整體觸頭材料的制備方法。為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是一種高性能銅合金復合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒，對所述QCrO. 5銅
合金棒表面依次進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粉末的配比進行混合配料，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預置層在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預置層，所述熱噴涂預置層的厚度為I. 5 5. Omm ;(3)低真空高頻感應熔焊將經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率為0. I 10mm/s，感應加熱溫度1100 1150°C，從經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動至經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出；(4)固溶和時效處理所述QCrO. 5銅合金棒經步驟(3)處理后，再進行固溶和時效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時，空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。優選的，所述QCrO. 5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規定的Cu-Cr合金，狀態為硬化態Y。 所述金屬清洗劑為通用工業金屬清洗劑。優選的，所述表面噴砂處理采用自循環噴砂機進行，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。針對目前CuW/CuCr整體觸頭材料制備工藝存在的局限性，本發明提供了一種高性能銅合金復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置Cu+W+TiC+La203層，然后經低真空高頻感應熔焊、固溶和時效處理制備出銅合金復合整體觸頭材料。熱噴涂預置層中主要成分為Cu和W，經低真空高頻感應熔焊形成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、電弧穩定性和強度等，使制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料能夠滿足高壓開關與斷路器用自力型整體觸頭的要求。本發明提供的高性能銅合金復合整體觸頭材料的制備方法工藝簡單，易于控制、成本低、效率高。制得的高性能銅合金復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度、聞的抗電弧燒損等優異特性，適用于制造聞壓開關和聞壓斷路器觸頭零部件。
具體實施例方式實施例I本實施例提供的高性能銅合金復合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預處理將直徑14mm的QCrO. 5銅合金棒表面依次進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規定的Cu-Cr合金，狀態為硬化態Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業金屬清洗劑，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噴砂機進行，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粉末的配比進行混合配料，然后采用V型混粉機充分混合3小時，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預置層采用JP-5000超音速火焰噴涂設備對預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預置層，預置層厚度為3. 5mm ;其噴涂工藝參數為氧氣流速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)低真空高頻感應熔焊將預置有熱噴涂預置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率2mm/s，感應加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動至另一端，之后冷卻5分鐘，取出； (4)固溶和時效處理對步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進行固溶和時效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學性能和導電率，固溶處理溫度980°C，保溫30分鐘，水冷；時效處理溫度425°C，保溫2小時，空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料可根據零件形狀進行車削、彎曲等機械加工和修整，制得所需零件。對本實施例制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料進行結合強度測試，測試結果為335MPa，高于目前高壓開關廠所采用的256MPa的標準，能夠滿足高壓開關與斷路器用自力型整體觸頭的要求。實施例2本實施例提供的高性能銅合金復合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預處理將直徑14_的QCrO. 5銅合金棒表面依次進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規定的Cu-Cr合金，狀態為硬化態Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業金屬清洗劑，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噴砂機進行，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粉末的配比進行混合配料，然后采用V型混粉機充分混合3小時，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預置層采用JP-5000超音速火焰噴涂設備對預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預置層，預置層厚度為5. Omm ;其噴涂工藝參數為氧氣流速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)低真空高頻感應熔焊將預置有熱噴涂預置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率0. lmm/s，感應加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動至另一端，之后冷卻5分鐘，取出；(4)固溶和時效處理對步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進行固溶和時效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學性能和導電率，固溶處理溫度1000°C保溫10分鐘，水冷；時效處理溫度500°C，保溫4小時，空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料可根據零件形狀進行車削、彎曲等機械加工和修整，制得所需零件。對本實施例制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料進行結合強度測試，測試結果為 330MPa。實施例3 本實施例提供的高性能銅合金復合整體觸頭材料，通過包括以下步驟的制備方法制得(I) QCrO. 5銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制QCrO. 5銅合金棒預處理將直徑16mm的QCrO. 5銅合金棒表面依次進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規定的Cu-Cr合金，狀態為硬化態Y，使用的金屬清洗劑采用通用工業金屬清洗劑，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噴砂機進行，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粉末的配比進行混合配料，然后采用V型混粉機充分混合3小時，制得熱噴涂粉末；(2)噴制熱噴涂預置層采用SPH 3型氧乙炔火焰噴涂設備對預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂熱噴涂粉末，制備熱噴涂預置層，預置層厚度為I. 5mm ;其噴涂工藝參數為中性偏還原性火焰，噴涂距離200mm ；(3)低真空高頻感應熔焊將預置有熱噴涂預置層的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面局部依次重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率10mm/S，感應加熱溫度1100 1150°C，從QCrO. 5銅合金棒的一端勻速移動至另一端，之后冷卻5分鐘，取出；(4)固溶和時效處理對步驟(3)處理后的QCrO. 5銅合金棒進行固溶和時效處理，以提高QCrO. 5銅合金棒心部力學性能和導電率，固溶處理溫度1000°C，保溫30分鐘，水冷；時效處理溫度4500C，保溫4小時，空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料可根據零件形狀進行車削、彎曲等機械加工和修整，制得所需零件。對本實施例制得的高性能銅合金復合整體觸頭材料進行結合強度測試，測試結果為 315MPa。
權利要求
1.一種高性能銅合金復合整體觸頭材料，其特征在于，通過包括以下步驟的制備方法制得 (1)QCrO.5銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制 QCrO. 5銅合金棒預處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒,對所述QCrO. 5銅合金棒表面依次進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粉末的配比進行混合配料，制得熱噴涂粉末； (2)噴制熱噴涂預置層 在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預置層，所述熱噴涂預置層的厚度為I. 5 5. Omm ; (3)低真空高頻感應熔焊 將經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率為0. I 10mm/s，感應加熱溫度1100 1150°C，從經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動至經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出； (4)固溶和時效處理 所述QCrO. 5銅合金棒經步驟(3)處理后，再進行固溶和時效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時，空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。
2.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料,其特征在于,所述QCrO.5銅合金棒為符合GB/T5233-2001規定的Cu-Cr合金，狀態為硬化態Y。
3.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料,其特征在于,所述金屬清洗劑為通用工業金屬清洗劑。
4.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料,其特征在于,所述表面噴砂處理采用自循環噴砂機進行，采用棕剛玉砂，粒度為-20 +40目，噴砂距離300mm，噴砂角度70 80°。
5.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料，其特征在于，所述Cu粉末的粒度為200 400目。
6.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料，其特征在于，所述TiC粉末的粒度為2 15 ii m。
7.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料,其特征在于,所述La2O3粉末的粒度為2 15iim。
8.根據權利要求I所述的高性能銅合金復合整體觸頭材料，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銅合金棒預處理及熱噴涂粉末配制 QCrO. 5銅合金棒預處理取直徑12 30mm的QCrO. 5銅合金棒,對所述QCrO. 5銅合金棒表面依次進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粉末的配比進行混合配料，制得熱噴涂粉末； (2)噴制熱噴涂預置層 在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面噴涂所述熱噴涂粉末，在預處理后的QCrO. 5銅合金棒表面制得熱噴涂預置層，所述熱噴涂預置層的厚度為I. 5 5. Omm ; (3)低真空高頻感應熔焊 將經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面重熔處理，真空度為10_2Pa，感應圈寬50mm，感應圈移動速率為0. I 10mm/s，感應加熱溫度1100 1150°C，從經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的一端移動至經步驟(2)處理后的QCrO. 5銅合金棒的另一端,之后冷卻,取出； (4)固溶和時效處理 所述QCrO. 5銅合金棒經步驟(3)處理后，再進行固溶和時效處理，固溶處理溫度為980 1000°C，保溫10 30分鐘，水冷；時效處理的溫度為425 500°C，保溫2 4小時， 空冷；制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。
全文摘要
本發明涉及電力工業電接觸材料技術領域，具體公開了一種高性能銅合金復合整體觸頭材料及其制備方法。首先對QCr0.5銅合金棒進行預處理，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置層；將預置有熱噴涂預置層的QCr0.5銅合金棒放入真空高頻感應熔焊爐中進行表面重熔處理，依次從QCr0.5銅合金棒的一端移動至另一端，之后冷卻；再經固溶和時效處理，制得高性能銅合金復合整體觸頭材料。本發明提供的高性能銅合金復合整體觸頭材料具有高的高溫強度、高的抗電弧燒損等優異特性，適用于制造高壓開關和高壓斷路器觸頭零部件。
文檔編號C23C4/12GK102677069SQ20121000617
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者劉勇, 張毅, 朱宏喜, 田保紅, 龍永強 申請人:河南科技大學