本發(fā)明屬于高壓電器開關(guān)觸頭材料領(lǐng)域，涉及銅鉻觸頭材料，具體涉及一種高品質(zhì)銅鉻合金的致密化工藝。

背景技術(shù)：

CuCr合金是一種廣泛用于真空斷路器的新型觸頭材料。由于Cu、Cr兩種組元密度、熔點等物理性質(zhì)相差很大，使得CuCr合金極難用常規(guī)鑄造工藝生產(chǎn)，細晶低含氧量CuCr觸頭的制備具有很大難度。低的氣體和雜質(zhì)含量，保證真空斷路器在開斷過程中不會因為放氣造成電弧重燃及熔焊。Cr顆粒尺寸盡可能細小，分布均勻。保證在開斷過程中不會因為Cr分布不均或過大造成電弧能量在富鉻處聚集導(dǎo)致觸頭表面過度燒蝕和熔焊而引起開斷失敗。

目前粉末冶金制取銅鉻系觸頭合金的方法，主要有以下幾種：

混粉法、熔滲法、真空熔煉法和自耗法，其中混粉法是一種傳統(tǒng)的應(yīng)用廣泛的方法，這種方法是將一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷壓成型，再經(jīng)真空燒結(jié)或熱等靜壓而成，混粉法的優(yōu)點是工藝簡單，成熟度高，缺點是對原材料氣體含量有極為嚴格的要求，很難獲得低氣體含量的產(chǎn)品，致密度較低也是一個重要的缺點。

每種制備方法都有其優(yōu)缺點，可以看出，目前的粉末冶金制取銅鉻系觸頭合金的方法的優(yōu)點明顯，通過配料改變Cr含量和Cr的晶粒度，可以制備出各種不同規(guī)格的銅鉻合金產(chǎn)品，但是其明顯的缺點是致密度低，很難獲得低氣體含量的產(chǎn)品。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種高品質(zhì)銅鉻合金的致密化工藝,以便得到高性能、低氣體含量和低夾雜物的銅鉻合金觸頭材料。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種高品質(zhì)銅鉻合金致密化工藝，該工藝以鉻粉、銅粉與石墨粉為原料，將原料依次經(jīng)過配料、真空混料和真空相對壓實，得到圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為80％～90％，然后將圓柱形坯料進行真空燒結(jié)得到CuCr燒結(jié)樣品，最后將CuCr燒結(jié)樣品進行旋鍛致密化，得到高品質(zhì)銅鉻合金。

本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征：

所述的圓柱形坯料的相對密度為85％～90％。

該工藝具體按照以下步驟進行：

步驟一，配料：

將鉻粉、銅粉及石墨粉進行配料，得到初步混合粉末；

所述的初步混合粉末中，以重量份數(shù)計，鉻粉與銅粉的比為(1.5～50)：(50～98.5)，鉻粉與銅粉的重量份數(shù)之和為100份；石墨粉的加入量為鉻粉與銅粉總質(zhì)量的的0.1％～0.3％；

步驟二，真空混料：、

將初步混合粉末裝入混料機罐體中，然后抽真空，沖入惰性氣體，在惰性氣體保護下采用三維混合機對初步混合粉末三向轉(zhuǎn)動混合3～4h，得到混合粉末；

步驟三，真空相對壓實：

將混合粉末放入模具中真空壓制成圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為80％～90％；

步驟四，真空燒結(jié)：

將圓柱形坯料放入坩堝中，進行真空燒結(jié)，先抽真空至爐內(nèi)壓力≤6.5×10^-3Pa，然后再加熱升溫至980℃～1050℃，保溫2～4h，隨爐冷卻至室溫取出CuCr燒結(jié)樣品；

步驟五，旋鍛致密化：

將CuCr燒結(jié)樣品在箱式爐中加熱到800～850℃，保溫0.5～1h，放入旋鍛機內(nèi)進行鍛打直至達到直徑規(guī)格尺寸，最后經(jīng)熱處理，切割，機加得到高品質(zhì)銅鉻合金。

優(yōu)選的，步驟一中，所述的初步混合粉末中，以重量份數(shù)計，鉻粉與銅粉的比為(15～50)：(50～85)，鉻粉與銅粉的重量份數(shù)之和為100份；石墨粉的加入量為鉻粉與銅粉總質(zhì)量的的0.2％～0.3％。

具體的，步驟二中，混料機罐體內(nèi)的壓力≤10Pa，再沖入惰性氣體為氬氣或氦氣到1個大氣壓。

具體的，步驟三中，為了實現(xiàn)真空壓制，真空環(huán)境對應(yīng)的模具內(nèi)的壓力≤6.5×10^-2Pa。

優(yōu)選的，步驟三中，將混合粉末放入模具中真空壓制成圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為85％～90％。

具體的，步驟五中，旋鍛時CuCr燒結(jié)樣品橫斷面的單次減縮率小于15％～20％，模具打擊次數(shù)為每分鐘1500～3000次，CuCr燒結(jié)樣品的送進速度為1000mm/min。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果：

本發(fā)明的工藝以鉻粉、銅粉與石墨粉為原料，采用真空相對壓實、真空燒結(jié)結(jié)合旋鍛致密化的聯(lián)合工藝，使合金組織全致密，且含氧量低，同時材料的利用率較高，解決了合金組織致密度和含氧量之間存在的矛盾；通過調(diào)整配料，可生產(chǎn)出不同Cr含量、不同Cr鉻晶粒尺寸、不同直徑規(guī)格的系列CuCr合金材料。

在真空相對壓實過程中，圓柱形坯料的相對密度為80％～90％，相對密度不能過高也不能過低，過高，在后續(xù)的旋鍛致密化工藝中氣體難以排除，過低，會對后續(xù)真空燒結(jié)和旋鍛致密化工藝造成影響，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的的致密度不高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。

圖2是旋鍛原理示意圖。

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進一步詳細解釋說明。

具體實施方式

旋鍛即旋轉(zhuǎn)鍛造。把疏松多孔的燒結(jié)態(tài)棒坯加工成致密的具有一定強度的致密金屬的變形過程，旋鍛是多塊錘模在環(huán)繞縱軸高速旋轉(zhuǎn)的同時，對鍛坯進行高速高頻率的鍛打(如圖2所示)。旋鍛加工在工藝上兼有多向鍛打和脈沖鍛打的特點，鍛件受三向壓應(yīng)力作用，使坯料受徑向壓縮沿軸向延伸的過程。

以下給出本發(fā)明的具體實施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護范圍。

實施例1：CuCr15合金制備工藝

本實施例給出一種高品質(zhì)銅鉻合金致密化工藝，如圖1所示，該工藝具體按照以下步驟進行：

步驟一，配料：

鉻粉(粒徑≤60μm，氧含量≤2000ppm)，電解銅粉(粒徑≤40μm，氧含量≤1200ppm)，石墨(C)粉(粒徑≤40μm)。

將鉻粉、銅粉及石墨粉進行配料，得到初步混合粉末；

所述的初步混合粉末中，以重量份數(shù)計，鉻粉與銅粉的比為15：85，鉻粉與銅粉的重量份數(shù)之和為100份，石墨粉的加入量為鉻粉與銅粉總質(zhì)量的的0.2％；

步驟二，真空混料：、

將初步混合粉末裝入混料機罐體中，然后抽真空，沖入惰性氣體，在惰性氣體保護下采用三維混合機對初步混合粉末三向轉(zhuǎn)動混合3h，得到混合粉末；混料機罐體內(nèi)的壓力≤10Pa，再沖入惰性氣體為氬氣到1個大氣壓。

步驟三，真空相對壓實：

將混合粉末放入模具中真空壓制成圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為85％；為了實現(xiàn)真空壓制，真空環(huán)境對應(yīng)的模具內(nèi)的壓力≤6.5×10^-2Pa。

步驟四，真空燒結(jié)：

將圓柱形坯料放入坩堝中，進行真空燒結(jié)，先抽真空至爐內(nèi)壓力≤6.5×10^-3Pa，然后再加熱升溫至980℃，保溫4h，隨爐冷卻至室溫取出CuCr燒結(jié)樣品；

步驟五，旋鍛致密化：

將CuCr燒結(jié)樣品在箱式爐中加熱到800℃，保溫1h，放入旋鍛機內(nèi)進行鍛打直至達到直徑規(guī)格尺寸，最后經(jīng)熱處理，切割，機加得到高品質(zhì)銅鉻合金CuCr15合金；

旋鍛時CuCr燒結(jié)樣品橫斷面的單次減縮率小于15％，模具打擊次數(shù)為每分鐘1500次，CuCr燒結(jié)樣品的送進速度為1000mm/min。

制備出CuCr15合金材料經(jīng)過測試，材料中氧含量<200ppm，氮含量<10ppm，碳含量<60ppm，相對密度100％(全致密)，硬度HB>68，電導(dǎo)率>40Ms/m。

實施例2：CuCr50合金制備工藝

本實施例給出一種高品質(zhì)銅鉻合金致密化工藝，如圖1所示，該工藝具體按照以下步驟進行：

步驟一，配料：

鉻粉(粒徑≤60μm，氧含量≤2000ppm)，電解銅粉(粒徑≤40μm，氧含量≤1200ppm)，石墨(C)粉(粒徑≤40μm)。

將鉻粉、銅粉及石墨粉進行配料，得到初步混合粉末；

所述的初步混合粉末中，以重量份數(shù)計，鉻粉與銅粉的比為50：50，鉻粉與銅粉的重量份數(shù)之和為100份，石墨粉的加入量為鉻粉與銅粉總質(zhì)量的的0.3％；

步驟二，真空混料：、

將初步混合粉末裝入混料機罐體中，然后抽真空，沖入惰性氣體，在惰性氣體保護下采用三維混合機對初步混合粉末三向轉(zhuǎn)動混合4h，得到混合粉末；混料機罐體內(nèi)的壓力≤10Pa，再沖入惰性氣體為氦氣到1個大氣壓。

步驟三，真空相對壓實：

將混合粉末放入模具中真空壓制成圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為90％；為了實現(xiàn)真空壓制，真空環(huán)境對應(yīng)的模具內(nèi)的壓力≤6.5×10^-2Pa。

步驟四，真空燒結(jié)：

將圓柱形坯料放入坩堝中，進行真空燒結(jié)，先抽真空至爐內(nèi)壓力≤6.5×10^-3Pa，然后再加熱升溫至1050℃，保溫2h，隨爐冷卻至室溫取出CuCr燒結(jié)樣品；

步驟五，旋鍛致密化：

將CuCr燒結(jié)樣品在箱式爐中加熱到850℃，保溫0.5h，放入旋鍛機內(nèi)進行鍛打直至達到直徑規(guī)格尺寸，最后經(jīng)熱處理，切割，機加得到高品質(zhì)銅鉻合金CuCr50合金；

旋鍛時CuCr燒結(jié)樣品橫斷面的單次減縮率小于20％，模具打擊次數(shù)為每分鐘3000次，CuCr燒結(jié)樣品的送進速度為1000mm/min。

制備出的CuCr50觸頭材料經(jīng)過測試。觸頭材料中氧含量<300ppm，氮含量<10ppm，碳含量<60ppm，相對密度100％(全致密)，硬度HB>80，電導(dǎo)率>17Ms/m。

實施例3：CuCr1.5合金制備工藝

本實施例給出一種高品質(zhì)銅鉻合金致密化工藝，如圖1所示，該工藝具體按照以下步驟進行：

步驟一，配料：

鉻粉(粒徑≤60μm，氧含量≤2000ppm)，電解銅粉(粒徑≤40μm，氧含量≤1200ppm)，石墨(C)粉(粒徑≤40μm)。

將鉻粉、銅粉及石墨粉進行配料，得到初步混合粉末；

所述的初步混合粉末中，以重量份數(shù)計，鉻粉與銅粉的比為1.5：89.5，鉻粉與銅粉的重量份數(shù)之和為100份，石墨粉的加入量為鉻粉與銅粉總質(zhì)量的的0.1％；

步驟二，真空混料：、

將初步混合粉末裝入混料機罐體中，然后抽真空，沖入惰性氣體，在惰性氣體保護下采用三維混合機對初步混合粉末三向轉(zhuǎn)動混合3h，得到混合粉末；混料機罐體內(nèi)的壓力≤10Pa，再沖入惰性氣體為氬氣到1個大氣壓。

步驟三，真空相對壓實：

將混合粉末放入模具中真空壓制成圓柱形坯料，圓柱形坯料的相對密度為80％；為了實現(xiàn)真空壓制，真空環(huán)境對應(yīng)的模具內(nèi)的壓力≤6.5×10^-2Pa。

步驟四，真空燒結(jié)：

將圓柱形坯料放入坩堝中，進行真空燒結(jié)，先抽真空至爐內(nèi)壓力≤6.5×10^-3Pa，然后再加熱升溫至1000℃，保溫3h，隨爐冷卻至室溫取出CuCr燒結(jié)樣品；

步驟五，旋鍛致密化：

將CuCr燒結(jié)樣品在箱式爐中加熱到800℃，保溫1h，放入旋鍛機內(nèi)進行鍛打直至達到直徑規(guī)格尺寸，最后經(jīng)熱處理，切割，機加得到高品質(zhì)銅鉻合金CuCr1.5合金；

旋鍛時CuCr燒結(jié)樣品橫斷面的單次減縮率小于18％，模具打擊次數(shù)為每分鐘2000次，CuCr燒結(jié)樣品的送進速度為1000mm/min。

制備出CuCr1.55合金材料經(jīng)過測試，材料中氧含量<200ppm，氮含量<10ppm，碳含量<60ppm，相對密度100％(全致密)，硬度HB>65，電導(dǎo)率>43Ms/m。