专利名称：用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法
技术领域：
本发明属于异质材料连接制备技术领域,涉及ー种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法。
背景技术：
自力型高压整体电触头由耐电弧烧损的CuW触指部分和提供弹性的CuCr部分连接而成，Cuff/CuCr整体材料综合了这两种异质材料各自的性能优势，广泛用于高压断路器中的电触头。随着高压开关向超特高压、大容量、小型化方向发展，灭弧室内CuW/CuCr整体弧触头在使用过程中所承受的热载荷和机械载荷更大，服役环境更为恶劣，对其核心部件一 CuW/CuCr整体材料界面结合强度提出了更高的要求。已有的研究表明，异质材料界面结合强度取决于界面结合性质，冶金结合高于机 械结合。由于Cu、W两相互不相溶,也不形成金属间化合物，在采用液态连接技术制备CuW/CuCr整体材料过程中，结合面处的W骨架表面与Cu液不能形成冶金結合，因此结合面处大量存在的以机械结合方式Cu-W结合偶成为界面结合强度不能大幅度提高的制约性因素。另外，Cu与W两相间仅以机械结合为主，相间结合強度不足，在服役过程中，结合面产生的裂纹极易沿Cu/W相界面进ー步扩展，最終导致材料沿结合面断裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法，解决现有整体材料由于结合強度不足而导致的容易沿结合面发生断裂的问题。本发明所采用的技术方案是，一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法，按照以下步骤实施步骤I，制备铜合金箔带将商用的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于具有快速凝固装置的感应加热炉内，在保护气氛中，115(T125(TC的温度下重熔保温40min后，采用快速凝固甩带法制成铜合金箔带；步骤2，处理CuW结合面根据整体电触头的产品尺寸，选取合适长度的商用CuW合金，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为2(Γ30%的硝酸溶液中，浸入深度为f 5mm，浸泡时间为3-5小时，使CuW合金端部中的Cu相溶解在硝酸溶液中，取出后先用清水清洗被腐蚀的端部，然后放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超声波震荡器清洗2(T30min，最后放入真空干燥箱烘干备用；步骤3，清洗合金箔带将步骤I中制备的铜合金箔带剪成与结合面面积相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min后放入干燥箱烘干备用；步骤4，清洗CuCr合金棒预结合面
根据整体电触头的产品尺寸，截取合适长度的商用CuCr合金棒材，机械加工车平端部，选择截取的新鮮机加工面做为预结合面，并用丙酮清洗后晾干备用；步骤5，整体材料组装将经步骤2,3,4处理过的三种材料由下至上按 照CuW合金、合金箔带、CuCr合金依次叠放置于坩埚内；步骤6，整体材料的烧结熔渗将步骤5中装好三部分材料的坩埚置于还原气氛烧结炉内，通入还原气体，通入气体30min后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1100°C 1300°C，保温时间为广4小时，随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料；步骤7，整体材料的热处理将步骤6中制备的材料置于热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为800°C、50°C，保温2飞h，随后打开炉门对高温整体材料进行水淬，再将淬火后的整体材料置于热处理炉内进行时效处理，时效温度为400°C ^500°C，保温2 5h后随炉冷却，最后对热处理后的整体材料进行机加工，即成。本发明的特点还在干，步骤I中CuCr合金锭中Cr的质量百分数为10%。步骤I中保护气体为氩气。步骤I中所述铜合金箔带的厚度为40-60 μ m。步骤2中CuW合金中Cu的质量百分数为10 30%。步骤4中CuCr合金棒材中Cr的质量百分数为O. 5^1. 2%。步骤5中选用的坩埚直径比所装整体材料直径大f 2mm，高度高于所装料5 10mm。步骤6中还原气体为H2气体。本发明的有益效果是，由于熔渗过程中合金箔带中的Cr元素向多孔骨架中的填充与浸渗，并与W形成W-Cr固溶体，使骨架与基体铜相之间实现了冶金结合，提高了该整体材料的界面结合强度，且制备成本较低、操作エ艺简単。
图I为本发明一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法的エ艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。本发明提供一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法，如图I所示的流程，按照以下步骤实施步骤I，制备铜合金箔带将商用的Cr的质量百分数为10%的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，清洗干净；置于快速凝固装置的感应加热炉内，氩气做为保护气氛，在115(T1250°C重熔保温40min后，采用快速凝固单辊甩带法制备铜合金箔带，其厚度为40-60 μ m ；步骤2，处理CuW结合面
根据整体电触头的产品尺寸，选取合适长度的商用CuW合金，其中Cu的质量百分数为1(Γ30%。采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为2(Γ30%的硝酸溶液中，新鮮端部浸入溶液中深度为广5_，在溶液中浸泡时间为3-5小吋。由于Cu可以和硝酸反应生成硝酸铜，溶液变为蓝色，而W不溶解于酸，所以端部CuW合金中的Cu相大部分溶解在硝酸溶液中，预结合面处只剩下连续的多孔W骨架。取出端部已被腐蚀成多孔结构的CuW合金，先用清水清洗被腐蚀的端部后，然后将其放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超声波震荡器清洗2(T30min，最后放入真空干燥箱烘干备用；步骤3，清洗合金箔带将步骤I中制备的铜合金箔带剪成与结合面面积大小相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min，晾干后放入干燥箱备用；步骤4,清洗CuCr合金棒预结合面 根据整体电触头的产品尺寸，截取合适长度的商用低Cr含量的铬青铜合金棒材，其中Cr的质量百分数为O. 5^1. 2%，选择截取的新鮮的机加工面做为预结合面，并用丙酮清洗后晾干备用；步骤5，整体材料组装将经步骤2,3,4处理过的三种材料由下至上按照CuW合金、合金箔带、CuCr合金依次叠放置于坩埚内；步骤6，整体材料的烧结熔渗将步骤5中装好三部分材料的坩埚置于还原性烧结炉内进行整体烧结熔渗，通入炉内的还原气体为H2气体。通入气体30min后，然后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1100°C 1300°C，保温广4小吋。随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料；步骤7，整体材料的热处理将步骤6中制备的试样置于热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为800°C、50°C，保温2飞h，随后打开炉门对高温整体材料进行水淬。再将淬火后的整体材料置于热处理炉内进行时效处理，时效温度为400°C飞00°C，保温5h后随炉冷却出炉即成；最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。实施例I首先制备铜合金箔带，将商用的Cr含量(质量百分数)为10%的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于快速凝固装置的感应加热炉内，氩气做为保护气氛，在1150°C重熔保温40min后，采用快速凝固单辊甩带法制备铜合金箔带，其厚度为40 μ m。然后处理CuW结合面，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为30%的硝酸溶液中，新鲜端部浸入溶液中深度为1mm，在溶液中浸泡时间为3小时。取出端部已被腐蚀成多孔结构的CuW合金，先用清水清洗被腐蚀的端部后，然后将其放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超声波震荡器清洗2(T30min,最后放入真空干燥箱烘干备用。将铜合金箔带剪成与结合面面积大小相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min。
随后将处理过的三种材料依次叠放置于坩埚内。将坩埚置于烧结气氛炉内进行整体烧结熔渗，还原气体为H2气体。通入气体30min后，然后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1100°C，保温I小吋。随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料。 之后对整体材料进行热处理，固溶温度为900°C，保温5h后进行水淬。再对其进行时效处理，时效温度为400°C，保温5h后炉冷却出炉即成；最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。实施例2首先制备铜合金箔带，将商用的Cr含量(质量百分数)为10%的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于快速凝固装置的感应加热炉内，氩气做为保护气氛，在1200°C重熔保温40min后，采用快速凝固单辊甩带法制备铜合金箔带，其厚度为45 μ m。 然后处理CuW结合面，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为25%的硝酸溶液中，新鲜端部浸入溶液中深度为2mm，在溶液中浸泡时间为3. 5小时。取出端部已被腐蚀成多孔结构的CuW合金，先用清水清洗被腐蚀的端部后，然后将其放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超声波震荡器清洗2(T30min,最后放入真空干燥箱烘干备用。将铜合金箔带剪成与结合面面积大小相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min，并将处理过的三种材料依次叠放置于坩埚内。将坩埚置于烧结气氛炉内进行整体烧结熔渗，还原气体为H2气体。通入气体30min后，然后以10°C/min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1150°C，保温2小吋。随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料。
之后对整体材料进行热处理，固溶温度为850°C，保温4h后进行水淬。再对其进行时效处理，时效温度为450°C，保温4h后炉冷却出炉即成；最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。实施例3首先制备铜合金箔带,将商用的Cr含量(质量百分数)为10%的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于快速凝固装置的感应加热炉内，氩气做为保护气氛，在1250°C重熔保温40min后，采用快速凝固单辊甩带法制备铜合金箔带，其厚度为50 μ m。然后处理CuW结合面，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为25%的硝酸溶液中，新鲜端部浸入溶液中深度为2. 5mm，在溶液中浸泡时间为4小时。取出端部已被腐蚀成多孔结构的CuW合金，先用清水清洗被腐蚀的端部后，然后将其放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超声波震荡器清洗2(T30min,最后放入真空干燥箱烘干备用。随后将铜合金箔带剪成与结合面面积大小相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min，并将处理过的三种材料依次叠放置于坩埚内。将坩埚置于烧结气氛炉内进行整体烧结熔渗，还原气体为H2。通入气体30min后，然后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1200°C，保温2小吋。随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料。 之后对整体材料进行热处理，固溶温度为900°C，保温3h后进行水淬。再对其进行时效处理，时效温度为450°C，保温3h后炉冷却出炉即成；最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。实施例4首先制备铜合金箔带，将商用的Cr含量(质量百分数)为10%的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于快速凝固装置的感应加热炉内，氩气做为保护气氛，在1200°C重熔保温40min后，采用快速凝固单辊甩带法制备铜合金箔带，其厚度为60 u m。然后处理CuW结合面，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鲜端部放入体积浓度为20%的硝酸溶液中，新鲜端部浸入溶液中深度为5mm，在溶液中浸泡时间为5小时。取出端部已被腐蚀成多孔结构的CuW合金，先用清水清洗被腐蚀的端部后，然后将其放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水乙醇的超声波震荡器清洗2(T30min,最后放入真空干燥箱烘干备用。随后将铜合金箔带剪成与结合面面积大小相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min，并将处理过的三种材料依次叠放置于坩埚内。将坩埚置于烧结气氛炉内进行整体烧结熔渗，还原气体为H2。通入气体30min后，然后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1300°C，保温4小时。随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料。之后对整体材料进行热处理，固溶温度为950°C，保温2h后进行水淬。再对其进行时效处理，时效温度为500°C，保温5h后炉冷却出炉即成；最后对热处理后的整体材料进行机加工即为成品。下表为现有技术及上述四个实施例制备出的CuW/CuCr整体材料的界面结合强度对比
权利要求
1.一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施 步骤I，制备铜合金箔带 将商用的CuCr合金锭经机加工去除各种缺陷，置于具有快速凝固装置的感应加热炉内，在保护气氛中，115(T125(TC的温度下重熔保温40min后，采用快速凝固甩带法制成铜合金箔带； 步骤2，处理CuW结合面 根据整体电触头的产品尺寸，选取合适长度的商用CuW合金，采用机械加工车平预结合的端部后，将其新鮮端部放入体积浓度为2(T30%的硝酸溶液中，浸入深度为f 5mm，浸泡时间为3-5小时，使CuW合金端部中的Cu相溶解在硝酸溶液中，取出后先用清水清洗被腐蚀的端部，然后放入装有蒸馏水的超声波震荡器清洗3(T40min，再放入盛有无水こ醇的超 声波震荡器清洗2(T30min，最后放入真空干燥箱烘干备用； 步骤3，清洗合金箔带 将步骤I中制备的铜合金箔带剪成与结合面面积相等的片状，将其放入盛有丙酮的清洗超声波震荡器中清洗l(T20min后放入干燥箱烘干备用； 步骤4,清洗CuCr合金棒预结合面 根据整体电触头的产品尺寸，截取合适长度的商用CuCr合金棒材，机械加工车平端部，选择截取的新鮮机加工面做为预结合面，并用丙酮清洗后晾干备用； 步骤5，整体材料组装 将经步骤2,3,4处理过的三种材料由下至上按照CuW合金、合金箔带、CuCr合金依次叠放置于坩埚内； 步骤6，整体材料的烧结熔渗 将步骤5中装好三部分材料的坩埚置于还原气氛烧结炉内，通入还原气体，通入气体30min后以10°C /min的加热速度进行加热，当炉内温度达到1100°C 1300°C，保温时间为r4小时，随后关闭加热电源经随炉冷却降至室温，取出熔铸好的整体材料； 步骤7，整体材料的热处理 将步骤6中制备的材料置于热处理炉中进行固溶处理，固溶温度为800°C、50°C，保温2飞h，随后打开炉门对高温整体材料进行水淬，再将淬火后的整体材料置于热处理炉内进行时效处理，时效温度为400°C ^500°C，保温2 5h后随炉冷却，最后对热处理后的整体材料进行机加工，即成。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤I中CuCr合金锭中Cr的质量百分数为10%。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤I中保护气体为氩气。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤I中所述铜合金箔带的厚度为40-60 u mD
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤2中CuW合金中Cu的质量百分数为10 30%。
6.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤4中CuCr合金棒材中Cr的质量百分数为0. 5 I. 2%。
7.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在干，步骤5中选用的坩埚直径比所装整体材料直径大广2mm，高度高于所装料5 10mm。
8.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，步骤6中还原气体为H2气体。
全文摘要
本发明公开的一种用于高压电触头的CuW与CuCr整体材料的制备方法，首先采用快速凝固甩带法制备高的铜合金箔带，然后对CuW预结合面用酸溶解的方法去铜处理，结合面处得到多孔结构的W骨架，随后在还原性气氛炉内对CuW、合金箔带、CuCr合金进行整体烧结熔渗得到CuW与CuCr整体材料，之后对其进行固溶时效处理。由于熔渗过程中合金箔带中的Cr元素向多孔骨架中的填充与浸渗，并与W形成W-Cr固溶体，使骨架与基体铜相之间实现了冶金结合，提高了该整体材料的界面结合强度。
文档编号H01H11/04GK102760597SQ20121021062
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者杨晓红, 梁淑华, 王献辉, 肖鹏, 邹军涛 申请人:西安理工大学