一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法 技术领域：
本发明涉及电触头，特别提供了一种低偏析的真空开关用铜铬触头的制备方法。
背景技术：
随着电触头技术的发展和对真空开关使用性能要求的提高，真空开关用电触头材料已经由银基、钨基或其氧化物基发展到铜铬电触头材料。铜铬合金材料具有较高的耐电压强度、较大的开断电流能力和良好的抗融焊性及低截流性能。是目前应用最广泛的真空开关用电触头材料。
目前，国内生产真空开关用电触头材料有如下方法：(1)粉末冶金法：即将铜粉和铬粉经过混料、压型、真空烧结的工艺先制成坯料，然后再切片复压、复烧制成产品。粉末冶金法的优点是：由于采用传统的粉末冶金生产工艺方法，生产过程简便，生产成本较低。但由于采用混粉压型、烧结的方法，混料中组元之间成份不均匀，导致产品中金相组织不均匀，伴有偏析或富集相存在，产品的致密性较低。同时，由于铬粉的气体含量较高(O2、N2)，导致产品的气体含量较高。另外产品性能也不够稳定。该方法现在正逐渐被其它方法所取代。(2)自耗电极法：即先将铜铬材料制成自耗电极，再将自耗电极在电弧下熔化，通过快速冷却凝制成触头材料。自耗电极法的优点是：所制电触头材料组织致密，晶粒细小，气体含量低、夹杂少，产品性能优良。但因生产设备价格昂贵，工艺复杂、不稳定，生产成本较高，生产效率低，国内还没有进行批量生产。
发明的技术内容：
本发明的目的在于提供一种真空开关用铜铬触头地制备方法，用该方法所制备的电触头材料组织致密，晶粒细小，气体含量低、夹杂少，产品性能优良，同时所用生产设备较为普遍，工艺简单、稳定，生产成本低，从而可以实现批量生产。
本发明提供了一种真空开关用低偏析铜铬触头的制备方法，其特征在于采用真空感应熔炼，直接铸造成片型触头的技术，工艺参数为：真空度小于20Pa，待金属铬完全溶化后，再在1600--1900℃，搅拌精炼10-20分钟，控制浇铸温度1600--1700℃。
本发明的技术特点是：1采用真空感应熔炼技术，待金属完全熔化后， 再在金属铬的熔点附近，甚至稍低的温度进行精炼，使金属铬在熔融的金属铜中溶化，形成假合金；2将浇铸温度控制在较低的水平，由于触头是很薄的片型结构，可以使得所形成的假合金在铸摸中在来不及偏析的情况下迅速冷却，从而制备出了低偏析的铜铬触头。
已有的研究表明，CuCr25比CuCr50的电导率将近提高了一倍，因而电触头允许通过的电流可大幅度通过，但合金中气体含量高了几倍，因而又降低了灭弧效果。若用粉末冶金法生产CuCr合金，要使其电导率合格，气体含量又低，几乎是不可能的。其原因是：为了满足合金的电导率，必须降低Cr含量；而Cr含量降低，必须要求更细的Cr颗粒，否则Cr颗粒之间的间距过大，抗弧能力差；而当Cr变细时，由Cr粉带入的氧、氮含量就增高。真空断路器是利用高真空来灭弧的，如果电触头材料气体含量过高，使用过程中会逐步释放出来，便会使真空度降低，灭弧能力也就随之降低，而达不到真正的使用效果。
因此，本发明特别适用于CuCr25电触头的生产，其中，铬的重量含量为20-30％。
本发明具有下述优点：
1.由于采用感应熔炼加热和铸造技术的方式，金相组织均匀，晶粒细化，产品致密。
2.由于采用真空脱氧的方法，产品的气体含量较低。
3.由于真空感应炉是较为普遍的熔炼设备，工艺控制简单，生产成本低，适合于大批量的工业生产。
附图说明：
图1为熔铸法制备铜铬触头工艺流程；
图2为低偏析CuCr25L的典型金相照片(×100)；
图3为普通CuCr25(美国西屋公司产品)的典型金相照片(×100)；
图4为CuCr50(国产)的典型合金照片(×100)。
具体实施方式：
工艺流程如图1所示，先制造出一定尺寸的模壳；然后将铜料块和铬料块装入坩埚中，再将坩埚装入真空感应炉内，在真空度小于20Pa下，加热至熔化，待合金材料熔化后，再在1600--1900℃进行搅拌精炼，10-20分钟，然后浇入模壳中，浇注温度控制在1600--1700℃，冷却便得到一定尺寸的CuCr触头材料，最后机加工成成品。
实施例1
按25％的铬配料，在1650±50℃搅拌精炼20分钟，浇铸温度控制在1630±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表1。表2还同时给出了普通CuCr50(国产)和CuCr25(美国西屋公司产品)触头材料的物理及机械性能。
表1 CuCr25L合金材料的物理及机械性能合金 Cr (％) Cr颗粒 (μm)气体含量(ppm)密度(g/cm3)硬度(MPa)电导率(MS/m)氧(O) 氮(N)CuCr25L 25 5-15≤350 ≤35≥8.3≥78428-35
表2 CuCr50和CuCr25合金比较 合金 Cr (％) Cr颗粒 (μm) 气体含量(ppm)密度(g/cm3)硬度(MPa)电导率(MS/m)氧(O)氮(N) CuCr50 50 75-150≤500≤50≥7.8784-1176≥15 CuCr25 25 20-40≤3000≤100≥8.1＞70520-29
由表1和表2对比知：低偏析CuCr25L比普通的CuCr25电导率提高了30％，比CuCr50提高一倍多；低偏析的CuCr25L气体含量比普通CuCr25低得多，比CuCr50也低；低偏析CuCr25L的致密性较好，这对提高使用性能很重要；低偏析CuCr25L也克服了CuCr25硬度过低的缺点。
由图2、3、4比较可知：低偏析CuCr25L合金中的Cr颗粒分布比较均匀，与粉末冶金法生产的相当，这说明低偏析技术基本上解决了CuCr合金的凝固偏析问题；三种合金的Cr颗粒尺寸差别很大，低偏析CuCr25L的最细，CuCr25较细，CuCr50很粗。
实施例2
按25％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能 合金 Cr (％) Cr颗粒 (μm) 气体含量(ppm) 密度 (g/cm3) 硬度 (MPa) 电导率 (MS/m) 氧(O) 氮(N) CuCr25L 25 5--15 320 16 8.61 813 35
实施例3
按27％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能 合金 Cr (％) Cr颗粒 (μm) 气体含量(ppm) 密度 (g/cm3)硬度(MPa) 电导率 (MS/m) 氧(O) 氮(N)CuCr25L 27 5--15 140 26 8.61 813 35
实施例4
按23.2％的铬备料，在1900℃搅拌精炼10分钟，浇铸温度控制在1730±10℃，制备出CuCr25L触头材料，物理及机械性能见表3。
表3 CuCr25L合金材料的物理及机械性能 合金 Cr (％)Cr颗粒(μm)气体含量(ppm)密度(g/cm3)硬度(MPa)电导率(MS/m)氧(O)氮(N)CuCr25L 23.25--15180328.5381333