[发明专利]一种直接成形制备钨铜或钼铜高压触头材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高压开关电器触头材料技术领域，具体涉及一种直接成形制备钨铜或钼铜高压触头材料的方法。

背景技术

钨铜基或钼铜基合金由高熔点，高硬度的钨或钼和高导电、导热率的铜所构成的假合金，具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性和高强度、高硬度等优点，是广泛用于各类超高压、高压、中压断路器、变压器转换开关、真空接触器、负荷开关的触头材料。目前，这类触头的主要制备方法有以下几种：

一、混合-压制烧结法，这是一种传统的粉末冶金工艺，首先将钨粉或钼粉和铜粉按一定的比例配料，然后进行混和，同时加入润滑剂，混合后进行成形、烧结，烧结一般有两种方法，一种是非液相烧结，即压块在低于铜的熔点下烧结，在烧结过程中没有液相产生；另一钟是液相烧结，即烧结温度高于铜的熔点。这种方法要求很高的压制压力，单位压力甚至超过了10吨/平方厘米，使磨具的损耗和磨损很严重，给生产带来很大困难。而且，这种方法制备的材料的的物理，电气和机械性能依然不够理想；二、熔渗法，将钨粉或钼粉制成压胚，或者将添加有少量铜的钨或钼粉制成压胚，并将熔渗金属铜与钨或钼压胚叠置在一起，然后在还原性气氛或真空中，在高于铜熔点的温度下烧结，在烧结过程中，依靠毛细管作用，使熔融的铜渗入钨骨架。这种方法制备出的材料的密度一般为理论密度的97～98％。目前，这种工艺已经在一些大中型高压断路器和真空开关用钨或钼基触头生产中推广。这种熔渗烧结工艺制备过程中，液相铜仅靠钨或钼骨架孔隙的毛细管作用渗入，铜凝固相分布粗大且不均匀，且高温烧结又会使钨或钼颗粒聚集长大，形成粗大不均匀组织。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直接成形制备钨铜或钼铜高压触头材料的方法，简化了工艺过程，克服了铜基座的高温变形，铜凝固相分布精细且均匀，降低冷喷涂的设备成本，提高了工作过程的安全性，适于在线加工，节约了喷涂成本。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种直接成形制备钨铜或钼铜高压触头材料的方法，包括以下步骤：

第一步，按照高压触头的成份配比将原料粉末均匀混合，成分包括质量百分比为20-80％的铜，0-10％的碳，0-5％的镍，20-80％的钨或20-80％的钼，碳与镍作为钨铜或钼铜触头的添加剂使用，碳的存在形式为石墨、碳黑或碳管，

第二步，将混合好的原料粉末输入冷喷涂系统的送粉系统，采用常温或经过加热的气体进行喷涂，加热的气体温度为100～600℃，原料粉末在1.5～3.5Mpa高压气体的作用下，碰撞铜基体发生塑性变形，进而沉积在铜基座表面形成高压触头材料，气体为空气、工业氮气或工业纯氩气，

所述的冷喷涂系统包括高压气源、气体加热器、高压送粉器、气体调节控制系统和喷枪，高压气源与气体调节控制系统的输入连通，气体调节控制系统的第一输出经气体加热器与喷枪的后部混合室连通，体调节控制系统的第二输出经高压送粉器与喷枪的后部混合室连通，喷枪采用缩放型拉瓦尔喷枪，

第三步，将形成的钨铜或钼铜高压触头材料直接使用或在1000-1400℃退火30-60分钟后使用。

本发明的工作原理为：

高压气源产生的高压气体经过气体调节控制系统后分别进入高压送粉器和气体加热器，随后触头材料原料粉末颗粒流与预热后的气流进入喷枪的后部混合室，混合后经导管进入缩放型拉瓦尔喷枪，工作气体是带动粒子产生高速的介质，在进入喷管前被加热器预热到100～600℃，经过喷枪的缩放，载气温度急剧降低，压力从1.5～3.5Mpa膨胀到常压，并形成一种超音速气流对颗粒产生拖拽作用，最后使粉末颗粒速度达到冷喷涂涂层所需要的临界速度500～1000m/s撞击基材并发生强烈的塑性变形而在铜基体表面沉积形成高压触头。

由于本发明采用冷喷涂直接成形，具有以下特点：

(1)冷喷涂过程没有高温，并且不需后续压力加工和焊接过程，达到简化工艺过程的目的。

(2)没有过多的热量传递到铜基体的表面，减少了热应力，从而克服了铜基座的高温变形。

(3)喷涂过程不需要高温热源，大大降低冷喷涂的设备成本，提高了工作过程的安全性，适于在线加工。

(5)在喷涂过程中能回收和再次利用涂层粉末，大大节约了喷涂成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细描述。

实施例1

一种直接成形制备钨铜高压触头材料的方法，包括以下步骤：