[发明专利]一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)建立Cr的三维骨架模型，3D打印成型；(2)在步骤(1)得到的Cr三维骨架中置入软磁相芯结构；以及(3)将高导电相Cu渗入步骤(2)得到的骨架中。本发明的铜基电接触材料具有有序的磁场微结构单元，能够在起表面产生较大的磁场驱动电弧斑点运动，提高材料的分断电流能力和耐电压击穿能力。

技术领域

本发明涉及铜基复合触头材料技术领域，具体是涉及一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法。

背景技术

目前，国内外在中高压真空开关中广泛采用CuCr合金系列真空触头材料，其中Cu作为导电基体，Cr作为骨架材料，近年来CuCr合金的制备工艺也获得较大的发展，获得了较好的综合机械和电性能已经在中低压各种型号的真空断路器中得到普及，大大推动了我国真空开关的快速发展。

然而，在现有技术中，真空触头材料采用的CuCr合金是通过粉末冶金工艺生产的，其中的耐电弧烧蚀相Cr均为无序状态，无法实现在触头内部的导电电流的定向传导流动，只能通过外部设计实现磁场对真空电弧阴极斑点的有限控制。同时由外部结构产生的磁场强度较低、均降低了额定条件下导电的有效面积，较高的温升导致真空断路器的额定电流能力尚无法满足大电流高电压电网的需求。

因此，发明提出通过3D打印技术制备具有高导电相Cu、耐电弧烧蚀相Cr、软磁相Fe组成的具有导流微结构的复合触头材料，将导流相和耐电弧烧蚀相由无序变为有序，在触头内部形成微小的结构单元，增大电弧存在是的磁场强度和电弧分散能力，进而提高触头的分断电流能力和耐电压击穿能力。基于现有技术的缺陷，提出一种全新的一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法，属于高电压等级复合触头材料的制备方法。

本发明的技术方案为，一种基于3D打印技术制备铜基电接触材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)建立Cr的三维骨架模型，3D打印成型；

(2)在步骤(1)得到的Cr三维骨架中置入软磁相芯结构并进行烧结处理；以及，

(3)将高导电相Cu渗入步骤(2)得到的骨架中。

在本发明中，在步骤(1)中，在计算机中建立耐电弧烧蚀相Cr的三维骨架模型，采用选择性激光烧结技术进行3D打印成型。

在本发明中，在步骤(2)中，将软磁相Fe、Co或者Ni细丝放入步骤(1)制备的Cr三维骨架中。

在本发明中，在步骤(2)中，将含有Fe、Co或者Ni细丝的Cr三维骨架进行烧结处理。

在本发明中，在步骤(3)中，将高导电相Cu通过熔渗方法渗入步骤(2)骨架中制备出可控微结构的铜铬铁触头材料。

进一步的，在步骤(1)中，所述选择性激光烧结是在氩气或者氮气气氛下进行的。

进一步的，在步骤(3)中，所述熔渗是在真空下进行的。

本发明取得了有益的技术效果：

通过本发明的方法获得的复合触头材料即铜基电接触材料具有有序的磁场微结构单元，能够在起表面产生较大的磁场，进而驱动电弧斑点运动，降低电弧对材料表面的烧蚀，提高材料的分断电流能力和耐电压击穿能力。

现有的真空触头材料采用的CuCr合金是通过粉末冶金工艺生产的，其中的耐电弧烧蚀相Cr均为无序状态，无法实现在触头内部的导电电流的定向传导流动，只能通过外部设计实现磁场对真空电弧阴极斑点的有限控制。