[发明专利]一种高硬度高电导率梯度结构Cu-Cr合金触头的制备方法

说明书

本发明提供一种高硬度高电导率梯度结构Cu‑Cr合金触头的制备方法，包括如下步骤：选择Cr含量在20～60wt.％的两块Cu‑Cr合金基材分别作为静端和动端；将激光原位设备的激光参数调整至等于或大于常规激光扫描时参数的1/3，然后使激光器产生连续激光对静端表面层进行激光扫描；将激光参数调整至等于或低于常规激光扫描时参数的1/3，然后使激光器产生连续激光对动端表面层进行激光扫描，扫描完成后取下动端；以两块熔覆层厚度不同的触头组成方式来作为同一真空灭弧室的静端和动端，且静端的熔覆层厚度大于动端的熔覆层厚度。本发明使触头材料的接触电阻、耐冲击电压值与容性负载开断能力产生变化，可以满足动、静触头设计的专业要求，提升综合开断能力。

技术领域

本发明属于材料科学与表面工程技术领域，特别涉及一种高硬度高电导率梯度结构Cu-Cr合金触头的制备方法。

背景技术

Cu-Cr合金触头广泛用于中高压真空灭弧室中，真空灭弧室的开发是一项系统工程,如果能够将触头材料的研发与真空开关管的结构、设计及开关机构等的改进相结合，就有可能实现真空灭弧室性能的极大提升。特别能够解决在电压高于12kV时，真空灭弧室开断短路电流及传切背靠背电容器组会因过电压和涌流导致接触熔焊问题。

目前，细化Cu-Cr合金表面显微组织的方式主要包括电老炼、镀膜和电子束表面改性等方法。

电老炼技术的发展已有数十年的历史，工艺方法较成熟，但老炼效率低不均匀，老炼面积仅为30％，老炼深度＜40μm。此外，其注入单片触头上的能量较大，均大于10kJ，因此在老炼过程中会出现降低真空灭弧室绝缘水平的现象，并且老炼效果无法控制，只能在极有限的范围内增强性能。

真空电弧镀膜法将真空腔抽真空至1.5x10^-2Pa以下，选定电弧离子镀靶材，电弧蒸发出的靶材粒子沉积在Cu-Cr合金表面，然后进行退火处理，退火温度为400℃，保温时间为1.5h。涂层厚度小于10μm，该方法工艺复杂且对设备的要求高，制作过程耗时长(单片耗时＞1.5h)，而且冲击电压的提升效果不可知，形成的涂层易脱落且对环境有污染。

脉冲电子束机器对Cu-Cr合金进行表面合金化和表面重熔，通过照射不同的次数使改性层硬度显著提升。但改性层不能全表面层覆盖，易产生裂纹，而且电子束机器价格昂贵(＞1千万)，同时需要在高真空环境中进行作业，无法适应大规模生产线的需要。

综上所述，目前常用方法至少存在改性层厚度小(均＜50μm)、可控性低、覆盖率低、能耗大等缺陷，难以满足工业应用需求，也不能满足灭弧室设计人员的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高硬度高电导率梯度结构Cu-Cr合金触头的制备方法。

特别地，本发明提供一种高硬度高电导率梯度结构Cu-Cr合金触头的制备方法，包括如下步骤：

步骤100，选择Cr含量在20～60wt.％的两块Cu-Cr合金基材分别制成的触头，对其表面进行打磨和清洁；

步骤200，将其中一块触头作为静端，另一块触头作为动端，先将静端放置在惰性气体保护仓内的工作台上，并通过激光原位设备的控温夹具固定在其工作区内；

步骤300，将激光原位设备的激光参数调整至等于或大于常规激光扫描时参数的1/3，然后使激光器产生连续激光对静端表面层进行激光扫描；

步骤400，由控制温夹具上取下扫描完成后的静端并更换上动端，将激光参数调整至等于或低于常规激光扫描时参数的1/3，然后使激光器产生连续激光对动端表面层进行激光扫描，扫描完成后取下动端；

步骤500，重复前述步骤制作出所有触头，并以两块熔覆层厚度不同的触头组成方式来作为同一真空灭弧室的静端和动端，且静端的熔覆层厚度大于动端的熔覆层厚度。