[发明专利]一种CuCr合金零件表面晶粒细化的方法

说明书

本发明公开了一种CuCr合金零件表面晶粒细化的方法。该方法包括下述步骤：在氧含量≤1000ppm的气氛下，将经“激光束扫描熔化处理”、骤冷处理后的CuCr合金零件经时效热处理，即可；其中：激光束扫描的速度mm/s和CuCr合金零件中Cr的质量百分比之比＜400:30；骤冷处理中，降温速率≥10³℃/s；时效热处理的温度为400‑550℃、但不为550℃，时效热处理的保温时间为3‑5h。本发明以传统CuCr合金零件为坯料，可仅对坯料表层进行细晶强化，大大地缩短了工艺时间，生产效率得到了极大的提高，是一种低成本细晶CuCr合金零件的批量制备方法。

技术领域

本发明涉及一种CuCr合金零件表面晶粒细化的方法。

背景技术

CuCr触头是真空灭弧室中的核心部件，其材料组织性能对于真空断路器有着极为重要的影响，通过细化铬颗粒能够提高触头的耐电压、开断能力，有效降低截流值，是优化真空灭弧室综合电性能的重要方法。

目前所采用的雾化制粉和混粉烧结的联用工艺虽然能够有效降低CuCr触头中铬相的尺寸，但是粉末冶金工艺存在组织致密度低的缺陷，影响CuCr触头的开断性能，并且雾化制粉过程成本较高，提升了制备触头的成本。

此外，目前还采用选区激光熔化的3D打印方法制备CuCr触头，虽然能够得到细晶组织，但该方法对原材料要求高，且工艺效率低，因此，不仅成本高，且不适宜于工业批量化生产。

现有的高能束熔覆来制备CuCr细晶触头，具体工艺如下：取CuCr合金坯料、Cu粉、Cr粉，①混粉：将Cu粉、Cr粉两种原材料按照按比例称重，采用混粉设备经过一定时间进行均匀的混合，得到CuCr混合粉；②基体材料准备：将准备熔覆的CuCr合金坯料清洗干净，加工成所需的形状；③高能束熔覆：将混合好的CuCr混合粉铺覆在CuCr合金坯料表面，采用高能束(其功率为3kw-9kw、扫描速度为6mm/s)垂直于CuCr合金坯料表面进行扫描，使得铺覆的CuCr混合粉熔化与坯料结合；④热处理：对熔覆后的样品进行热处理(650-850℃，保温2-4h)，去除应力，同时通过时效使得过饱和的铬相析出，提高电导率；⑤整形：由于热应力的释放导致了样品的翘曲变形，因此必须压制调整其平行度；⑥成品加工：所得的样品坯料按照图纸要求进行加工。

采用高能束熔覆的方法来制备CuCr细晶触头工艺简单，适合工业批量化生产，但是其存在下述缺陷：①对于形状特殊的样件，存在铺粉厚度不均的现象，造成最终熔覆层厚度一致性差；②对于粉末的要求较高，除了粒度、气体含量、形状等要求外，对于混合粉在铺粉过程因为两种粉末的流动性不同，将导致成分偏析；③所铺粉末中存在大量的空隙，熔化后会因为快速冷却来不及逸出而在熔覆层中形成气孔缺陷、导致组织致密性差；④受限于工艺，熔覆层与基体材料的结合强度低；⑤由于熔覆层厚度较厚，因此需要更大的高能束扫描功率来熔化熔覆层，导致了在基体中产生较大的热应力，引起翘曲变形；⑥由于熔覆层粉末与基体没有形成冶金结合，高能束扫描过程热量传递较慢，因此，熔覆层凝固冷却速度较慢，形成的铬相相对较粗大(5-10μm)。

因此，如何获得表层致密(表层得到亚微米级的Cr相)，且工艺简单、成本低、适宜于工业批量化生产的CuCr合金零件(例如CuCr触头)是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中CuCr触头表面晶粒细化的方法要么工艺成本高、工艺效率低；要么熔覆层中存在气孔、致密度低，导致无法满足使用要求；而提供了一种CuCr合金零件表面晶粒细化的方法。本发明可在传统CuCr触头制备工艺(如混粉烧结、真空熔渗、电弧熔炼、真空感应熔炼等)的基础上进行铬相细化，通过“骤冷”在激光选区熔化传统工艺制备的CuCr触头的燃弧面表面形成细晶层，得到了铸态的细晶层，提升了CuCr合金零件(例如CuCr触头)的综合性能。此外，本发明以传统CuCr合金零件(例如CuCr触头)为坯料，极大的降低了制造成本，而且由于可仅对表层进行细晶强化，大大地缩短了工艺时间，因此生产效率得到了极大的提高，是一种低成本细晶CuCr合金零件(例如CuCr触头)的批量制备方法。