[发明专利]一种100-200度高压电机散热用铜基自冷材料及其工艺

说明书

本发明公开了一种100‑200度高压电机散热用铜基自冷材料及其工艺。按重量百分比计，合金的组成为：Cr:1.0‑1.2wt.%,Ga:0.4‑0.6wt.%,Ge:0.5‑0.8wt.%,V:0.2‑0.5wt.%,Sn:12.0‑15.0wt.%,Bi:4.0‑5.0wt.%,Pb:12.0‑18.0wt.%,Te:0.2‑0.3wt.%,余量为铜。该材料针对高压电机的极端散热提供了一种材料学上的崭新解决方案，也就是利用材料的自冷却机理来进行高端散热。由于冶炼和加工过程简单，该材料在解决行业难题的同时，也会获得极大的社会价值和经济价值。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铜合金。

背景技术

电机的功率是由电压和电流的乘积决定的。当低压电机的功率增加到一定程度后(如300KW/380V)，由于电流受到导线的承受能力限制而不能进一步增加。如果要获得更大输出功率的电机，就必须采用更高电压来实现。高压电机是指额定电压在1000V以上的电机，通常使用的高电压是6000V和10000V等电压。

高压电机的特点非常明显，除了功率大的特点，还可以具有很强的承受冲击的能力。一般而言，高压电机可以分为：高压同步电机；高压异步电机；高压异步绕线式电动机；高压鼠笼型电机等。高压电机的应用范围非常的广泛，可以用于驱动不同的机械之用。如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其它设备，供矿山、机械工业、石油化工工业、发电机等各种工业中作原动机用。

高压电机由于功率大，必须安装非常有效的散热装置。并且相关的机构必须高度的智能化，能够提前预警来减少损失。一般而言，高压电机中的定子和轴承在工作中非常容易发热，如果散热不及时或者散热效率不达标，很容易由于散热不良导致高压电机的定子和轴承处于温度超标，造成设备损坏。所以，高压电机的散热要求等级是非常高的。此外，还可能由于瞬时大热流的产生而对散热提出更进一步的要求，例如偶然的内部短路等。

常见的散热，分为主动散热和被动散热。主动散热就是采用高导热系数的材料利用热量产生的温度梯度来进行由内而外的传热，从而将体系内产生的热量导出到环境中去。被动散热通常利用风扇等外部机制来提高散热部分的热量导出。目前而言，被动散热技术已经非常成熟，在该领域进行提升的空间已经非常小。相比而言，通过先进的材料设计技术进行更为高效的主动散热已经是目前主要发展方向。

传统的主动散热，经常采用铝合金与铜合金。这两种材料的散热性能，从传统材料的角度来看已经没有很大的提升空间。此外，尽管可以通过对采用这两种材料制备的散热器进行形状优化和功率提升，但是相对于高压电机的散热需求而言，所获得提升远远不能满足预计的需求。因而，开发一种高压电机用主动散热的新型合金材料是目前工业领域亟待解决的难题。

相比铝合金而言，铜合金由于具有更高的传热系数在散热领域有着更为广泛的用途。目前而言，国内外已经开展了对高压电机用散热材料的研发和产业化。但是，这些材料还属于传统的合金材料范围，也就是靠添加适量的合金元素来提高材料的导热系数。这种现有的设计思路在提升高压电机通常工作下的散热性能时，起到了很好的作用。但是，当高压电机中有瞬时大热流产生时，例如内部短路或者由于内部电弧导致的局部高温，在极短时间内并不能表现出明显的降温效果。为了克服这些行业难题，本专利提供了一种高压电机散热用铜基自冷却材料及其工艺。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种100-200度高压电机散热用铜基自冷材料及其工艺。在熔体的冷却过程中，该材料由于发生了液相的调幅分解而分为两种成分不同的液态，随后这两种液态冷却形成了高熔点相和低熔点相。在电机的工作过程中，短时大热流的产生会使得低熔点相发生熔化，变成包裹在骨架状的高熔点相中的液态金属，构成了本专利的自冷却效应。同时，该材料形成的液相可以在不熔化的骨架中进行自然对流而进一步增加散热的效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：