阅读说明：本技术 一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法 (Preparation method of CuCr contact material with high Ni content ) 是由 魏鑫 马莹 张亚龙 贾磊 谢辉 陶世平 孙占波 于 2019-11-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法,具体包括以下步骤：步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中,关闭炉门并抽真空至10<Sup>-2</Sup>Pa以下；步骤二：充Ar气至0.05MPa,电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌,熔炼2分钟后停止,待试样冷却后将其上下反转,再次熔炼,重复此过程5-6次,使CrNi合金均匀。本发明解决了现在感应熔炼制备方法存在的Ni添加量低及耐击穿电压强度提高有限的缺点,并且制备工艺简单、能耗较低、所通气氛为常压气氛,提高CuCrNi触头材料中的镍含量,在不降低电导率的前提下提高其耐电击穿电压强度性能,对于提高CuCrNi触头材料的使用电压等级和工业化大规模生产具有很高的价值。(The invention discloses a preparation method of a CuCr contact material with high Ni content, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: putting the weighed Ni powder and Cr blocks into a crucible of a vacuum arc melting furnace, closing a furnace door and vacuumizing to 10 DEG C ‑2 Pa below; step two: and (3) filling Ar gas to 0.05MPa, melting the Ni and Cr blocks by electric arc, electromagnetically stirring, stopping melting for 2 minutes, reversing the upper part and the lower part of the sample after the sample is cooled, melting again, and repeating the process for 5-6 times to ensure that the CrNi alloy is uniform. The invention solves the defects of low Ni addition and limited improvement of breakdown voltage resistance intensity in the existing induction smelting preparation methodThe preparation process is simple, the energy consumption is low, the atmosphere is normal pressure, the nickel content in the CuCrNi contact material is improved, the electric breakdown voltage resistance performance of the CuCrNi contact material is improved on the premise of not reducing the conductivity, and the CuCrNi contact material has high value for improving the service voltage grade of the CuCrNi contact material and realizing industrial large-scale production.)

一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，具体为一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法。

背景技术

作为触头材料，CuCrNi合金由于其较好的耐压强度、抗熔焊等性能被广泛应用于中高压真空断路器中，目前，CuCrNi触头主要采用中频感应熔炼的制备方法，其基本工艺过程是将Cu块和Cr块在中频感应炉中熔化，添加质量百分数小于0.5的Ni粉，搅拌均匀后在铜模中冷却制备成CuCrNi合金，随科学技术的发展，对输变电路中CuCr触头提出了具有更高开断能力的要求，即更高的耐电击穿电压强度，Ni元素的添加可显著提高感应熔炼制备的CuCr触头材料的耐电压强度，但Ni元素添加量超过0.5％时，部分Ni溶入Cu基体中引起CuCr触头材料的导电率急剧下降，不能满足触头材料对电导率的要求，因此，我们提供一种工艺简单、成本低廉且适合工业化生产的高Ni含量CuCr触头材料的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法，具备在保证电导率的前提下提高CuCr触头材料的耐击穿电压强度的优点，解决了现有的CuCrNi触头材料制备方法存在的电导率和耐击穿电压强度较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；

步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；

步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；

步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

优选的，所述在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极。

优选的，所述在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1。

优选的，所述在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1。

优选的，所述在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h。

优选的，所述在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐。

优选的，所述在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min。

优选的，所述在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明解决了现在感应熔炼制备方法存在的Ni添加量低及耐击穿电压强度提高有限的缺点，以Cu粉、Cr、Ni块为原料，通过在真空电弧熔炼制备CrNi合金，随后通过破碎和机械球磨对所制备的CrNi合金进行粉碎，然后与Cu粉均匀混合后真空热压烧结，其对原料和制备设备均无特殊要求，并且制备工艺简单、能耗较低、所通气氛为常压气氛，提高CuCrNi触头材料中的镍含量，在不降低电导率的前提下提高其耐电击穿电压强度性能，对于提高CuCrNi触头材料的使用电压等级和工业化大规模生产具有很高的价值。

附图说明

图1为本发明所制备的高Ni含量的CrNi粉末的X射线衍射图谱；

图2为本发明所制备的高Ni含量CuCr触头材料的放大300倍的扫描电子显微镜图；

图3是本发明所制备的高Ni含量CuCr触头材料的放大5000倍的扫描电子显微镜图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-3，一种高Ni含量CuCr触头材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；

步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；

步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；

步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极；

在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1；

在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1；

在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h；

在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐；

在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min；

在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

实施例一

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极；在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1；在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1；在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h；在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐；在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min；在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

铬、镍块体的质量比为98:2，真空电弧熔炼均匀的合金后破碎，在Ar气气氛保护下球磨成尺寸小于30微米的CrNi粉末，粉末与100微米铜粉混合，按铜粉占总重量55％的比例充分混合，混好的粉末真空热压烧结制备成触头，本实施例与现有的触头相比，耐压强度提高22％。

实施例二

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极；在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1；在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1；在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h；在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐；在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min；在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

铬、镍块体的质量比为95:5，真空电弧熔炼均匀的合金后破碎，在Ar气气氛保护下球磨成尺寸小于30微米的CrNi粉末，粉末与100微米铜粉混合，按铜粉占总重量55％的比例充分混合，混好的粉末真空热压烧结制备成触头，本实施例与现有的触头相比，耐压强度提高61％。

实施例三

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极；在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1；在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1；在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h；在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐；在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min；在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

铬、镍块体的质量比为92:8，真空电弧熔炼均匀的合金后破碎，在Ar气气氛保护下球磨成尺寸小于30微米的CrNi粉末，粉末与100微米铜粉混合，按铜粉占总重量55％的比例充分混合，混好的粉末真空热压烧结制备成触头，本实施例与现有的触头相比，耐压强度提高28％。

实施例四

步骤一：将称量好的Ni粉、Cr块装入真空电弧熔炼炉的坩埚中，关闭炉门并抽真空至10^-2Pa以下；步骤二：充Ar气至0.05MPa，电弧熔化Ni、Cr块体并电磁搅拌，熔炼2分钟后停止，待试样冷却后将其上下反转，再次熔炼，重复此过程5-6次，使CrNi合金均匀；步骤三：将步骤二制得的CrNi合金机械破碎至2mm以下，放入球磨罐中，加入球磨介质和磨球后进行机械破碎和球磨，最后过筛得到尺寸20-30微米CrNi粉末；步骤四：将步骤三制得的CrNi粉末与一定量Cu粉混合，在真空热压烧结炉中烧结制备成CuCrNi触头材料。

在步骤一中的真空电弧熔炼炉为非自耗电极；在步骤三中磨球与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为9-11:1，而且磨球的粒径分为10mm和5mm两种，其放入的质量比为3:1；在步骤三中的球磨介质为无水乙醇，其与步骤二中制得的CrNi粉末的质量比为10:1；在步骤三中球磨罐转速为200r/min-300r/min，球磨时间为1.5h-2.5h；在步骤三中的球磨过程中在球磨罐内充入Ar气进行气氛保护，球磨罐为不锈钢球磨罐；在步骤四中的热压压力为35Mpa，升温速率为10℃/min-15℃/min；在步骤四保温温度为930℃-950℃，保温时间为1.5h-2.5h。

铬、镍块体的质量比为90:10，真空电弧熔炼均匀的合金后破碎，在Ar气气氛保护下球磨成尺寸小于30微米的CrNi粉末，粉末与100微米铜粉混合，按铜粉占总重量55％的比例充分混合，混好的粉末真空热压烧结制备成触头，本实施例与现有的触头相比，耐压强度提高31％。

综上所述：该高Ni含量CuCr触头材料的制备方法，解决了现在感应熔炼制备方法存在的Ni添加量低及耐击穿电压强度提高有限的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。