一种低压电器用Cu-VB2-La触头材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低压电器用Cu-VB2-La触头材料及其制备方法 (Cu-VB for low-voltage electrical apparatus2-La contact material and preparation method thereof ) 是由 杨丛涛 于 2020-12-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种低压电器用Cu-VB-2-La触头材料及其制备方法,解决了铜基触头长期使用接触电阻高且在电弧烧蚀下,烧损比较严重的问题,配方按重量组成如下：VB-2：40％-60％；La：0.2-0.3％,余量为Cu；其中Cu和La的重量比为99.5：0.5。其制备方法需将高熔点的VB-2制备成多孔骨架,利用毛细管力将液态Cu渗入到骨架中来实现。该触头材料应用于低压电器,能够在长期使用条件下,触头间接触电阻低而稳定,同时具有良好耐电弧烧蚀的特性。(The invention discloses a Cu-VB for a low-voltage electrical apparatus 2 The La contact material and the preparation method thereof solve the problems that the copper-based contact has high contact resistance after long-term use and has serious burning loss under arc ablation, and the formula comprises the following components in parts by weight: VB 2 : 40% -60%; la: 0.2-0.3%, and the balance of Cu; wherein the weight ratio of Cu to La is 99.5: 0.5. the preparation method needs VB with high melting point 2 Preparing a porous framework, and infiltrating liquid Cu into the framework by utilizing capillary force. The contact material is applied to low-voltage electrical appliances, can be used for a long time, has low and stable contact resistance between contacts, and has good arc ablation resistance.)
技术领域
本发明涉及到一种低压电器用Cu-VB2-La触头材料及其制备方法。
背景技术
触头是低压电器的核心部件，起着接通、承载以及分断电流的任务，其优劣直接影响低压电器的安全性和可靠性。常规的低压电器用触头材料多以银为基体加入氧化物、碳化物、镍、钨、石墨等添加物形成假合金，以满足电器的使用要求。但银存在熔点、沸点较低、价格昂贵等缺点，所以人们一直寻找替代银的触头材料。
铜的导电和导热性能仅次于银，价格仅为银的1％左右，是最有可能的代银材料。但是铜在空气中容易和氧反应生成不导电的氧化铜或氧化亚铜，长期使用的条件下，触头间的接触电阻急剧升高，导致产品失效。另外，铜与银类似，熔点、沸点较低，所以在电弧烧蚀下，烧损比较严重。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种低压电器用Cu-VB2-La触头材料，该触头材料应用于低压电器，能够在长期使用条件下，触头间接触电阻低而稳定，同时具有良好耐电弧烧蚀的特性，解决了铜基触头长期使用接触电阻高且在电弧烧蚀下，烧损比较严重的问题。
本发明采用如下技术：一种Cu-VB2-La触头材料，配方按重量组成如下：VB2：40％-60％；La：0.2-0.3％，余量为Cu；其中Cu和La的重量比为99.5：0.5。
本发明还提供如上所述的一种Cu-VB2-La触头材料的制备方法，步骤如下：
混粉步骤：按配方将VB2粉、La粉和占全部铜重量的50％的铜粉，混合均匀；
压制步骤：将混合后的粉料压制成板料；
烧结步骤：将板料在还原性气氛下烧结成多孔骨架板料；
熔渗步骤：将剩余重量的液态Cu渗入到多孔骨架板料中熔渗；
热轧步骤：将熔渗后的板材进行热轧得到规定的尺寸；
退火步骤：将板料在保护气保护下退火后，进一步加工成触头材料。
本发明还具有如下技术特征：
1、如上所述的混粉步骤具体为：按如上配方将平均粒度为0.5-3μm的VB2粉、-200目La粉和占全部铜重量的50％的-200目铜粉，球磨混合4h。
2、如上所述的烧结步骤具体为：板料在还原性气氛下980℃烧结2h制备成多孔骨架。
3、如上所述的熔渗步骤具体为：将剩余重量的铜放置在多孔骨架板料上表面或下表面，在1150℃熔渗0.5h。
4、如上所述的退火步骤具体为：将板料在保护气保护下退火1h，退火温度850℃。
5、如上所述的制备方法还最后包括抛光步骤：将触头材料与白刚玉磨料混合，加入抛光膏，抛光0.5-1.5小时。
本发明的优点及有益效果如下：本发明的触头材料具有良好的耐电弧烧蚀能力，其制备方法需将高熔点的VB2制备成多孔骨架，利用毛细管力将液态Cu渗入到骨架中来实现；另外，VB2具有优良的导电性和抗氧化性，其空气中抗氧化的温度超过1000℃，这样即使基体铜发生氧化，足量的VB2也能保证触头间接触电阻的低而稳定，从而解决铜基触头的抗氧化问题。添加物La的加入能够降低液态Cu与VB2之间的润湿角，从而保证熔渗的质量、避免微小孔隙的残留。本发明制备的触头电阻率小于2.80μΩ·cm，密度大于6.09g/cm3，材料的孔隙率小于0.5％。
具体实施方式
下面举例对本发明作进一步说明：
实施例1
按重量含量制作VB2：40％；La：0.3％；铜余量的触头材料，其中Cu和La的重量比为99.5：0.5。
步骤1、混粉：称量-200目铜粉29.7Kg、平均粒度为3μm的VB2粉40Kg，-200目La粉0.3Kg，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是5：1；
步骤2、压制：油压机将混合均匀的粉料压制成70×300×5mm的坯料，每个板料重量为0.504Kg。
步骤3、烧结：坯料板料在氩气保护下980℃烧结2h；
步骤4、熔渗：将0.216Kg的铜板放置在石墨烧舟内，上面放置烧结后的单独板料，在1150℃氨分解气氛下熔渗0.5h后，冷却到室温；
步骤5、热轧：将熔渗后的板材进行热轧到2.2mm厚；
步骤6、退火：将板料在保护气保护下退火1h，退火温度850℃；
步骤7、冷轧：将板料冷轧到2.0mm；
步骤8、冲裁；将板料冲裁成4×6×2的零件；
步骤9、整形：将零件整形成4×6×2/R30的尺寸；
步骤10、抛光：整形后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
最终得到的VB2：40％；La：0.3％；铜余量的触头：密度：大于6.8g/cm3；电阻率：小于2.30μΩ·cm；应用于额定电流100A的MCCB中，电寿命1万次后，触头磨损小，温升小于55K。
实施例2
按重量含量制作VB2：60％；La：0.2％；铜余量的触头材料，其中Cu和La的重量比为99.5：0.5。
步骤1、混粉：称量-200目铜粉19.8Kg、平均粒度为3μm的VB2粉60Kg，-200目La粉0.2Kg，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是5：1；
步骤2、压制：油压机将混合均匀的粉料压制成70×300×5mm的坯料，每个板料重量为0.517Kg。
步骤3、烧结：坯料板料在氩气保护下980℃烧结2h；
步骤4、熔渗：将0.129Kg的铜板放置在石墨烧舟内，上面放置烧结后的单独板料，在1150℃氨分解气氛下熔渗0.5h后，冷却到室温；
步骤5、热轧：将熔渗后的板材进行热轧到2.0mm厚；
步骤6、退火：将板料在保护气保护下退火1h，退火温度850℃；
步骤7、冷轧：将板料冷轧到1.8mm；
步骤8、冲裁；将板料冲裁成5.5×7×1.8的零件；
步骤9、整形：将零件整形成5.5×7×1.8/R30的尺寸；
步骤10、抛光：整形后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
最终得到的VB2：60％；La：0.2％；铜余量的触头：密度：大于6.1g/cm3；电阻率：小于2.80μΩ·cm；应用于额定电流225A的MCCB中，经过50K的电流分断三次后，做电寿命150次，触头温升小于65K。
实施例3
按重量含量制作VB2：50％；La：0.25％；铜余量的触头材料，其中Cu和La的重量比为99.5：0.5。
步骤1、混粉：称量-200目铜粉24.75Kg、平均粒度为3μm的VB2粉50Kg，-200目La粉0.25Kg，放入球磨混粉机中进行混粉4h，球料比是5：1；
步骤2、压制：油压机将混合均匀的粉料压制成70×300×5mm的坯料，每个板料重量为0.511Kg；
步骤3、烧结：坯料板料在氩气保护下980℃烧结2h；
步骤4、熔渗：将0.170Kg的铜板放置在石墨烧舟内，上面放置烧结后的单独板料，在1150℃氨分解气氛下熔渗0.5h后，冷却到室温；
步骤5、热轧：将熔渗后的板材进行热轧到2.7mm厚；
步骤6、退火：将板料在保护气保护下退火1h，退火温度850℃；
步骤7、冷轧：将板料冷轧到2.5mm；
步骤8、冲裁；将板料冲裁成8×10×2.5的零件；
步骤9、整形：将零件整形成8×10×2.5/R40的尺寸；
步骤10、抛光：整形后的零件放入离心光饰机中，并加入同等重量的氧化铝磨料抛光1h。
最终得到的VB2：50％；La：0.25％；铜余量的触头：密度：大于6.4g/cm3；电阻率：小于2.60μΩ·cm；应用于额定电流400A的MCCB中，极限分断100K的电流后，触头磨损小。
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