钨渗铜材料在真空高压开关上的应用
2019-05-29 21:10:18
钨渗铜材料在真空高压开关上的运用 为习惯高压真空开关抗熔焊、耐电蚀、高电导、低含气量等要求,对传统的加工技术作了一系列改善,选用纯钨粉经模压成型、高温烧结,然后一次完结渗铜和覆铜。成果表明,钨骨架强度高,钢呈网状散布,基体安排细微均匀,气体含量低,覆铜层与钨铜基体结合严密,然后满意了运用要求,下降了本钱,取得了1 钨铜复合材料电触头在高压开关上现已运用多年,特别以高压SF6、空气和油介质、大电流断路器上用量较大[1],它们都选用混粉限制烧结及熔渗技术加工,组分以20%~30%Cu+80%~70%W(质量分数,下同)居多。近年来,真空高压开关发展迅速,它对触头材料的要求较高,除满意一般开关功能外,因为真空中触头表面特别洁净,比在空气中更简略熔焊,故要求具有更高的抗熔焊性、足够高的耐电压强度、尽量低的截止电流和极低的含气量[2]。现在市场上有些触头材料组分为90%W+10%Cu,因为选用上述办法加工,功能较差,在运用中从前呈现过熔焊现象。而本文所指的钨渗铜材料原是一种发汗冷却型的固体火箭发动机(SRM)喷管喉衬材料,其组分正好也是90%W+ 10%Cu,用高纯钨粉经冷等静压成型、高温烧结、熔渗技术加工[3~5],材料纯度高,含气量低,钨骨架强度高,安排细微均匀,铜呈网状散布。钨渗铜材料的功能特别适宜真空高压负荷开关触头的要求,可是按传统的喉衬加工技术,材料利用率低,本钱高,为此作了一系列改善,开宣布钨铜(10)触头材料,批量投放市场,取得较好的经济效益。2 首要技能目标钨铜(10)触头材料首要技能目标见表1。表1 钨铜(10)触头材料首要功能目标Tab.1 Major properties of W-Cu(10) contact material化学成分Cu/% W/% N2/10-4% O2/10-4% 密度硬度/Mpa电导率/MS·m-110±2 余 <8 <50 ≥16.3 ≥2 250 ≥203 限制成型技术研讨钨粉硬度高、流动性差,限制成型性差。为了取得具有必定强度、必定相对密度的钨骨架,挑选适宜的限制技术很重要。关于形状简略的薄片状触头来说,假如选用冷等静压成型,设备出资大,材料利用率低。选用机械模压成型,首要是模具空隙和钨粉粒度的选取。模具空隙过小,脱模困难;空隙过大,钨粉简略划伤模具,使压坯发生裂纹。经重复实验和改善,确认了合理的模具制作空隙和脱模空隙。钨粉过细,限制成型简略,烧结时却简略构成闭孔,使渗铜不均匀,导致抗热震性和抗烧蚀功能下降;钨粉太粗,限制成型困难,钨骨架强度下降,铜在高温下的蒸腾量大,触头烧损严峻。粒度相同的钨粉,得到相对密度相同的压坯,机械限制所需的压强比等静压大,为了进步钨粉的成型性,能够选用混粉限制,也能够增加成型剂。经实验,经过恰当调整钨粉粒度和松装密度,也可取得较好的成型作用。在限制压强不变的情况下,保压时刻能够缩短。经过进步限制密度,能够恰当下降烧结温度。4 烧结技术研讨烧结多孔钨骨架是制作钨铜(10)材料的要害工序。高温烧结简略去除杂质,确保电导率和气体含量到达目标要求。选用活化烧结尽管能够下降烧结温度,可是关于多孔钨骨架不宜选用,因为它不简略操控孔隙度,活化剂一般会下降电导率。挑选烧结温度首要考虑钨粉的粒度巨细、粒度散布和限制密度等要素。温度过低,孔隙度高,使产品密度和硬度偏低;温度过高,孔隙度低,则含铜量削减,导致产品密度高,电导率下降,为此,烧结温度一般在1 600℃~2 200℃范围内选取。欲到达相同的烧结密度,经过进步烧结温度,能够缩短烧结时刻,进步工效;延伸烧结时刻,能够下降烧结温度。相对来说,烧结密度对烧结温度更灵敏些。5 渗(覆)铜技术研讨渗铜可在真空炉或维护炉中进行。熔渗时,铜液上升高度与铜液表面张力成正比,与其粘度成反比。渗铜温度过高或过低都影响浸透作用。渗铜后冷却速度对覆铜层质量有很大影响,冷却速度过快简略发生气孔和裂纹;一起,因为炉温的不均匀性,产品覆铜层厚度不简略均匀共同,因而渗铜后有必要选用特殊的冷却技术。为了简化工序,可在一次热循环完结渗铜和覆铜工序。6 钨铜(10)触头材料的功能对10批次产品进行理化分析,成果如下:铜含量为9.8%~11.2%,氧含量为3×10-4%~19×10-4%,氮含量为1×10-4%~4×10-4%;密度为16.75 g/cm3~17.14 g/cm3;布氏硬度为2 565 MPa~2 685 MPa;电导率为22.0 MS/m~24.4 MS/m。均契合技能条件要求。产品的金相安排如图1、图2所示,其金相安排细微均匀,不存在大于200μm的铜相或钨相集合区,铜呈网状散布,覆铜层与钨铜基体结合严密。图1 钨骨架断口SEM相片 3 600×Fig.1 SEM fracture photograph of tungsten skeleton图2 钨铜(10)断口SEM相片 3 600×Fig.2 SEM fracture photograph of W-Cu(10)7 用户运用情况钨铜(10)触头材料,经国内十多家用户理化检测,各项功能目标均契合技能条件要求,并安装于多种管型的真空灭弧室,按GB3804、GB11022等国家标准,在国家高压电器检测中心顺畅地经过了开断、绝缘、动热安稳、机械寿数、温升、异项接地等悉数方式实验,彻底满意运用要求,被各用户列入定点供货单位。8 定论开发的钨铜(10)触头材料,选用纯钨粉作质料,经机械模压成型、氢炉高温烧结、维护渗(覆)铜技术加工。多孔钨骨架强度高,气体含量低,基体安排细微均匀,铜呈网状散布,覆铜层与钨铜基体结合严密,加工技术先进,产品质量安稳牢靠。在开发钨铜(10)材料过程中,对传统的钨渗铜技术作了一系列改善,简化了工序,下降了本钱,既满意运用要求,又进步了经济效益,在技能上具有新颖性和实用性。
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