铜钨_铬青铜整体触头的真空烧结熔渗

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1、铜钨/铬青铜整体触头的真空烧结熔渗王新刚1,温久然1,朱金泽2,周宁2（1.长安大学材料科学与工程学院，陕西西安710054；2.陕西斯瑞工业有限责任公司，陕西西安710068）摘要:采用真空烧结熔渗方法制备了CuW80/CuCr0.5自力型整体触头，测试了CuW合金的理化性能以及CuW/CuCr结合面的抗拉强度，对比了不同工艺制备的CuW80/CuCr0.5触头抗拉强度值。结果表明，真空烧结CuW80/CuCr0.5触头中的CuW80合金具有良好的性能，其致密度可达98.9%以上，CuW/CuCr结合面的抗拉强度最高，可以达到3

2、95MPa以上，能够满足高压及超高压开关的技术要求。真空烧结的CuW80/CuCr0.5触头组织均匀、致密，结合面洁净，无气孔、杂质，Cu相之间连通并均匀的包覆在W颗粒周围，这是导致其结合强度高的主要原因。关键词:CuW/CuCr整体触头；真空熔渗；结合强度中图分类号:TG146.4+11文献标识码:A的强度及弹性。此外，在焊接时，界面形状必须简单，复杂界面无法实现焊接。整体烧结熔渗工艺是将尾部铬青铜熔化后与铜钨触头熔接在一起，这种技术不受结合面形状的限制，可以根据结合面受力情况及电性能的需要，设计成各种不同形式的结合面，提高了铜

3、钨触头与尾部铬青铜的结合强度及可靠性[9]。整体烧结熔渗工艺一般采用氢气或氮气气氛中烧结CuW/CuCr触头，很少采用真空烧结熔渗工艺。气氛烧结熔渗的工艺特点决定了CuW触头的致密度较差，CuW与CuCr结合面上常常会存在气孔，影响连接强度，难以满足高强度高压开关对整体触头的要求。为了提高CuW/CuCr触头的综合性能及结合强度，采用真空烧结及熔渗工艺制备了CuW80/CuCr0.5整体触头，测试了铜钨触头理化性能及结合面的强度，观察了结合面的金相组织，对比了不同工艺制备的CuW80/CuCr0.5整体触头抗拉强度值，分析了真空烧

4、结CuW80/CuCr0.5整体触头结合强度高的原因。前言0高压六氟化硫开关灭弧室中的自力型动、静弧触头通常采用铜钨合金与铬青铜连接而制成的。在铜钨/铬青铜触头材料中铜钨部分具有良好的抗电弧烧蚀性能、抗熔焊性能、低的截流值，而尾部铬青铜具有较高的导电、导热性能和高的弹性，自力型触头就是利用了触头材料本身在高弹性变性时产生的变形力为触指的电接触提供可靠的接触压力，并利用自身高导电性达到长期承受电流的目的[1]。由于高压开关在使用过程中的快速开合会在CuW/CuCr界面处产生很高的拉应力，当应力高于结合强度时会发生CuW合金头的脱落，

5、从而引起开关的失效[2]。因此对于整体式CuW/CuCr触头材料不仅要求其具有良好的理化性能，更应有高的抗弯强度及高的界面结合强度。随着高压输变电网络负荷日益增加、控制系统不断发展，对整体式CuW/CuCr触头材料的要求也将更高。目前，国内外制造CuW/CuCr触头材料常用的方法有钎焊[3]、电子束焊[4-5]、热等静压扩散连接[6]及整体烧结熔渗法[7-8]。试验证明，在焊接时Cr极易吸气，会造成焊缝夹渣、气孔等缺陷，降低了焊缝处连接强度。同时由于焊接过程中的热影响使得焊缝附近的铬青铜材料处于退火软化状态，降低了铬青铜试验方法原

6、材料原材料选用中等粒度的FW-1钨粉，纯度为11.199.8%；电解铜粉FTD-2，纯度为99.8%，粒度小于收稿日期:2007-05-31图1CuW80/CuCr0.5整体触头结合面的金相组织30第22卷0.076mm；QCr0.5铬青铜棒，含铬量为0.82%(质量分数)。表2CuW80/CuCr0.5试样抗拉强度值抗拉强度MPa延伸率%编号断口位置钨粉及铜粉的预处理钨粉及铜粉中的氧含量会影响CuW产品的熔渗质量，严重时可导致铜渗不进钨坯块中，并影响CuW材料的使用性能。因此需对钨粉及铜粉进行除氧处理，即在1000℃±10℃的流

7、动高纯氢气中对钨粉还原1~2h，在250℃±10℃流动高纯氢气中对铜粉还原1~2h。1.2铬青铜端142618.2结合面23953.6铬青铜端341518.3铜端断裂，说明结合面的强度高于铬青铜的强度。真空烧结CuW80/QCr0.5整体触头的结合强度平均值达412MPa，远高于GB/T8320-2003标准中规定的整体触头结合面强度值185MPa，也远高于国内高压开关厂所要求的216MPa值，高于国外电力设备公司的高压开关弧触头结合强度标准值343MPa，表明真空烧结CuW80/QCr0.5整体触头完全能满足国内外高压开关厂的使

8、用要求。试样的压制烧结工艺原材料→混粉→压制成型→真空烧结及熔渗→铬青铜端固溶时效→试样加工。按上述方法制备出CuW80与铬青铜结合的#6mm抗拉试棒及4mm×10mm×50mm的CuW80抗弯试块。使用HB-3000型布氏硬度计测定铜钨触头及铜青