石墨烯改性CuW80触头材料制备及组织性能研究

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1、硕士学位论文石墨烯改性CuW80触头材料制备及组织性能研究STUDYONPREPARATION,MICROSTRUCTUREANDPERFORMANCEOFGRAPHENEMODIFIEDCuW80ALLOYASCONTACTMATERIALS张璐哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：546密级：公开工学硕士学位论文石墨烯改性CuW80触头材料制备及组织性能研究硕士研究生：张璐导师：邵文柱教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Clas

2、sifiedIndex:TB34U.D.C:546DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPREPARATION,MICROSTRUCTUREANDPERFORMANCEOFGRAPHENEMODIFIEDCuW80ALLOYASCONTACTMATERIALSCandidate：ZhangLuSupervisor：Prof.ShaoWenzhuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceSchoolo

3、fMaterialsScienceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要CuW80电触头因其优异的耐机械磨损以及抗电弧烧蚀性能，广泛地应用在SF6断路器当中。但现役的CuW80电触头已经无法满足新型SF6断路器“实际工程全寿命周期内免维护”的要求。因此，对现役电触头材料进行优化，在保持其他性能基本不变的情况下，提高其耐机械磨损性能以及抗电弧烧蚀性能，是目

4、前急需解决的问题。石墨烯因其独特的晶体结构特征而具有非常优异的电学和机械性能，利用石墨烯的突出特性进行金属基复合材料改性将为现役SF6高压断路器用电触头材料性能的进一步改进提供新的研究方法和思路。本文对我国现役特高压SF6断路器触头材料的服役损伤行为进行分析，并根据逾渗理论和有效介质理论进行石墨烯改性CuW80触头材料的成分设计。利用液压机双向压制法制备了CuW触头材料的骨架坯料，研究诱导铜粉含量以及压制压强对于骨架坯料致密度的影响规律，进而指导CuW80触头材料的制备。通过对诱导铜粉熔渗、活化烧结熔渗以及预烧钨骨架熔渗等方法进行探索，并通过添加石墨烯，对现

5、役CuW80电触头材料进行改性，通过SEM、XRD、金相显微镜等对材料微观组织结构进行表征。在保证电触头在密度、硬度、导电性、抗弯强度等基本性能指标与国家标准GB/T8320-2003《铜钨及银钨电触头》要求的CuW80合金材料的性能指标相当的基础上，进一步设计并改进现役CuW80触头材料的抗电弧烧蚀以及耐机械磨损性能。最终通过微观组织结构表征、机械物理性能测试以及服役性能测试，与我国现役的特高压断路器用CuW80触头材料进行对比，总结微观组织结构和石墨烯含量对触头材料机械物理性能以及服役性能的影响机制。石墨烯的添加，可以在一定程度上改善CuW80触头材料的

6、微观组织的均匀性，显著提高材料电导率；通过诱导铜粉熔渗工艺制备的石墨烯改性CuW80触头材料的致密度、抗弯强度均有一定程度的提高；通过活化烧结熔渗工艺制备的石墨烯改性CuW80触头材料的硬度具有明显提高。随着石墨烯含量的增加，通过活化烧结熔渗制备的石墨烯改性CuW80触头材料的硬度、电导率、抗弯强度均呈现先增高后降低的趋势，即当石墨烯含量为0.02wt.%时，石墨烯改性CuW80触头材料的基本性能最优异。通过活化烧结熔渗制备的CuW80触头材料随着石墨烯含量的增加，摩擦系数逐渐降低，磨损量以及磨损率先降低后增高。当石墨烯含量为0.02wt.%时，通过活化烧结

7、熔渗制备的石墨烯改性CuW80触头材料的磨损量、磨损率、摩擦系数分别-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文为现役CuW80电触头材料的53%、55%、76%，大幅提升了触头材料的耐机械磨损性能。石墨烯改性CuW80触头材料的抗电弧烧蚀性能得到了明显的提升，且随着石墨烯含量的增加，烧蚀35次后的质量损失先降低后增高，在石墨烯含量为0.2wt.%时得到最优的性能。当石墨烯含量为0.02wt.%时，通过活化烧结熔渗制备的石墨烯改性CuW80触头材料在AC4试验条件下烧蚀20次、35次后的质量损失，分别为现役特高压触头材料的44%、63%。通过活化烧结熔渗制备的0.0

8、02wt.%的石墨烯改性CuW80触头材料，微观组织