高能球麻法制备微晶CuCr合金真空触头材料

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随着真空开关向着大容量、高电压、小型化阶段的发展,提高真空开关触头材料性能的研究受到广泛关注。Cu-Cr合金因具有耐压强度高、分断性能好、耐电流侵蚀能力强、电流截断值小等优势,是真空触头开关的首选材料。然而,固态下的Cu和Cr几乎不相溶,采用传统工艺制备此类合金,铬偏析严重且组织粗大,难以制得理想的Cu-Cr触头材料,限制了 Cu-Cr触头材料的应用范围。所以,提升Cu-Cr合金材料组织的均匀性与细化程度,优化制备工艺,得到性能优越的Cu-Cr触头材料变得至关重要。本实验采用高能球磨结合液相烧结的方式,制备Cu-Cr合金触头材料。提出预合金化法和梯度结构制备法优化生产工艺和提高材料使用性能。利用SEM(扫描电镜)、TEM(透射电镜)、XRD(X射线衍射分析)、DSC(差热分析)等检测分析技术对球磨处理Cu-Cr粉末颗粒和液相烧结成型Cu-Cr合金的微观组织、成分分布及物相结构进行表征,分析测试了 Cu-Cr合金材料的显微硬度、拉伸性能、致密度、电导率等性能参数。研究了高能球磨处理和液相烧结过程中重要工艺参数对材料的组织、结构、成分及性能的影响。研究内容与结果为:预合金化法制备Cu-Cr合金触头材料。采用高能球磨预处理Cu-95%Cr混合粉末,随着球磨处理时间延长,Cu、Cr粉末颗粒被细化,球磨处理90 min时,颗粒尺寸约为30 μm,粉末颗粒由微米量级的细小片层状组织构成;Cu、Cr粒子之间实现表面部分合金化,有助于粒子间界面处的润湿性提高。优化工艺参数(烧结温度为1280℃)液相烧结Cu粉和CuCr预合金化粉末制备出Cu-Cr25合金材料。样品中组织均匀细化,基体中富Cr粒子由饼状Cr和细小球状共晶Cr及少量液相分解富Cr粒子组成。合金的硬度值为81.3 HV,拉伸强度为272.599 MPa;致密化程度改善,电导率为31.2 MS/m,综合性能优异。梯度结构法制备Cu-Cr合金触头材料的研究。利用高能球磨法制备CuCr25微晶粉末,适当的延长球磨时间,Cu、Cr颗粒尺寸减小,二者界面处固溶情况改善,生成了 Cu-Cr过饱和固溶体,复合粉末呈球状。将球磨处理微晶CuCr25粉末与机械混粉CuCr25粉末分层压制,烧结致密化处理,得到表层组织细小、成分均匀致密的梯度结构Cu-Cr25复合材料。样品中表层微晶组织硬度最大,为83.6 HV;材料的拉伸性能优异,最大抗拉强度为278.662 MPa;组织致密化程度较高,材料的电导率为33.2 MS/m,综合性能理想。
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