一种铜铬电弧熔炼用自耗电极的制备方法与流程

本发明涉及合金材料制备，具体涉及一种铜铬电弧熔炼用自耗电极的制备方法。

背景技术：

1、铜铬触头(cucr触头，铬含量通常为25～55％质量)具有耐电压强度高、开断电流能力大、截流值低、抗熔焊性能好等特性，广泛应用于真空断路器中，是目前主要的真空断路器用触头材料。铜铬触头的制备方法主要有固相烧结法、熔渗法、熔铸法和真空自耗电弧熔炼法(简称电弧熔炼法)四种，其中电弧熔炼法制造的铜铬触头综合性能最好，是目前世界上公认性能最好的铜铬触头。

2、自耗电极的制备技术是生产电弧熔炼法铜铬触头材料的关键，其中常规等静压成型制备自耗电极的流程为：铬粉、铜粉混合-等静压成型-真空烧结。由于铜粉和铬粉的粒度差异和颗粒形貌差异，在装填混合粉时容易出现粉末分离、团聚，从而使自耗电极的成份不均匀，最终导致触头材料产生局部富铜/富铬缺陷；此外，在自耗电极的铬粉聚集部位由于烧结强度变差，在电弧熔炼时粉末原始颗粒容易脱落至熔池，甚至粉末块直接掉落至熔池，使触头材料产生疏松、掉块等缺陷。

3、公布号为cn112481513a的发明专利公开了一种利用cucr金属粉末制备铜铬合金电触头自耗电极的工艺，其技术路线为采用常规等静压工艺制备自耗电极棒料，具体是将铜铬混合粉冷等静压制成棒料并进行真空烧结，所得烧结坯在电弧熔炼炉中进行电弧熔炼形成铸锭；所得铸锭热变形成棒料经退火后采用电子束焊连接成一定长度的电极棒，最后将电极棒置入电弧熔炼炉中进行自耗重熔。该发明所述自耗电极材料中的非金属夹杂颗粒数量及气体含量均较低，可提高铜铬合金触头材料使用过程中的稳定性，但自耗电极在制备过程中需要预先进行一次电弧熔炼，且需要用电子束焊进行连接，不仅工艺复杂，而且成本较高。

4、公布号为cn111593224a的发明专利公开了一种铜铬电弧熔炼用自耗电极棒的制备方法，包括配料、铸锭、制粉、采用冷静压压制或者冷喷涂沉积的方式制坯、脱气以及热等静压等步骤，所得自耗电极棒气含量低且具有理想的致密度。该发明在制备自耗电极时，采用铜板和铬块熔炼成铜铬合金锭，再通过气雾化制成球形铜铬合金粉末，以避免常规等静压工艺中铜粉和铬粉粒度差异和颗粒形貌差异引起的粉末分离和团聚问题；另一方面，采用冷静压压制或者冷喷涂沉积的方式制坯工艺结合热等静压工艺以提高所得自耗电极棒的致密度。工艺较为繁琐，成本较高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种致密且成分均匀的铜铬电弧熔炼用自耗电极的制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种铜铬电弧熔炼用自耗电极的制备方法，包括以下步骤：

4、1)按工艺要求的合金成分称取相应用量的铜粉和铬粉，备用；

5、2)将称取的铜粉和铬粉混合均匀，所得混合粉于还原性气氛中进行低温烧结，所得烧结物料进行破碎，得到烧结粉料；其中，低温烧结在温度为300～550℃的条件下进行；

6、3)所得烧结粉料填充至等静压成型模套内，直接进行等静压成型或经过振实后进行等静压成型，得到电极坯；

7、4)所得电极坯于真空条件下进行真空烧结，即得到铜铬电弧熔炼用自耗电极。

8、行业中，铜铬触头材料的成分以重量百分比计通常为铜含量为75～45％，铬含量为25～55％，因此本发明所述方法的步骤1)中，分别按75～45％和25～55％的重量百分比称取铜粉和铬粉。本发明中，所述的铜粉通常为电解铜粉，其外形呈树枝状，粒度通常为≤75μm(通常取200目或300目的筛下物)；所述的铬粉通常为铬块经机械破碎所得，外形呈不规格形状，粒度通常为75～150μm(约100～200目)。

9、上述制备方法的步骤2)中，采用现有常规方法实现铜粉和铬粉的混合均匀，如可以将称取的铜粉和铬粉置于混料机内混合2～5h甚至更长时间以实现两者的混合均匀。在经过低温烧结后，通常是将烧结物料破碎至小于或等于40目，优选是破碎至40～60目。所述的还原性气氛通常是指氢气气氛。

10、上述制备方法的步骤2)中，低温烧结时的保温时间优选为0.5～2h。申请人发现，对混合粉进行低温烧结可以使混合粉中的铜粉和铬粉具有一定的粘结作用，得到铜粉和铬粉之间具有一定烧结强度的烧结物料(烧结块体)，由于混合粉中铜粉和铬粉是混合均匀的，因此在对混合粉进行烧结后所得烧结物料中的成分也是均匀的；后续再对烧结物料进行破碎，将烧结物料由不规则的大尺寸块状的烧结块体破碎成尺寸较均匀的小块状烧结粉料，一方面小块状烧结粉料相对于大块状的烧结块体具有更好的流动性，因此提高了烧结粉料填充至等静压成型模套内时的流动性，从而提高了装填密度，为后续获得高致密度的自耗电极作铺垫；另一方面，即便是经过破碎，由于烧结物料本身具有一定烧结强度，而且是破碎至40～60目，破碎粒度远远大于铜粉和铬粉原料本身的粒度，因此，在将经过破碎所得的烧结粉料填充至等静压成型模套内时也不易出现铜粉和铬粉分离、铜粉团聚或铬粉团聚的现象，从而使所得自耗电极的成分均匀，而且可增加振动平台提高自耗电极的填充密度，进而提高电极等静压后的致密度和直度。

11、上述制备方法的步骤3)中，所述等静压成型的操作与现有技术相同，具体的，等静压成型时的压力优选为100～200mpa，保压时间为1～2min。对完成烧结粉料填充的等静压成型模套进行振实操作后再进行等静压成型，可以进一步提高所得自耗电极的致密度。进行振实操作的设备可以是振动平台(也称振实台)等现有常规设备。

12、上述制备方法的步骤4)中，所述的真空烧结在常规的真空烧结炉中进行，烧结参数与现有技术相同，优选为：真空度读数≤0.01pa、真空烧结在900～1050℃条件下进行。在上述条件下真空烧结的保温时间通常≥1h，进一步优选保温时间为1.5～6h。

13、与现有技术相比，本发明的特点在于：

14、1.采用“混粉-低温烧结-破碎”的工艺结合，解决了现有技术中直接将混合粉填充到等静压成型模套过程中出现的粉末分离/聚集问题，使制得的自耗电极致密且成分均匀，将其用于真空自耗电弧熔炼时可大幅提高熔炼过程的稳定性，且所制得铜铬触头产品的金相组织均匀。

15、2.相对于现有技术，既不需要进行熔炼和雾化，也无需采用冷静压压制和热等静压工艺组合，也能获得致密且成分均匀的铜铬自耗电极，成本低，工艺也简单。

16、3.采用本发明所述方法制备的自耗电极直径均匀且直度良好，无需额外修整即可电弧熔炼。采用本发明所述自耗电极制得的铜铬触头产品金相显微组织均匀，无疏松、掉块以及100μm以上的富铜/富铬缺陷，产品成品率可达92％以上。

1.一种铜铬电弧熔炼用自耗电极的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2)中，低温烧结的保温时间为0.5～2h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是，步骤2)中，将烧结物料破碎至小于或等于40目。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征是，步骤3)中，等静压成型时的压力100～200mpa，保压时间为1～2min。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征是，步骤4)中，真空烧结在900～1050℃条件下进行。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是，步骤4)中，真空烧结的保温时间为大于或等于1h。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是，步骤4)中，真空烧结的保温时间为1.5～6h。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法，其特征是，步骤1)中，按75～45％和25～55％的重量百分比分别称取铜粉和铬粉。