CuWCr复合材料组织演变及其对电性能的影响

【摘要】： CuCr合金是目前世界上大功率真空开关触头的主导材料,具有高的强度和硬度,良好的导电导热及耐电弧侵蚀能力。CuW合金具有良好的耐电弧侵蚀性、抗熔焊性能和高强度等优点,被广泛地用作为各种高压断路器中的触头材料、电火花加工的电极材料。随着真空开关向高电压、大容量、小型化的发展,CuCr合金已不能满足高电压、大电流真空断路器对触头材料的要求。目前开发新触头材料的方法主要为改善原有触头材料的制备工艺和在CuCr、CuW中添加其他元素以改变触头材料的性能。CuWCr复合材料是由Cu、W、Cr三组元组成的合金,通过研究其组织及其性能,旨在将其广泛应用于高电压、大电流真空断路器中。本文采用烧结-熔渗法制备CuWCr复合材料,研究了烧结温度变化、CrW配比变化以及热处理对材料显微组织、硬度、电导率以及耐电压强度、截流值、电弧寿命等性能影响,结果表明: 1.随着烧结温度的升高,CrW固溶程度逐渐增大,在烧结温度为1450℃后基本形成CrW固溶体; 2.随着烧结温度升高,CuWCr复合材料硬度增加,电导率降低;对烧结温度不同的材料进行真空电击穿实验,发现随着烧结温度的升高,电弧烧蚀面积明显减小,烧蚀坑变浅;而且,材料的耐电压强度升高,电弧寿命增大,截流值减小,在烧结温度为1450℃后,各项电性能参数已达到较高水平,其中截流值趋于稳定,综合考虑认为烧结温度选择1450℃比较合理; 3.当wt Cr / wtW≈1/3.5时,Cr与W形成Cr原子与W原子比为1:1的CrW固溶体,当wtC r / wtW 1/3.5时,形成以Cr为主的CrW固溶体;反之,形成以W为主的CrW固溶体。随着CrW质量配比的增大,CuWCr复合材料的硬度增大,电导率降低;真空电击穿实验后发现,CuWCr复合材料的击穿区域面积逐渐变大,击穿坑逐渐变浅;材料的耐电压强度逐渐升高,电弧寿命逐渐增长,截流值逐渐减小; 4.经固溶处理的CuWCr复合材料,随着固溶温度的升高,硬度值上升,电导率下降;再经时效处理后,硬度值和电导率较固溶处理都有很大程度的增加;固溶处理后的CuWCr复合材料耐电压强度最大,电弧寿命最长,截流值最低;固溶+时效处理后的CuWCr复合材料的耐电压强度最小,电弧寿命最小,截流值最大; 5.当CuWCr复合材料在1000℃固溶2h,然后500℃时效处理3h后,材料的硬度和电导率达到最大值。