CuCr触头材料在真空中的焊接倾向

将熔铸的Cu-30Cr、Cu-30CrZr、Cu-30CrTe和Cu-30CrZrTe合金以及混粉压制烧结的CuCr25粉末冶金触头材料等五种材料制成的试样,在Gleeble3500热模拟试验机上进行真空扩散焊接试验,随后在热模拟试验机上将试样在室温拉断,测量不同触头材料的焊接结合力和强度;使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察焊接试样在室温拉断后的断口表面及纵向焊接界面附近焊接区域的显微组织。结果表明,五种触头材料的焊接结合力和强度从高到低依次为Cu-30CrZr、Cu-30Cr、Cu-30CrZrTe、CuCr25、Cu-30CrTe;这些材料的断口金相显示出不同的断裂机理。据此分析在相同的焊接工艺条件下,影响CuCr触头材料焊接结合力及焊接性的主要因素,并从材料学的角度探讨进一步提高现有CuCr触头材料抗熔焊性能的途径。     

Cu-25Cr合金触头材料中Cu/Cr相界面的特性

用透射电子显微镜(TEM)的选区电子衍射、衍衬及X射线能谱分析了真空熔铸Cu-25Cr合金触头材料和烧结CuCr25粉末合金触头材料中Cu/Cr两相界面及其显微组织。一些细小的Cr二次枝晶与Cu基体有择优取向关系,即(110)Cr∥(111)Cu和[011]Cr∥[112]Cu,间距约6nm的单列错配位错分布在Cr/Cu两相的半共格界面上,这表明Cu-25Cr合金材料中Cr/Cu两相的界面具有更好的协调性。与Cu-25Cr合金材料相反,CuCr25粉末合金烧结材料中Cu/Cr粒子之间形成的是非共格界面,且有少量的Al2O3和Cr2O3等夹杂物聚集在松散的Cu/Cr颗粒间的界面上。据此,本文讨论了CuCr触头材料中Cu/Cr两相间的界面结构对材料机械性能、断裂特性及电接触性能的影响。     

两种CuCr(75/25)触头材料的力学性能和断裂特性对触头电接触性能的影响

使用标准的拉伸试验与冲击试验测量了两种真空开关管用CuCr(75/25)触头材料的力学性能,并用光学显微镜和配有X射线能谱仪的扫描电子显微镜分析了两种触头材料的断裂特性。结果表明,真空熔铸Cu_25Cr合金触头材料的抗拉强度、塑性、冲击强度都明显高于混粉压制烧结的CuCr25粉末冶金触头材料。两种触头材料的断口金相显示了不同的断裂机理,即Cu_25Cr合金材料是以典型的韧窝状断裂为主,而CuCr25粉末冶金触头材料则以Cr颗粒本身的解理断裂和Cr颗粒与Cu基体间的界面断裂为主。同时,讨论了强度、塑性以及Cu/Cr两相的界面结合强度对触头材料接触性能的影响,这些结果将有助于进一步理解为什么Cu_Cr合金触头材料在中国已经成为广泛接受和采用的并将成为全世界范围内中压真空断路器的真空开关管首选的触头材料。     

焊料种类及焊缝显微形貌对焊接钎着率的影响

以AgCdO电接触复合材料为触点材料,黄铜为底板,通过电阻钎焊实现触头和底板的焊接。采用JTUIS-IV超声成像无损检测仪、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,研究焊料种类及焊缝显微形貌对钎着率的影响。结果表明,不同焊料在焊接过程中会表现出不同的作用效果;钎着率较高的工件中仍然存在裂缝、夹杂等微观缺陷,且该缺陷主要存在于铜与焊料的结合层;第二相石墨的加入会明显降低钎着率并极大地损害材料的焊接性能;采用Ag25CuP和无银焊剂焊接后,焊缝过渡层均呈现树枝状晶体组织,但形貌差异较大。     

制备工艺对智能框架断路器用AgNi（30）C（3）触头材料性能的影响

分别采用机械混粉法和化学包覆法制备AgNi（30）C（3）粉体,分析了不同制备工艺条件下AgNi（30）c（3）触头材料显微组织和性能的变化。结果表明,化学包覆法制备的AgNi（30）C（3）材料颗粒细小,分散均匀,基体结合强度较高。与机械混粉法制备的AgNi（30）C（3）相比,化学包覆法制备的AgNi（30）C（3）材料密度、硬度较高,电阻率较低,综合性能较佳。     

烧结气氛对AgWC（12）C（3）触头材料性能的影响

分别在H2气氛和真空条件下对AgWC（12）C（3）进行烧结,研究了烧结气氛对AgWC（12）C（3）触头材料电阻率及其它力学物理性能的影响。采用Archimede法测量样品的密度,用双电桥法测量样品的电阻率,并对材料的显微组织进行了分析。研究结果表明,真空烧结能明显降低材料的电阻率,与H2气氛相比,真空烧结的AgWC（12）c（3）的电阻率降低了9．2％为2．65μΩ·cm;抗弯强度提高了20．5％,达250MPa以上。     

WCuTe(1)焊接层材料特性及其对钎焊的影响

分析了WCuTe(1)焊接层的材料特性及其对钎焊的影响。WCuTe(1)焊接层CuTe合金具有Cu2Te相沿晶界呈网状分布的组织结构,焊接层CuTe合金的含Te量由WCuTe(1)触头的含Te量决定;WCuTe(1)焊接层的焊接强度较低,焊接面积要大于某一定值才能确保触头与导电杆焊接的可靠性。     

铜钨（70）自力型触头的研制

本文对ＣｕＷ（８０）／ＣｒＣｕ与ＣｕＷ（７０）／ＣｒＣｕ两种自力型触头界面结合强度作了比较。研究了不同Ｗ粉粒度对ＣｕＷ（７０）硬度、电阻率、抗弯强度及抗电弧烧损性能的影响，用扫描电观察了触头烧损后的组织结构。阐述了电子电子束焊接方法的优点，探讨了焊后的检验手段，制造的ＣｕＷ（７０）／ＣｒＣｕ自力型触头装于ＥＬＦ．ＳＬ２－１Ⅱ断路器上，通过了全部开关试验。     

低压电器触头元件电阻焊接工艺及电极材料选择的研究

电阻焊接工艺是低压电器触头元件产品最为常见的焊接工艺之一。触头元件焊接质量直接决定着低压电器开关产品的使用性能。在低压电器触头元件的焊接过程中,合理选择金属电极材料及其结构设计是保证产品电阻焊接工艺稳定性和获得产品最佳焊接质量的必要条件。就一些特殊待焊材料的触头元件产品而言,必须根据其触点、支架材料特点设计相应的焊接工艺,这样才能保证其焊接质量,进而满足触头元件良好的使用性能。     

铜基合金在低压电器触头中的研究与应用

阐述了铜基合金材料的性能及强化方法。介绍了低压电器中铜基合金触头的制造工艺与应用。利用自动超声成像无损检测仪对铜基合金触头进行钎着率标定。焊接后结合面处的显微组织结构显示焊接界面结合良好。结果表明,铜基合金材料触头焊接性能较好,符合使用要求。     

纳米CuCr50触头材料电弧侵蚀特性

近年来,纳米CuCr触头材料在截流水平、耐压能力等方面的表现优于微晶CuCr触头材料。笔者利用真空触点模拟装置和基于虚拟仪器的电器电寿命测试系统,研究了直流低电压、小电流下的纳米CuCr50触头材料的电弧侵蚀量与分断燃弧时间和触头表面形貌之间的关系,同时采用两种微晶CuCr50触头材料作为对比。利用电光分析天平纳米CuCr50触头材料的侵蚀量,利用电子扫描显微镜测量触头表面形貌。结果表明:纳米CuCr50触头材料的平均分断燃弧时间和侵蚀量均高于两种微晶CuCr50触头材料。纳米CuCr50触头表面Cr颗粒细化及均匀分布,有利于分散电弧。纳米CuCr50阴极触头表面电弧烧蚀比较均匀,而两种微晶CuCr50触头阴极表面电弧局部烧蚀严重,出现明显的凹坑侵蚀。     

三种CuCr触头材料对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响

为研究三种不同触头材料(真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005、电弧熔炼CuCr50)对真空灭弧室投切背靠背电容器组性能的影响,将采用三种不同材料制备的触头各装配在三只相同的12kV等级真空灭弧室中,每只真空灭弧室经过80次背靠背电容器组合分操作,高频涌流设定为幅值8 kA、频率3.8 kHz。结果表明:真空熔渗CuCr50、真空熔铸CuCr40Te0.005以及电弧熔炼CuCr50的平均重击穿概率分别为6.7%、5.8%、8.3%,重击穿现象主要发生于恢复电压持续时间的1/4T与10T之间(T表示恢复电压周期20 ms);复燃现象多次出现,真空熔铸CuCr40Te0.005(1次)电弧熔炼CuCr50(9次)真空熔渗CuCr50(10次)。     

低熔焊力CuCrTe真空触头材料的研制

用粉末冶金烧结工艺制备了CuCrTe低熔焊力真空触头材料,研究了Te含量对材料抗拉强度的影响。实验表明:在CuCr50材料中加入Te>0.025％时,其抗拉强度可从288MPa降低到120MPa以下,从而大大改善其抗熔焊性能。该材料已成功应用在10kV/630A真空负荷开关中。     

合金元素对CuCr触头材料不同温度下真空耐电压强度的影响

研究了合金元素W、Co对真空中CuCr触头材料在不同温度下的真空耐电压强度的影响。研究结果表明,高温时CuCr材料的耐电压能力比室温耐电压能力有所降低,合金元素W、Co通过弥散强化、固溶强化和增大了CuCr的表面张力而提高了CuCr材料室温及高温时的耐电压能力。     

两种铜基触头材料的电弧侵蚀性能研究

电接触材料在工作过程中会受到机械磨损、环境腐蚀及电弧侵蚀,其中,电弧侵蚀对电接触材料影响最大,它是影响接触材料的电寿命和可靠性的最重要因素。笔者对采用熔渗法制备的CuCr50与电弧法制备的CuCr45电接触材料分别进行DC 50 V,20、30、40、50 A的电接触试验,并通过扫描电镜观察材料在电弧侵蚀后的形貌,对这两种材料在直流、阻性负载条件下的电弧侵蚀特征进行对比研究。结果表明,CuCr45与CurCr50在DC 50 V,20、30、40、50 A条件下,材料都由阳极向阴极转移;之后归纳出电弧侵蚀后两种材料的表面形貌特征,最后分析了两种材料的燃弧能量与熔焊力。     

杯状纵磁真空灭弧室磁场特性分析

用三维有限元法研究了7个设计参数对杯状纵磁触头的纵向磁感应强度、纵向磁场滞后时间、杯中和触头片中电流密度最大值以及导体电阻值的影响。研究表明:譹增加触头直径或开距会减弱纵向磁感应强度,增加杯指旋转角或杯指数目可使其增强,而杯指和水平面夹角、触头片上开槽数及触头材料采用CuCr50或CuCr25对其影响不大。譺设计参数在较大范围内变化时,纵向磁场滞后时间的变化很小。譻增加触头直径或触头片开槽数、减小杯指旋转角、合理选择杯指与水平面夹角和杯指数目或采用CuCr50触头材料可减少杯中或触头片中的电流集中。譼增加触头直径或杯指与水平面夹角,或减小杯指旋转角和杯指数目、减小触头片开槽数及采用CuCr25触头材料可减小导体电阻。     

冷却速度对真空电弧熔炼CuCr25合金组织及性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备CuCr25合金,随合金凝固时的冷却速度不同,合金的组织将发生很大变化,而不同组织对合金的性能特别是电击穿性能将产生不同的影响,必须选用一种最合适的冷却方式对熔炼后的合金进行冷却凝固.通过对不同冷却方式下合金的组织变化及其对耐电压强度影响的研究,确定水冷凝固法作为真空电弧熔炼CuCr25合金的主要冷却方式.