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)。     

专利文摘

采用真空熔铸法制备CuCr25ZrTe触头材料的方法/公开号：CN101488406/公开日：2009.07.22/申请（专利权）人：陕西斯瑞工业有限责任公司本发明公开了采用真空熔铸法制备CuCr25ZrTe电触头的方法。其优点在于：将Zr加入CuCr合金中降低了合金的气体含量,提高了合金的耐磨性;将Te加入CuCr合金中降低了合金的抗拉强度,提高了合金的抗熔焊性能。本发明的制备方法工艺简单,成本低,制得的CuCr25ZrTe复合材料与CuCr25复合材料相比具有更优越的性能。     

采用全武合金触头材料真空断路器灭弧室的绝缘特性

真空绝缘性能决定着真空灭弧室的设计及成本,在真空断路器向高电压等级发展的背景下真空绝缘性能研究显得尤为重要。触头材料是影响真空绝缘性能的重要因素之一,因此新型触头材料真空绝缘性能的研究成为真空绝缘研究领域的热点。基于以上分析,研究了一种新型触头材料—全武合金的真空绝缘性能,并将它与真空灭弧室常用触头材料CuCr25和CuCr50的绝缘性能进行了对比。首先对3种触头材料的真空灭弧室试品用升降法进行了雷电冲击试验,结果表明3种触头材料击穿电压的概率分布均符合Weibull分布,在触头开距为2～10mm范围内其50%击穿电压的关系为CuCr50>全武合金>CuCr25;然后对3种触头材料用升压法进行了工频击穿试验,结果表明当开距为1m,升压速度为3kV/s时,3种触头材料绝缘强度的关系为CuCr50≈全武合金≈Cu-Cr25;最后对比了工频升压速度对全武合金绝缘特性的影响,结果表明当升压速度从3kV/s降为1.5kV/s时,击穿电压升高了1.6倍。     

真空感应熔炼法制备CuCr25合金

本文采用真空感应熔炼法制备CuCr2 5W1Ni2合金 ,研究了不同成分 (2 5 %Cu及 75 %Cu)和Cr晶粒尺寸对物理性能和击穿电压的影响 ,讨论了合金元素和微观结构对CuCr2 5W1Ni2合金电击穿性能的影响。研究结果表明 ,W粉能够显著细化Cr相 ,同时对Cr相进行了强化 ;在电击穿后 ,熔层中极细的W粉能起到非自发形核核心的作用 ,CuCr2 5W1Ni2的熔层表面更加扁平 ;另一方面 ,Ni能够促进Cu、Cr的互溶 ,使合金整体得以强化。这两种元素均能显著提高合金的耐电压强度。     

横磁触头真空电弧起始运动的临界触头开距实验研究

起始桥柱状真空电弧运动的临界开距是对应于横磁触头大电流真空电弧运动模式演变的标志性物理量,对横磁触头真空断路器大电流开断性能具有重要影响。本文的研究目标是实验研究横磁触头开槽方式、燃弧时间和电弧电流等因素对横磁触头起始桥柱状真空电弧运动临界开距的影响规律。研究结果显示在燃弧时间0 ms~10 ms、电流有效值5 kA~31.5 kA的实验条件下,3种结构的横磁触头的起始桥柱状电弧有越靠近电流峰值起弧,停滞时间越长的趋势。直角槽型卐字形横磁触头（CuCr40）、螺旋槽型横磁触头（CuCr25）和曲线槽型卐字形横磁触头（CuCr50）的电弧运动临界开距分别在0.96,1.1 mm 和1.7 mm有概率最大值点。相关研究结果对横磁触头大电流真空电弧的发展和演变特性的理解提供基础。     

真空电弧重熔法制造CuCr触头材料

介绍了用真空电弧重熔法制造CuCr触头材料的原理、重熔炉的结构和控制电弧长度的几种方法、在重熔制造过程中对真空度的要求和自耗电极参数的选择以及重熔法的优点和缺点,最后还阐述了利造CuCr合金触头材料的过程和应用范围。     

凝固速度对Fe71.3Ga28.7合金的相结构及磁致伸缩性能的影响

采用真空感应熔炼法制备铸态Fe71.3Ga28.7合金,通过控制定向凝固过程中Fe71.3Ga28.7合金的凝固速度获得了由不同相结构组成的凝固组织,研究了相组成对材料磁致伸缩性能的影响.结果表明,凝固速度大于72 mm/h时,样品是单一的A2相结构;当凝固速度为36 mm/h时,会形成D03相+A2相的复合相结构;凝...     

时效处理对挤压CuCr25合金显微硬度及电导率的影响

为了进一步提高CuCr合金的使用性能,笔者研究了挤压变形CuCr25合金的显微组织变化以及不同的时效温度和时效时间条件下CuCr25合金显微硬度和电导率的变化规律。结果表明:挤压变形后合金的显微组织均匀,晶粒大大细化;CuCr25合金挤压后经过950℃×1h固溶,在450℃时效2h可获得较好的综合性能,显微硬度可达到156HV,较铸态提高了68%,电导率可达24mS/m,较铸态提高了14%。     

单辊旋铸快速凝固Cu98Cr2合金的显微组织研究

采用扫描电镜分析了快速凝固Cu98Cr2合金的显微组织。结果表明,采用真空非自耗电弧熔炼的Cu98Cr2合金的显微组织主要以球状富Cr相分布在铜基体中,而采用单辊旋铸的Cu98Cr2合金的显微组织则呈现出规则层片状的共晶形貌。     

Nd-Mn-As三元体系合金制备工艺探索

由三种二元系合金的制备入手,探索了真空电弧熔炼、高频电磁感应熔炼、固相反应、管式熔融结晶方法在Nd-Mn-As三元体系合金制备中的应用。结果表明,As含量低于20%（原子分数,下同）的三元体系样品可以采用真空电弧熔炼法制备,As含量高于20%的样品应采用固相反应法制备。     

纳米触头材料电性能研究进展

分析了纳米材料与常规材料在热学性能和机械性能上的差异,综述了纳米触头材料在截流水平、抗电弧侵蚀和耐压能力等电性能研究上取得的进展,并对已有研究成果进行了概括和总结。结果表明:相对于同种配比的常规触头材料,纳米CuCr和AgFe触头材料的截流水平低于常规触头材料;纳米CuCr和AgFe的直流电弧稳定性高于常规触头材料,直流电弧寿命大于常规触头材料;纳米CuCr触头材料的耐压能力高于常规触头材料;纳米AgSnO2和AgNi触头材料的抗电弧侵蚀性能优于常规触头材料。因此,在今后对纳米触头材料的研究和开发过程中,加强纳米触头材料制备工艺研究和纳米触头材料的理论研究,有利于提高纳米触头材料电性能。     

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。     

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。     

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。     

非晶-晶化法制备微晶铜铬真空触头材料

本文提出了一种非晶－晶化法制备微晶铜铬触头材料的新工艺。该工艺制备的铜铬触头材料，其组织中散着几个微米大小的铬细晶颗粒。由于经过电弧熔炼过程，消除了熔渗法和烧结法制造的触头中存在的大颗粒夹杂现象。可提高触头质量及在真空开关中运行的可靠性。另外，该工艺对原料铜和铬的要求可以降低，工艺相对简单，适用于各种铬含量铜铬头触头的材料的制造，是一种高质量，低成本，便于大规模生产铜铬触头材料的新的制造工艺。     

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。