真空灭弧室CuCr触头抗电弧烧蚀和抗熔焊研究与改进

CuCr触头材料的抗烧蚀和抗熔焊性是影响真空灭弧室寿命的重要因素。文中以CuCr触头材料在真空电弧下的烧蚀为立足点,对烧蚀过程和机理进行叙述,并从CuCr触头的微观组织以及真空灭弧室的磁场类型论述影响CuCr触头烧蚀的相关机理。同时指出抗熔焊性能与触头材料的抗拉以及热导率等因素有关。最后从表面改性和合金化角度总结了提高触头抗烧蚀的研究进展,并总结改进触头抗烧蚀性能的研究方向。

配用CuCr合金电极的真空介质开关电弧阳极热过程分析

真空介质开关电弧的主要成分源于故障电流开断过程中触头电极在极间产生的金属蒸气,且真空电弧的微观动力学行为直接影响开关的开断能力。文章通过建立真空介质电弧双温磁流体动力学模型,研究配用不同配比CuCr合金触头电极材料的真空介质开关在故障电流开断下阳极热过程的变化情况,得到阳极触头表面温度和熔池范围沿径向和轴向的分布。仿真结果表明,开断故障电流的增大及电极合金材料中Cu含量的增大均会导致输入阳极的能流密度增大。在200 A电弧电流作用下,阳极表面温度未达到CuCr合金的熔点,未发生熔化;而在6 kA电弧电流作用下,阳极温度先后达到Cu和Cr的熔点,电极熔化程度随合金中Cr含量的增大而减弱。

搅拌摩擦加工CuCr30合金微观组织及电弧烧蚀性能研究

首次采用搅拌摩擦加工(FSP)对CuCr30合金进行了加工,对比研究了FSP前后CuCr30合金的微观组织和电弧烧蚀性能。结果表明,母材中,Cu、Cr两相晶粒尺寸分别为3.56~34.16μm和4.77~32.36μm;FSP后,Cu、Cr两相晶粒尺寸分别细化为40~500 nm和50~329 nm。经过30次和100次击穿实验后,FSP试样的质量损失比母材分别降低了77.8%和39.2%。击穿100次后,母材和FSP试样的烧蚀面积分别为6.91和8.01 mm^(2),表明FSP试样中细化的Cr相分散了电弧能量,使得烧蚀区域均匀、分散,从而提高了CuCr30合金的电弧烧蚀性能。

CuCr触头材料小电流下阴极斑点与截流值研究

研究了在峰值电流分别为10A和80A的小击穿电流下,CuCr25与CuCr50合金阴极斑点蚀坑形貌的差异。通过比较阴极斑点蚀坑的大小和分布,分析了CuCr触头材料显微组织中Cr相尺寸的大小对阴极斑点运动和蚀坑形貌的影响。采用示波器直接测量出截流值和电弧寿命,结合CuCr合金阴极斑点蚀坑形貌的分布,从现象和机理上解释了CuCr25合金截流值低于CuCr50合金的原因。这些结果对通过优化CuCr合金的显微组织以降低触头材料的截流值提供了有力的依据。

现代烧结技术在制备超细、纳米CuCr合金中的应用

介绍了用于制备超细、纳米晶CuCr触头材料的热压、热等静压、爆炸烧结、热挤压、场辅助烧结和超高压烧结等压力烧结工艺，分析了这些烧结技术用于制备超细、纳米晶CuCr材料中亟待解决的问题，提出了添加高性能晶粒长大抑制剂的新思路。

强流脉冲电子束处理CuCr50(Cr)合金的组织及性能

对强流脉冲电子束(HCPEB)处理表面镀Cr膜的CuCr50合金的显微组织、物相组成、导电性及耐腐蚀性能进行了研究。研究结果表明:CuCr50(Cr)合金经不同次数的强流脉冲电子束表面处理化后,在Cr相上产生了一些微裂纹;随着照射次数的增加,Cr相裂纹增加;当照射30次以后,在合金的表面出现了大小和形状不同的熔坑;强流脉冲电子束处理后合金的电导率几乎不变;当照射1次和10次,耐腐蚀性提高3倍以上,当照射30次以上,耐腐蚀性能显著降低。

CuCr触头材料电弧腐蚀速率的测定

自行设计了电弧腐蚀速率的测量方法,避免了一般电弧腐蚀速率测量中存在的不足,并对真空断路器中常用的 CuCr25,CuCr50 触头材料以及纯 Cu 和纯 Cr 的电弧腐蚀速率进行了测量。研究结果表明, 纯 Cu,CuCr25,CuCr50和纯 Cr 的电弧腐蚀速率分别为 52.9 μg/C,33.2 μg/C,31μg/C 和 25.9 μg/C。CuCr25 和 CuCr50 的电弧腐蚀速率相差不大,都较纯 Cu 有大幅度的降低,而与纯 Cr 的电弧腐蚀速率比较接近。此外,用 SEM 对 4 种触头材料经 100 次燃弧之后的电极表面进行了现测,清楚地反映了经电弧腐蚀之后触角材料的表面特征。

CuCr_(1-x)Mg_xO_2(0≤x≤0.09)薄膜的光电性能

采用射频磁控溅射方法,在石英衬底上制备Mg掺杂的CuCrO2薄膜。通过XRD、紫外吸收光谱及电学性能的测量表征该系列薄膜样品的结构与光电性能。结果表明:退火处理后所有薄膜样品的结晶性良好,均为3R型铜铁矿结构;薄膜的电导率随掺杂量的增加而增大。当x=0.09时,样品的室温电导率可达6.16×10-2S/cm,比未掺杂的CuCrO2提高近400倍,且霍耳测试表明所制备的薄膜为p型导电体。电导率随温度变化关系表明:薄膜样品在200～300K的温度范围内均很好地符合Arrhenius热激活规律;当x=0.09时,最低激活能仅为0.034eV。薄膜的可见光透过率与光学带隙宽度均随掺杂量的增加而减小。

不同铬含量的CuCr、CuCrFe真空触头材料性能研究

研究了用“混粉－CIP成形－烧结－HIP致密化”工艺制取的不同铬含量的CuCr、CuCrFe真空触头材料。测定并观察了它们的物理性能，力学性能和显微组织。着重研究了CuCr、CuCrFe合金中铬含量和添加少量铁元素对其性能的影响。

CuCrO_2和CuCr_2O_4间相互作用对体系结构及催化性能的影响

以柠檬酸络合法制备了CuCrO2 和CuCr2 O4 两相共生的Cu Cr O催化剂体系 .由于两相共生而相互作用 ,两相组成的样品中 ,样品颗粒较小 ,比表面积增大 ,催化CO O2 反应的活性提高 .当样品中n(Cu) /n(Cr) =0 7时 ,两相含量最为接近 ,显示出最高的催化活性 .CO O2 反应过程中 ,气相中的CO与样品表面的氧原子作用 .在两相共生而相互作用的过程中 ,CuCrO2和CuCr2 O4 的体相结构没有变化 .各样品催化活性的不同是由其表面性质的差异引起的 .TPR和XPS分析结果表明 :两相共生而相互作用 ,修饰了样品的表面性质 ,使样品表面含有更多的活性氧 。

快速凝固法制备过饱和CuCr合金时效析出动力学

在不同时效温度下研究雾化法制备过饱和CuCr合金的时效析出动力学。通过能谱测定不同时刻的析出相体积分数,用Avrami方程分析不同温度的时效动力学,发现扩散是相变的主要控制因素,而固溶原子、杂质、空位、位错、晶界和点阵畸变等都会对析出动力学产生影响。研究发现,低温时效的初期会形成无序的溶质富集区,析出相与基体之间保持共格关系。电子衍射和能谱分析表明,随着时效时间的增加,Cr元素不断在基体中富集,会形成明显的G.P区,最后形成单质Cr相。而在高温时效时,由于原子迁移的激活能容易满足,Cr元素析出动力较大且富集很快,完成析出过程的时间很短,会在材料内部迅速生成单质Cr相,很难观察到G.P区。

自蔓延熔铸制备CuCr合金的基础研究

提出了将自蔓延高温合成技术与传统冶金手段相结合的SHS熔铸技术 ,充分利用自蔓延高温合成的优点 ,以CuO ,Cr2 O3 和Al为原料 ,制备CuCr合金触头材料。通过对CuO Cr2 O3 Al反应体系的绝热温度计算及热力学分析 ,确定该体系自蔓延反应进行的可行性 ,并对反应后液态金属Cu和金属Cr的冷凝过程进行了初步的分析与计算。结果表明合金液在金属模和石墨模中的冷却速度都比较快 ,且在石墨模中冷却效果更好些。实验证实该工艺可行 ,并得到了铸态结构的合金体。

W或C添加剂对优化CuCr25合金显微组织的作用

采用真空感应熔炼法制备CuCr25(W),与Cr25(C)合金,研究不同合金元素W,C对CuCr触头微观组织的影响。研究结果表明,W和C能够显著细化Cr相晶粒,W对Cr相晶粒还有球化作用,同时对Cr相进行了强化。使合金整体性能得到提高,其中耐电压强度得到显著提高。

细晶—超细晶CuCr触头材料的研究进展

介绍了目前对细晶—超细晶CuCr触头材料的研究进展。CuCr材料组织细化后,特别是Cr相细化可以解决触头材料耐电压与截流等性能间此消彼长的矛盾。为了得到细晶、超细晶CuCr合金人们已采取了多种制备工艺。细晶、超细晶CuCr触头的发展将能满足真空断路器向高电压、大容量、小型化发展的需要。

自蔓延熔铸法制备CuCr合金及表征

采用自蔓延熔铸法制备出CuCr合金.分别考察了反应物配比对合金成分、添加剂CaF2对合金试样宏观形态、不同铸模对合金试样微观结构以及铸模预热温度对合金试样的影响.实验结果表明:反应物的理想配比为w(CuO):w(Cr2O3):w(Al)=100∶140∶160;添加剂CaF2降低了渣的熔点并强化了渣金分离效果;金属铸模中合金冷却速度比较大,所得合金试样的结晶晶粒较细;采用石墨铸模浇注时,提高铸模的预热温度可改善合金的质量,当预热温度为500℃时,可以得到致密的CuCr合金.

爆炸压实CuCr合金过程中的能量与变形

根据爆炸冲击能分为钢管变形能和粉末压实能两部分,爆炸冲击能由钢管动能计算给出,而钢管变形能由钢管的实际变形程度决定,由此得到爆炸压实CuCr合金过程中能量与变形之间的关系.结果表明,采用爆炸压实工艺制备了相对理论密度92%以上的CuCr触头材料;随着冲击能的增加,粉末压实能同步增加,而钢管变形量和变形能几乎不变.因此,炸药量太多,粉末压实能也就太多,反而发生马赫反射,导致爆炸坯密度降低.

铝热自蔓延制备CuCr合金渣系的粘度测量及模型建立(Ⅰ)

根据Al2O3基渣系的结构特点将S.C.Du和S.Seetharaman等人的粘度数学模型应用于非二氧化硅体系,建立了针对铝热反应测量渣系粘度的模型·根据添加剂选择原则结合相图研究了CaO Al2O3和CaO Al2O3 MgO体系作为铝热自蔓延制备CuCr合金渣系组分的可行性·由实验测量值和模型计算值比较分析,该模型处理以Al2O3为基体的渣系是成功的·

电磁搅拌对燃烧合成CuCr合金组织的影响

以CuO、Cr2O3、Al粉为原料采用铝热-电磁搅拌工艺制备出CuCr合金。分析了电磁搅拌对CuCr合金微观结构的影响机理。考察了电磁搅拌方式、搅拌时间、模具预热温度对合金试样结构的影响。试验结果表明：电磁搅拌可以有效的抑制枝状晶的生长，细化晶粒，均匀合金中的CuCr分布，提高合金的性能。最佳搅拌时间为7min左右，搅拌时间过短不利于晶粒的细化，过长容易造成分偏析。模具预热温度在500—600℃时最佳，预热温度过高，晶粒比较粗大，而且分布不均匀。

冷却速度对CuCr25合金凝固过程的影响(英文)

研究了不同冷却速度下 CuCr25 合金的微观组织和凝固过程。随着冷却速度的增加,CuCr25 合金的微观组织将变得越来越细。当冷却速度达到 107K/s 时, 可获得纳米结构的微观组织。当冷却速度<103K/s 时, CuCr25 合金的凝固过程为普通凝固过程;如果冷却速度>104K/s, 其凝固过程为液相分解凝固过程。在快速凝固过程中,CuCr25 合金中没有新相形成。但是,Cu 在富 Cr 相中和 Cr 在富 Cu 相中的溶解度有所增加。

电弧熔炼法制造CuCr系触头材料的组织与性能

采用电弧溶炼法制备了CuCr10 CuCr50假两相合金 ,并对其组织、性能进行了研究。结果表明 :电弧熔炼法可以制备出组织均匀、颗粒小、性能优良、致密度高的CuCr假合金。