钨铜触头材料的热等静压处理

研究了钨铜触头材料的热等静压(HIP)处理。触头材料通过混合、压制、预烧结、熔渗制成。在低于铜的熔点温度和90～100MPa压力下进行HIP。试验结果表明,对于W60Cu40触头材料,HIP后密度由12.7～12.8g/cm_3高到13.2～13.3g/cm_3;硬度由HRB50～70提高到HRB80;抗弯强度由550～750MPa提高到高于1000MPa,电导率可以稳定地达到大于60％IACS。认为钨铜的HIP可以消除工件中的疏松、缩孔和熔渗缺陷,其机制与热等静压铸造合金相似。对于具有连通至表面的上述缺陷,则热等静压无效。试验结果也表明,从提高密度考虑,对于含铜低至20％左右的钨铜材料,HIP也有良好效果。

电弧作用下铜钨触头材料表面特征及失效机理

阐述了型式试验后铜钨触头材料表面特征,得出铜钨触头材料在电弧作用下产生龟裂纹、裂纹、铜液态孔的主要失效机理及原因,并提出增加触头寿命的措施。

铜钨系触头材料生产中常见缺陷及其消除办法

阐述了ＣｕＷ系触头材料制备过程中容易产生的缺陷，对每一种缺陷产生的原因进行了详细的分析，并提出了相应的控制方法。实践表明，只要严格控制工艺参数，按照工艺流程操作，完全可以避免缺陷的产生，生产出性能优良的触头材料。

新型钨铜触头材料电弧侵蚀的研究

研究了新型钨铜触头材料的电弧侵蚀,结果表明,纤维结构的钨铜触头材料损耗量比粉末冶金法制备的钨铜触头材料低,同时从侵蚀形貌能够看出,纤维结构的触头材料蚀坑小且只有少量的液滴喷溅,表现出良好的抗侵蚀性能。

不同配比电触头铜钨合金的组织及性能

用热压烧结熔渗法制造三种铜钨合金触头CuW50,CuW70,CuW80,通过静态性能和电磨损性能测试、SEM及EDS分析等,合金材料微观组织、力学性能及电性能。结果表明,三种合金的连续相不同,钨含量增加时,密度及硬度增加而电导率显著下降。电磨损过程中钨相抑制电弧与铜相有效导热的是CuW70耐电磨损性能显著优于CuW80的主要原因。

激光冲击法制备铜钨合金触头材料的组织及耐磨性能

为了提高铜钨合金的使用性能、细化组织、消除合金夹杂、微孔等缺陷,对铜钨合金进行激光冲击处理,分析了激光冲击法制备铜钨合金触头材料的显微组织及相结构,研究了其电导率和耐磨粒磨损性能。结果表明,激光冲击处理后,合金组织中的钨得到明显细化且均匀分布,由处理前超过100μm的大颗粒钨粉变成尺寸仅为4~7μm,冲击细化层厚度为1002μm;铜钨合金经过激光重熔处理后,相成分并没有改变,说明合金中的铜和钨在激光冲击处理过程中(Ar气氛保护)不发生化学反应,可以最大限度的保持原有的电学特性;激光冲击处理对电导率影响不大,可以满足使用要求;在相同磨损条件下,铜钨合金冲击层相对磨损速度较小,耐磨性较铜钨合金未处理试样提高1.55倍。

电弧作用下纤维结构钨铜触头材料的形貌特征

根据触头材料电弧侵蚀后材料表面的微观分析,发现触头表面电弧侵蚀形貌呈现出熔滴、孔洞、蚀坑的特征,并且钨丝丝径越大铜含量越高,材料侵蚀的越严重。

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粒粒度对CuW（70）硬度、电阻率、抗弯强度及抗电弧烧损性能的影响，用扫描电镜观察了触头烧损后的组织结构。阐述了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。

高压电器开关触头铜钨合金电弧侵蚀试验研究

研究了铜钨合金微观组织、硬度、电弧侵蚀次数及电弧侵蚀形貌。结果表明,在相同的电流和相同击穿次数下,铜钨合金中钨含量越高耐电弧侵蚀能力越强。同时,钨含量应保持一定数量,含量过低易导致合金发生变形,含量过高易产生裂纹。

纤维结构钨铜触头材料电性能的研究

采用真空熔渗法制备了纤维结构钨铜触头材料,对其耐电压强度、截流值和电弧侵蚀进行了测试和分析。结果表明,随着击穿次数的增多,耐压强度逐步升高、然后基本趋于稳定;放电曲线电流波动幅度较小,说明在小电流下的电弧稳定性高,电弧过零时的截流值降低;同时,从侵蚀形貌能够看出纤维结构的触头材料蚀坑小,且只有少量的液滴喷溅,表现出良好的抗侵蚀性能。

熔渗法制造铜钨系触头中熔渗时间的确定

本文从理论上推导了熔渗法制造铜钨系触头时熔渗时间和毛坯高度之间的关系 h=kt1 /2 ,并以Cu W70为例具体说明了用实验来确定 h=kt1 /2中系数

铜钨/铜整体触头结合强度的测试

通过测试不同结构的Cu-W整体触头材料的试样发现,Cu-W试样结构对整体触头的结合强度有明显影响。标准拉伸试样因尾部Cu发生塑性变形而使断裂发生在Cu一侧,强度测试结果偏低。改进结构后的试样消除了非界面因素的影响,试样均在结合面处断裂,该结构试样能真正评价Cu-W整体触头的结合强度。

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。扫描电镜观察了触头烧损后的组织结构。阐述了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 ⅠⅡ断路器上,通过了全部开关试验。

石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟

石墨烯(graphene,Gr)因其优异的性能而被广泛作为金属基材料增强相,但目前石墨烯对铜钨合金(Cu W)耐磨损性能的微观作用机制仍不清晰。该文基于分子动力学模拟方法,针对Cu W“假合金”的特点,应用粒子群算法建立Cu W80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析石墨烯对Cu W80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:Cu W80Gr模型的弹性模量与硬度均比Cu W80高,且均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,石墨烯对CuW复合材料的增强机制为屏障作用与位错强化。研究结果可为铜钨合金复合材料的掺杂优化设计、遴选与性能调控提供理论指导和技术支撑。

石墨烯/铜钨合金触头电弧烧蚀的固–液相变动力学模拟与烧蚀程度微观表征

石墨烯因出色的功能特性被用于金属基材料的增强相,但目前对于石墨烯增强铜钨(copper-tungsten,CuW)合金电触头抗烧蚀性能的微观作用机制尚不清晰。该文通过粒子群优化算法构建符合“假合金”结构的CuW80复合材料模型以及掺杂不同质量分数的CuW80Gr复合模型。引入双温模型–分子动力学方法,建立考虑晶格振动和自由电子热传导效应的CuW合金电弧烧蚀模型,并针对材料局部物理状态提出评估烧蚀程度的微观表征量,从材料内部固–液相变动态演变过程分析石墨烯对CuW合金复合材料的微观增强机制。结果表明,CuW80Gr模型的损失质量与电弧侵蚀深度均比CuW80低,且随石墨烯质量分数增大呈下降趋势,其中在100ps时刻,CuW80Gr0.15%的损失质量较CuW80降低10.66%,电弧侵蚀深度降低92.56%。石墨烯对CuW80Gr合金的增强机制,主要体现为Cu相热传导能力的加强,使得热流通过Cu相将能量更快地传导至基体深处,从而减少表面原子的蒸发飞溅和电弧对W骨架的侵蚀。结果可为石墨烯增强铜钨合金电触头的抗烧蚀性能的优化设计和性能调控提供理论依据与技术支撑。

高钨含量铜钨触头材料裂纹机理探讨

本文基于力学及热学观点 ,从 Cu W触头生产工艺出发结合电弧对触头的侵蚀作用 ,分析了Cu W触头材料裂纹形成机理及在后续燃弧过程中的扩展路径及相关行为。认为影响裂纹形成及扩展的主要因素为 :(1)钨粉粒度及空间架构 ;(2 ) Cu/ W之间的界面 ;(3)

铜钨触头材料电弧侵蚀表面形貌分析

用扫描电镜和x射线能谱仪观察了大电流电弧侵蚀后的铜钨触头表面,分析了触头的电弧侵蚀形貌特征及其形成原因。并探讨了钨粉粒度对铜钨触头电弧侵蚀的影响。

高压开关用钨铜触头材料研究

进入21世纪以来,随着经济社会的迅速发展,人们对复合材料的要求越来越高。为了满足高压真空开关所需的抗熔焊、耐电蚀、高电导、低含气量等特点的要求,人们对传统高压开关的生产技术进行了一系列工艺上的改进。具有高导电导热性的铜和具有高温强度、强抗电弧烧蚀的钨的良好结合使得钨铜复合材料具有一系列优异性能,广泛应用于电接触材料、电子封装和热沉材料中。通过采用将纯净钨粉模压成型、高温烧结,一次完成渗铜和覆铜的加工工艺从而形成适合高压真空开关使用的钨铜复合材料电触头。这种加工工艺使得钨骨架的强度非常高,而且钢呈网状分布,基体组织细小均匀,并且气体含量低、覆铜层与钨铜基体结合紧密,这些特点不仅满足了高压开关的使用要求,而且降低了高压开关触头的生产成本,从而获得了较好的经济效益。本文主要阐述钨铜材料触头的优越性及其影响因素和在高压开关线路中的应用与展望。

铜钨—铜触头冷挤压撕裂问题的解决

该文通过对冷挤压过程的研究，提出了解决铜钨—铜触头冷挤压撕裂问题的方法。