高压断路器用CuW触头材料研究进展

CuW合金已作为触头材料被广泛用作高压SF6断路器和气体绝缘组合电器中,其抗侵蚀性能决定着开关设备的使用寿命。CuW触头材料主要的制备工艺包括熔渗法和粉末烧结法,最新的研究进展发现熔渗CuW合金的关键点在于W骨架的连接强度,而液相烧结CuW合金的关键在于熔融Cu与W颗粒之间的润湿性,明确了两种工艺的研究方向;对基于铝热还原工艺制备CuW合金的研究进行概述,提出思路是进行前驱体的烧结,降低反应物的活化能,从而促进自蔓延反应的进行;同时总结了目前CuW合金的改性研究在于增强相的添加和变形加工,旨在对工业上技术改进提供指导,但如何更好地应用于工业上仍需要一定时间的探索;最后着眼于弧触头的整体研究,明确CuW和CrCu之间的结合强度是弧触头整体材料的关键因素,也对后续整体材料的改进与发展提供新的方向。

CuWCrCu整体材料的复合电导研究

在物理学的基础上建立了一个CuW假两相合金的电导率模型和一个CuW CrCu整体材料的复合电导率模型 ,并用实验值对其进行了验证和修正。

CuW/CrCu触头材料抗拉强度的研究

重点研究了真空烧结方法制造的CuW/CrCu高压开关弧触头材料的结合强度,并分析了制造方法对CuW/CrCu触头材料结合强度的影响。在万能材料试验机上进行抗拉强度试验,结果显示,真空烧结方法制造CuW/CrCu触头材料的抗拉强度最好,可以达到400MPa以上,能够满足超、特高电压和特大容量高压开关的技术要求。通过对断口的扫描电镜分析,发现真空烧结的触头材料结合面杂质含量。少、无氧化物、孔隙少,这可能是导致真空烧结CuW/CrCu触头材料盼结合强度高的主要原因。

CuW/CrCu自力型整体触头界面还原及结合强度

自力型CuW/CrCu整体弧触头的立式熔接工艺是指在立式气氛可控烧结炉内对CuW触头部分与尾部CrCu熔结的过程,是制造整体触头的关键技术。Cuw/CrCu整体弧触头的立式熔接首先要对CuW合金的界面进行还原处理,以清除在熔接前由于种种原因界面上出现的氧化夹杂等,确保界面的良好结合;尾部CrCu的Cr含量是影响CuW/CrCu界面结合强度的另一重要因素,适当的Cr含量是必须的。

CuW80/Cu整体式触头尾部铜强化规律

研究了粉末冶金熔渗烧结法制备的CuW80/Cu整体式触头材料尾部铜经挤压变形后硬度的变化规律,并用三维视频显微镜和透射电镜进行显微组织结构分析。结果表明:尾部铜经挤压变形后,硬度显著提高,增幅约200%,挤压工艺是CuW80/Cu整体式触头材料尾部铜强化处理的有效手段。尾部铜沿横截面从芯部到表面,越接近表面,其硬度值越大;沿纵截面,从CuW80/Cu界面到末端,硬度提高。即使挤压变形很小,尾部铜仍产生了位错缠结,挤压严重部分产生大量位错胞组织。

热循环对CuW/CuCr界面强度及CuCr合金性能的影响

采用立式烧结熔渗法制备的CuW/Cu0.89wt%Cr整体材料经固溶时效处理后,对其在不同热循环条件下的结合面强度进行了研究。结果表明,在室温～500℃温度范围内,随着热循环次数的增加,整体材料的结合面强度和CrCu端合金显微硬度略有提高。而在室温至600℃热循环温度区间内,结合强度和CuCr合金显微硬度随热循环次数的增加而下降。对不同热循环条件下CuCr端合金组织的研究表明,上限温度为500℃时,晶粒没有发生再结晶现象,析出相面心立方的Cr相非常细小、分散,且与Cu基体保持良好的共格关系;而当热循环上限温度为600℃时,晶粒发生了再结晶长大,析出相明显粗化,此时析出的体心立方的Cr相已与Cu基体失去完全共格关系。